CN109213036A - 一种数据采集系统和可穿戴设备数据采集、建模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据采集系统和一种可穿戴设备数据采集、建模的方法，属于可穿戴设备领域，所述系统包括：传感器、主控器、通信模块和上位机，通过传感器与主控器连接，主控器与通信模块连接，通信模块与上位机连接，主控器对传感器回传的数据进行数据处理，并通过上位机可进行实时波形显示，通过上述系统和方法克服了传统结构中传感器采集的数据无法实时同步显示的问题，提高了开发效率。
Description
技术领域
本发明涉及领域可穿戴设备领域，尤其是一种数据采集系统和可穿戴设备数据采集、建模的方法。
背景技术
可穿戴设备通过采集人体的各项活动和体征数据给出统计数据及相关建议，在医疗、体育、健康等行业有着广泛的应用。在可穿戴设备的研发过程中，通过传感器采集数据，建立数学模型，构建算法是至关重要的一环，现有的数据采集方式通过将数据从设备中导出，再读取数据进行分析的方式，效率较低，并且无法做到实时监控传感器回传的数据，制约开发效率，因此，有必要发明一种设备，以解决相关问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种高效的数据采集系统。
本发明采用的技术方案是：
一种数据采集系统，包括：传感器、主控器、通信模块和上位机，所述传感器的输出端与所述主控器的输入端连接，所述主控器与所述通信模块连接，所述通信模块与所述上位机连接。
进一步地，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪和/或地磁传感器和/或气压传感器和/或温湿度传感器和/或GPS传感器和/或紫外线传感器和/或环境光传感器和/或心率传感器和/或体温传感器。
进一步地，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，所述有线通信模块包括串口单元和/或USB接口单元，所述无线通信模块包括蓝牙单元和/或红外单元和/或Wi-Fi单元。
进一步地，还包括第一数据存储模块，所述数据存储模块与所述主控器连接。
进一步地，还包括调试接口，所述调试接口与所述主控器连接。
进一步地，还包括电源模块和显示模块，所述电源模块的输出端与所述主控器输入端连接，所述显示模块的输入端连接所述主控器的输出端。
进一步地，所述上位机包括控制面板，所述控制面板包括传感器模块，用于控制所述传感器。
进一步地，所述上位机包括第二数据存储模块，所述第二数据存储模块与所述通信模块连接。
进一步地，所述控制面板还包括：
显示区域，用于显示传感器采集信号的波形；
显示数据开关，用于控制将传感器采集到的数据在所述显示模块中显示；
发送数据开关，用于控制将传感器采集到的数据发送至上位机所述显示区域进行显示；
保存数据开关，用于控制将传感器采集到的数据保存至所述第一数据存储模块，
读取数据开关，用于控制将第一数据存储模块中的数据发送至所述上位机，并保存在第二数据存储模块。
本发明还提出了一种通过数据采集系统建模的方法，包括如下步骤：
采集预设状态下各传感器生成的数据；
确定与预设状态相关的传感器；
分析该传感器的回传的数据，建立预设状态和该传感器采集数据之间的数学模型；
进一步地，还包括采集传感器在预设多种人群、预设多种条件下的数据，对所述数学模型进行优化。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种数据采集系统和一种通过数据采集系统建模的方法，包括：传感器、主控器、通信模块和上位机，通过传感器与主控器连接，主控器与通信模块连接，通信模块与上位机连接，主控器对传感器回传的数据进行数据处理，并通过上位机可进行实时波形显示，通过上述系统和方法克服了传统结构中传感器采集的数据无法实时同步显示的问题，提高了开发效率。
附图说明
图1是本发明中一种数据采集系统一具体实施例结构原理图；
图2是本发明中一种数据采集系统又一具体实施例结构原理图；
图3是本发明中一种数据采集系统又一具体实施例中上位机结构原理图；
图4是本发明中一种可穿戴设备数据采集、建模方法一具体实施的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种数据采集系统，包括：传感器、主控器、通信模块和上位机，所述传感器的输出端与所述主控器的输入端连接，所述主控器与所述通信模块连接，所述通信模块与所述上位机连接。
主控器用于协调控制传感器和通信模块，对传感器回传的数据进行数据处理，通过通信模块连接上位机，并通过上位机可进行实时波形显示，克服了传统结构中传感器采集的数据无法实时同步显示的问题，提高了开发效率。
所述传感器包括但不限于加速度传感器和/或陀螺仪和/或地磁传感器和/或气压传感器和/或温湿度传感器和/或GPS传感器和/或紫外线传感器和/或环境光传感器和/或心率传感器和/或体温传感器。
传感器的类型和型号可按照开发的实际需要灵活配置，例如构造睡眠的算法模型时，可采用加速度传感器，通过分析加速度传感器的数据构造睡眠模型。
通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括串口单元和/或USB接口单元，无线通信模块包括蓝牙单元和/或红外单元和/或Wi-Fi单元。
有线通信模块适用于大量、快速的数据传输，无线通信模块适用于实时数据传输。
图2示出了本发明另一种实施例，还包括第一数据存储模块，所述数据存储模块与所述主控器连接，用于存储传感器回传的数据，存储模块包括但不限于Flash芯片，TF卡等介质。
本实施例中还包括调试接口，所述调试接口与所述主控器连接，通过调试接口可随时验证算法模型。
本实施例中还包括电源模块，所述电源模块与所述主控器连接，为主控器供电。电池模块可采用锂电池，增加便携性。
还包括显示模块，所述显示模块的输入端连接所述主控器的输出端，用于显示少量的数据信息，显示模块可采用LCD、OLED等显示介质。
传感器、电源模块、通信模块、第一数据存储模块、主控器、显示屏可设置在同一个PCB板/手环/手表中，并可设置成灵活插接的形式，根据需要灵活配置，使用方便。
图3示出了上位机一种具体实施例，上位机包括控制面板，所述控制面板包括传感器控制模块，用于控制所述传感器。
上位机包括第二数据存储模块(图中未示出)，所述第二数据存储模块与所述通信模块连接，第二数据存储模块的存储空间更大，可存储更多的传感器回传的数据。
所述控制面板还包括：
显示区域，用于显示传感器采集信号的波形，可同时显示多个传感器回传的数据。
显示数据开关，用于控制将传感器采集到的数据在所述显示模块中显示；显示模块的显示空间较小，用于显示少量的传感器数据。
发送数据开关，用于控制将传感器采集到的数据发送至上位机的显示区域进行显示，上位机的显示模块显示区域较大，并且上位机可将传感器采集到的数据在坐标轴上进行显示，完整呈现传感器数据的波形，并可将数据保存成excel表格形式，便于发现运动及相关体征参数规律。
保存数据开关，用于控制将传感器采集到的数据保存至所述第一数据存储模块，第一数据模块可用于暂时存放传感器采集的数据。传感器采集设备时，可断开与上位机的连接，采用第一数据存储模块存储数据，传感器和主控器体积较小，便于携带，并可使用电源模块独立供电，可不受地理限制，采集登山、游泳等户外场景下的使用数据。
读取数据开关，用于控制将第一数据存储模块中的数据发送至所述上位机，并保存在第二数据存储模块，第二数据存储模块位于上位机，数据存储在第二数据存储模块中可更方便的进行数据处理和分析操作。
以上开关可以为实体按键，也可以为虚拟按键。
用户可以通过在控制面板选择传感器的名称和相应的功能模块按钮，进行相应的操作。如选择传感器1(如加速度传感器)和发送数据按钮，就可以在显示区域显示传感器1采集的数据。
上位机还包括开始和关闭按钮，用于控制上位机的开机和关机。
上位机可采用台式机、平板电脑等计算设备。
以一个具体的开发过程为例，在开发一个新的应用于可穿戴手表的计步算法中，开始并不清楚使用何种传感器能够实现计步功能，通过可穿戴传感器数据采集系统采集各种相关传感器回传的数据，开启发送数据开关将传感器回传的数据发送至上位机，经过观察和统计分析，得知走路时加速度传感器数据呈规律变化。因此，初步确定计步需要采集加速度传感器数据，并通过计步算法得到步数。
在计步算法建模的过程中，开启发送数据开关将传感器采集到的数据实时发送至上位机，并在上位机上显示波形，可实时分析走路时的不同动作对加速度波形的影响，并规划需要采集哪些情况下的数据。
在进一步的数据采集中，断开主控器与上位机连接，开启保存数据开关使用第一数据存储模块的存储功能，通过不同的人员佩戴加速度传感器，采集不同人的日常生活中的走路数据。分析数据时，在将并通过读取数据开关读取第一数据存储模块采集到的数据并分析，构建数据模型，最终完成计步算法。
最后，通过调试接口反复更新验证算法数据，与原有的开发方式相比显著提高了开发效率。
如图4所示，图4示出了本发明中一种通过数据采集系统建模的方法的具体流程图，包括如下步骤：
S1，采集预设状态下各传感器生成的数据，如预设状态为睡眠状态Y，采集加速度传感器、心率传感器、温度传感器、脉搏传感器回传的数据分别为X1、X2、X3、X4；
S2，确定与预设状态相关的传感器，经过分析，加速度传感器和心率传感器的与睡眠状态的相关性最强，确定加速度传感器和心率传感器采集的数据X1和X2作为睡眠状态的判断的输入变量；
S3，分析该传感器的回传的数据，建立预设状态和该传感器采集数据之间的数学模型，通过参数拟合等数学方法建立加速度传感器和心率传感器之间的数学模型；例如，通过多次采集得出数学模型：在睡眠状态Y时，加速度传感器采集得到数据为X1在阈值区间(a，b)内；或者，在睡眠状态Y时，心率传感器采集的数据X2符合某一特定周期计算数据模型。
为了进一步优化算法的可靠性，本实施例中还包括：
S4，采集传感器在预设多种人群、预设多种条件下的数据对所述数学模型进行优化，通过采集不同年龄段、不同睡眠环境，如在火车、室内、飞机等环境下睡眠状态和传感器之间的数据，代入步骤S3中的睡眠模型，对模型不断的调优，提高模型的可靠性。
上述睡眠算法可应用于手表、手环等可穿戴设备中，监测人体的睡眠情况。
通过本发明提出的一种通过数据采集系统建模的方法可有效的提高研发的效率，缩短研发的周期。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种数据采集系统，其特征在于，包括：多个传感器、主控器、通信模块和上位机，所述传感器的输出端与所述主控器的输入端连接，所述主控器与所述通信模块连接，所述通信模块与所述上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种数据采集系统，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪和/或地磁传感器和/或气压传感器和/或温湿度传感器和/或GPS传感器和/或紫外线传感器和/或环境光传感器和/或心率传感器和/或体温传感器。
3.根据权利要求1所述的一种数据采集系统，其特征在于，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，所述有线通信模块包括串口单元和/或USB接口单元，所述无线通信模块包括蓝牙单元和/或红外单元和/或Wi-Fi单元。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种数据采集系统，其特征在于，还包括第一数据存储模块，所述数据存储模块与所述主控器连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种数据采集系统，其特征在于，还包括电源模块和显示模块，所述电源模块的输出端与所述主控器输入端连接，所述显示模块的输入端连接所述主控器的输出端。
6.根据权利要求4所述的一种数据采集系统，其特征在于，所述上位机包括控制面板，所述控制面板包括传感器控制模块，用于控制所述传感器。
7.根据权利要求6所述的一种数据采集系统，其特征在于，所述上位机包括第二数据存储模块，所述第二数据存储模块与所述通信模块连接。
8.根据权利要求7所述的一种数据采集系统，其特征在于，所述控制面板还包括：
显示区域，用于显示传感器采集信号的波形；
显示数据开关，用于控制将传感器采集到的数据在所述显示模块中显示；
发送数据开关，用于控制将传感器采集到的数据发送至上位机所述显示区域进行显示；
保存数据开关，用于控制将传感器采集到的数据保存至所述第一数据存储模块；
读取数据开关，用于控制将第一数据存储模块中的数据发送至所述上位机，并保存在第二数据存储模块。
9.一种通过数据采集系统建模的方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集预设状态下各传感器生成的数据；
确定与预设状态相关的传感器；
分析该传感器的回传的数据，建立预设状态和该传感器采集数据之间的数学模型。
10.根据权利要求9所述的一种通过数据采集系统建模的方法，其特征在于，所述步骤分析该传感器的回传的数据，建立预设状态和该传感器采集数据之间的数学模型后还包括步骤：
采集传感器在预设多种人群、预设多种条件下的数据，对所述数学模型进行优化。
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