CN110721456A - 一种基于三轴传感器的踏频检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三轴传感器的踏频检测方法，本发明通过三轴传感器的采样数据进行检测，能够灵活、高效、准确地实现踏频检测，与现有的基于霍尔效应传感器的物理计数方式不同，三轴传感器更容易部署和集成，从而能够降低踏频检测的成本，增强踏频检测的便携性，非常有利于踏频器的推广普及。

Description

一种基于三轴传感器的踏频检测方法

技术领域

本发明涉及运动检测技术领域，特别是涉及一种基于三轴传感器的踏频检测方法。

背景技术

运动计数是一个非常有趣并且广泛应用于我们日常生活的一种技术，最常见的就是内置于智能手机中的计步器软件。但是随着社会的发展，人们对于健康的重视程度也愈来愈深，手机中的运动计数功能过于简陋，已经不能满足人们的运动需求，越来越多的人选择购买智能运动器材来记录自己的运动情况。

穿戴式智能运动设备由于其便携性以及适度的价格受到越来越多消费者的青睐，例如单车爱好者会选择购买踏频器来检测自己踏频的速率，以此来纠正自己的骑行方式达到保护膝盖的目的。

目前的踏频器主要固定在单车上，通过霍尔效应传感器，将不断变化的磁场转化为输出电压的变化，通过计数电压达到峰值的次数来计算踏频的速率。然而，这样的踏频器存在一些缺点：1.由于采用了基于霍尔效应的物理检测方法，因此体积较大，而且使用时需要固定在单车上，不能轻易移动，不具有便携性；2.由于霍尔传感器的轮盘需要供电，因此踏频器每次使用时需要安装到单车上，使用后需要拆卸供电或充电，使用较为繁琐，影响用户体验；3.价格较为昂贵，并且功能单一，由于需要长期固定在单车上使用容易损坏，不利于踏频器的推广普及。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于三轴传感器的踏频检测方法，能够降低踏频检测的成本，增强踏频检测的便携性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于三轴传感器的踏频检测方法，所述三轴传感器在用户运动过程中采集得到两个轴向的采样值序列，所述踏频检测方法包括：S1：从所述三轴传感器提取一个轴向的采样值序列，并将所述采样值序列的第一个采样值作为基准采样值；S2：将所述基准采样值作为波峰比较值和波谷比较值，并从所述基准采样值开始，按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较；S3：如果当前采样值大于波峰比较值，则将当前采样值作为波峰比较值，或者如果当前采样值小于波谷比较值，则将当前采样值作为波谷比较值，并将所述波峰比较值与波谷比较值的数据差值与预设阈值进行比较；S4：如果数据差值没有超过预设阈值，则继续进行所述按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较的步骤，如果数据差值超过预设阈值，则将当前的波峰比较值和波谷比较值中排序在前的一者标记为波峰真实值或波谷真实值；S5：将所述当前采样值后的第一个采样值作为新的基准采样值，重复进行步骤S2到 S4；S6：当所述采样值序列中的所有采样值均比较完毕之后，统计所有标记为波峰真实值或波谷真实值的采样值的总数。

作为本发明的一个优选实施例，所述步骤S4还包括：在每次出现数据差值超过预设阈值时，采用预先设置的第一数据组、第二数据组和第三数据组轮番存入当前采样值，并在第三数据组存入采样值后，将所述第一数据组、第二数据组和第三数据组中的数据全部存入踏频数据列表，用第三数据组中的数据替换第一数据组中的数据，同时清空第二数据组和第三数据组中的数据。

作为本发明的一个优选实施例，所述步骤S6还包括：计算所述总数的一半得到踏频圈数。

作为本发明的一个优选实施例，在所述步骤S1之前，所述踏频检测方法还包括：对每个轴向的采样值序列进行去噪处理，以去除异常的采样值。

作为本发明的一个优选实施例，在将所述采样值序列的第一个采样值作为基准采样值之前，所述步骤S1还包括：对所述采样值序列进行平滑滤波处理，以使得所述采样值序列中的采样值更加平滑。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：本发明通过三轴传感器的采样数据进行检测，能够灵活、高效、准确地实现踏频检测，与现有的基于霍尔效应传感器的物理计数方式不同，三轴传感器更容易部署和集成，从而能够降低踏频检测的成本，增强踏频检测的便携性，非常有利于踏频器的推广普及。

附图说明

图1是本发明实施例的基于三轴传感器的踏频检测方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的基于三轴传感器的踏频检测方法一个应用中的详细流程图。

图3是三轴传感器的采样的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例中，三轴传感器在用户运动过程中采集得到两个轴向的采样值序列，例如用户跑步时，三轴传感器检测跑步过程中的加速度值，在用户骑单车时，三轴传感器检测骑行过程中的加速度值，由于用户运动时，通常只在两个轴向上产生加速度，另一个轴向上几乎不产生加速度值，因此，三轴传感器最终采集得到两个轴向的采样值序列。

本实施例的基于三轴传感器的踏频检测方法包括以下步骤：

S1：从三轴传感器提取一个轴向的采样值序列，并将采样值序列的第一个采样值作为基准采样值。

其中，为了方便数据采集和提取，需要为三轴传感器选取合适的安装位置和方向，在一个具体实例中，三轴传感器佩戴在用户的鞋面上。需要注意的是，本实施例中的三轴传感器可以是集成在某个电子产品中，那么该电子产品应佩戴在用户的鞋面上。

S2：将基准采样值作为波峰比较值和波谷比较值，并从基准采样值开始，按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较。

其中，采样值可以分别与波峰比较值和波谷比较值进行比较，也可以先与波峰比较值和波谷比较值中的一者进行比较，再与波峰比较值和波谷比较值中的另一者进行比较。采样值如果先和波峰比较值进行比较，如果采样值大于波峰比较值，则该采样值可以不用再与波谷比较值比较，可直接判定采样值大于波谷比较值。

S3：如果当前采样值大于波峰比较值，则将当前采样值作为波峰比较值，或者如果当前采样值小于波谷比较值，则将当前采样值作为波谷比较值，并将所述波峰比较值与波谷比较值的数据差值与预设阈值进行比较。

其中，当前采样值只会大于波峰比较值，或者小于波谷比较值，因此，当前采样值比较完之后，波峰比较值或波谷比较值将会进行更新，即变更为当前采样值。

S4：如果数据差值没有超过预设阈值，则继续进行按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较的步骤，如果数据差值超过预设阈值，则将当前的波峰比较值和波谷比较值中排序在前的一者标记为波峰真实值或波谷真实值。

其中，预设阈值可以根据实际需要确定，其为一个经验值。如果数据差值没有超过预设阈值，按照采样顺序将当前采样值的下一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较，否则判定当前的波峰比较值和波谷比较值中排序在前的一者为踏频的波峰或波谷，进行而将其标记为波峰真实值或波谷真实值。具体而言，如果波峰比较值对应的采样值的采样顺序在先于波谷比较值对应的采样值的采样顺序，则将波峰比较值标记为波峰真实值，否则将波谷比较值标记为波谷真实值。

S5：将当前采样值后的第一个采样值作为新的基准采样值，重复进行步骤 S2到S4。

其中，当当前采样值被标记为波峰真实值或波谷真实值后，当前采样值后的第一个采样值作为新的基准采样值，重新进行步骤S2到S4，以此来确定每一个踏频的波峰或波谷。

S6：当采样值序列中的所有采样值均比较完毕之后，统计所有标记为波峰真实值或波谷真实值的采样值的总数。

其中，所有标记为波峰真实值或波谷真实值的采样值的总数表明了用户运动过程中的踏频波峰和波谷。进一步的，步骤S6还包括：计算总数的一半得到踏频圈数。其中，踏频圈数对应的是用户骑行过程中的脚踏板转动或跑步过程中的迈腿次数。

在本实施例中，步骤S4还包括：在每次出现数据差值超过预设阈值时，采用预先设置的第一数据组、第二数据组和第三数据组轮番存入当前采样值，并在第三数据组存入采样值后，将第一数据组、第二数据组和第三数据组中的数据全部存入踏频数据列表，用第三数据组中的数据替换第一数据组中的数据，同时清空第二数据组和第三数据组中的数据。

其中，通过第一数据组中的数据，可以确定将哪一个采样值作为新的基准采样值。

由于三轴传感器在采集数据时，可能会存在有较多的噪音扰动，为了降低检测误差，在将采样值序列的第一个采样值作为基准采样值之前，步骤S1还包括：对每个轴向的采样值序列进行去噪处理，以去除异常的采样值。

进一步的，在将采样值序列的第一个采样值作为基准采样值之前，步骤S1 还包括：对采样值序列进行平滑滤波处理，以使得采样值序列中的采样值更加平滑。具体而言，可以使用均值滤波器对采样值序列进行均值滤波，使得采样值序列中的采样值更加平滑。

本发明实施例的基于三轴传感器的踏频检测方法在具体实施时，可以根据实际需要对前述实施例的流程步骤进行拆分，例如在一个应用实例中，基于三轴传感器的踏频检测方法的流程如下：

S101：从三轴传感器提取一个轴向的采样值序列。

S102：对每个轴向的采样值序列进行去噪处理。

S103：对采样值序列进行平滑滤波处理。

S104：将采样值序列的第一个采样值作为基准采样值。

S105：将基准采样值作为波峰比较值和波谷比较值，并从基准采样值开始，按照采样顺序将第一个采样值作为当前采样值。

S106：当前采样值是否大于波峰比较值，如果判定结果为是，则进行S107，如果判定结果为否，则进行S108。

S107：将当前采样值作为波峰比较值。

S108：采样值是否小于波谷比较值，如果判定结果为是，则进行S109。

S109：将当前采样值作为波谷比较值。

S110：波峰比较值与波谷比较值的数据差值是否大于预设阈值，如果判定结果为是，则进行S112，如果判定结果为否，则进行S111。

S111：将下一个采样值替代当前采样值。

S112：将当前的波峰比较值和波谷比较值中排序在前的一者标记为波峰真实值或波谷真实值。

S113：将当前采样值后的第一个采样值作为新的基准采样值。

S114：所有采样值是否比较完毕，如果判定结果为是，则进行S115，如果判定结果为否，则进行S105。

S115：统计所有标记为波峰真实值或波谷真实值的采样值的总数。

下面，将结合一个应用实例来对本发明实施例的踏频检测方法进行详细说明。如图3所示，是三轴传感器的采样的波形图，波形图中包含采样值序列，采样值序列包含的每个点如图中的圆点所示，图中[]前面的数值表示采样值大小，[]中的数值表示采样值的序号。在该应用实例中，设置一个变量type-point 表示当前采样值为波峰还是波谷，初始值为0，设置max-point表示波峰比较值，设置min-point表示波谷比较值，设置预设阈值thh为430，设置max-position 表示波峰真实值的序号，初始值为0，设置mim-position表示波峰真实值的序号，初始值为0，设置P1表示第一数据值，P2表示第二数据组，P3表示第三数据组，waves表示踏频数据列表。该应用实例的踏频检测方法运行流程如下：

循环1：

流程1：将第一个采样值698作为基准采样值，将698作为波峰比较值和波谷比较值，即max-point＝698，min-point＝698，max-position＝0， mim-position＝0。

流程2：取第二个采样值753，由于当前采样值753大于max-point＝698，将当前采样值753作为波峰比较值，即max-point＝753，min-point＝698， max-position＝2，mim-position＝0，但是波峰比较值与波谷比较值的数据差值 (753-698＝55)小于thh＝430，则继续按照顺序取第三个采样值890。

流程3：取第三个采样值890，此时max-point＝890，min-point＝698， max-position＝3，mim-position＝0，但是890-698＝192小于thh＝430，则继续取第四个采样值；

……；

流程5：取第五个采样值1071，此时max-point＝1071，min-point＝698， max-position＝5，mim-position＝0，由于1071-698＝192小于thh＝430，则继续取第六个采样值；

……；

流程11：取第十一个采样值631，此时max-point＝1074，min-point＝631， max-position＝6，mim-position＝11，由于1074-631＝443大于thh＝430，而 max-position＝6在先于mim-position＝11，则将当前的波峰比较值 max-point＝1074标记为波峰真实值，将1074[6]存入P1，type-point更新为1，表示找到踏频的波峰；

之后将当前采样值631后的第一个采样值632作为新的基准采样值，并按照上述流程进行循环2。

循环2：

流程1：将采样值632作为基准采样值，将632作为波峰比较值和波谷比较值，即max-point＝632，min-point＝632，max-position＝12，mim-position＝12；

……；

流程6：取第十七个采样值1089，此时max-point＝1089，min-point＝632， max-position＝17，mim-position＝12，由于1089-632＝457大于thh＝430，而 mim-position＝12在先于max-position＝17，则将当前的波谷比较值 max-point＝632标记为波谷真实值，将632[12]存入P2，type-point更新为2，表示找到踏频的波谷。

之后将当前采样值1089后的第一个采样值1092作为新的基准采样值，并按照上述流程进行循环3。

经过循环3后，max-point＝1092，min-point＝628，max-position＝18， mim-position＝23，由于1092-628＝464大于thh＝430，而max-position＝18在先于mim-position＝23，则将当前的波峰比较值max-point＝632标记为波峰真实值，将1092[18]存入P3，type-point更新为1，表示找到踏频的波峰。

由于type-point再次更新为1，此时将P1、P2、P3中的数据全部存入踏频数据列表waves，并用P3的数据覆盖P1的数据，并清空P2、P3的数据。

重复上述循环，直到采样值序列的所有采样值比较完毕，最终waves＝ (1074[6]；632[12]；1092[18]；629[24]),踏频圈数则为4÷2＝2。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于三轴传感器的踏频检测方法，所述三轴传感器在用户运动过程中采集得到两个轴向的采样值序列，其特征在于，所述踏频检测方法包括：

S1：从所述三轴传感器提取一个轴向的采样值序列，并将所述采样值序列的第一个采样值作为基准采样值；

S2：将所述基准采样值作为波峰比较值和波谷比较值，并从所述基准采样值开始，按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较；

S3：如果当前采样值大于波峰比较值，则将当前采样值作为波峰比较值，或者如果当前采样值小于波谷比较值，则将当前采样值作为波谷比较值，并将所述波峰比较值与波谷比较值的数据差值与预设阈值进行比较；

S4：如果数据差值没有超过预设阈值，则继续进行所述按照采样顺序依次将每一个采样值与波峰比较值和波谷比较值进行比较的步骤，如果数据差值超过预设阈值，则将当前的波峰比较值和波谷比较值中排序在前的一者标记为波峰真实值或波谷真实值；

S5：将所述当前采样值后的第一个采样值作为新的基准采样值，重复进行步骤S2到S4；

S6：当所述采样值序列中的所有采样值均比较完毕之后，统计所有标记为波峰真实值或波谷真实值的采样值的总数。

2.根据权利要求1所述的基于三轴传感器的踏频检测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

在每次出现数据差值超过预设阈值时，采用预先设置的第一数据组、第二数据组和第三数据组轮番存入当前采样值，并在第三数据组存入采样值后，将所述第一数据组、第二数据组和第三数据组中的数据全部存入踏频数据列表，用第三数据组中的数据替换第一数据组中的数据，同时清空第二数据组和第三数据组中的数据。

3.根据权利要求2所述的基于三轴传感器的踏频检测方法，其特征在于，所述步骤S6还包括：

计算所述总数的一半得到踏频圈数。

4.根据权利要求1所述的基于三轴传感器的踏频检测方法，其特征在于，在将采样值序列的第一个采样值作为基准采样值之前，步骤S1还包括：

对每个轴向的采样值序列进行去噪处理，以去除异常的采样值。

5.根据权利要求4所述的基于三轴传感器的踏频检测方法，其特征在于，在将所述采样值序列的第一个采样值作为基准采样值之前，所述步骤S1还包括：

对所述采样值序列进行平滑滤波处理，以使得所述采样值序列中的采样值更加平滑。

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