CN111839474B - 可穿戴产品是否处于穿着状态的电路系统及其判断算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可穿戴产品技术领域，其公开了可穿戴产品是否处于穿着状态的电路系统及其判断算法，包括激活算法和失活算法，激活算法为：当加速度计在一个采样时间窗口t1获取到的最大加速度值大于设定激活阈值，即G(cur)>G(thres1)时，判定这个采样时间窗口t1内发生了抖动；失活算法，指利用该算法判定可穿戴产品正处于闲置状态，并放弃采集该时段的无效干扰数据；失活算法包括加速度计失活条件，加速度计失活条件为：加速度计的失活条件测量抖动的峰峰值；当X,Y,Z三轴三个方向的峰峰值在判定时间窗内满足小于设定激活阈值，即G(max‑min)<G(thres2)时，则判定加速度计失活条件满足。

Description

可穿戴产品是否处于穿着状态的电路系统及其判断算法

技术领域

本发明涉及可穿戴产品技术领域，更具体地说，它涉及可穿戴产品是否处于穿着状态的电路系统及其判断算法。

背景技术

可穿戴产品主要是指智能医疗保健袜，医疗保健袜是一种专用于对糖尿病患者医疗保健的可穿戴产品之一。经过社会医学学者对糖尿病患者病情的调查发现，正是由于患有糖尿病的病情原因，糖尿病患者的足部特定部位易出现腐烂的情况，而且之前的医学领域上出现这种情况未能及时做好医学治疗上的提前预警措施。后来，经过医学学者的研究发现，糖尿病患者在出现足部溃烂的病情之前，患者的足部溃烂部位会出现发热的症状，因此，医生可根据患者足部发热的症状去做好提前防治措施，防止患者脚部溃烂。

现有技术中可操作的解决方案包括：压力传感器通过压力值识别，触摸传感器通过接触识别，光传感器通过光照识别等。但是，压力传感器做不到识别出纺织品在穿着和脱下两种状态下的压力精度和分辨率，极易发生对于状态的误判断，识别准确率严重不足；同时压力传感器需要比较大的接触面积，对于使用频次极高的纺织品而言如何做到接触面不被磨损挑战很大。

触摸传感器通过皮肤等接触时电容值发生变化进行识别，当触摸传感器嵌入到纺织品中，因为外围一层纺织品的存在，在皮肤或其他纺织品靠近时不能被有效识别。

光传感器的功耗偏高，很难在使用一次性电池供电的智能纺织品上应用。

而且，医疗保健袜既要避免处于未穿着状态时的数据空采，又要避免处于穿着状态时的数据漏采。数据空采在增加不必要的电池耗电的同时也会累积一些无意义的数据，对服务器后台进行大数据分析造成干扰；数据漏采会丢失关键数据细节，对判断智能袜子穿着人的身体状况造成影响。

发明内容

针对背景技术中提出的采用压力传感器、触摸传感器以及光传感器对可穿戴产品的穿着状态测量判断效果不佳的技术问题，本发明第一目的是采用加速度计传感器和温度传感器配合使用，可提高测量精确度，且有效避免了未穿着状态时的数据空采和穿着状态时的数据漏采，从而达到对可穿戴产品的穿着状态精确测量的目的。

为实现上述第一目的，本发明提供了如下技术方案：

可穿戴产品是否处于穿着状态的判断算法设计，首先在可穿戴产品上安装加速度计传感器和温度传感器，包括激活算法和失活算法：

所述激活算法，指利用该算法判定可穿戴产品正处于穿着状态，并采集该时段的有效数据；

所述激活算法为：当加速度计在一个采样时间窗口t1获取到的最大加速度值大于设定激活阈值，即G(cur)>G(thres1)时，判定这个采样时间窗口t1内发生了抖动；激活算法的激活判定时间窗口为t2，在这个判定时间窗口t2内有一半时间满足G(cur)>G(thres1)，则判定加速度计激活条件满足；

所述失活算法，指利用该算法判定可穿戴产品正处于闲置状态，并放弃采集该时段的无效干扰数据；

所述失活算法包括加速度计失活条件，所述加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为T1和T2两档；通过激活时长T3来控制，当激活时长在T3以内，失活条件判定的时间窗为T1；当激活时长在T3以上，失活条件的判定时间窗为T2；加速度计的失活条件测量抖动的峰峰值；

当X,Y,Z三轴三个方向的峰峰值在判定时间窗内满足小于设定激活阈值，即G(max-min)<G(thres2)时，则判定加速度计失活条件满足。

通过上述技术方案，医疗保健袜子的数据采样利用激活和失活算法进行数据采集，采纳了加速度计传感器和温度传感器等采样的数据，同时，结合时间窗的控制，达到了不漏采必要数据、不多采无意义数据、同时增加医疗保健袜子穿着时长的目的。

具体的原理如下:医疗保健袜一般处于两种状态，穿着状态和闲置状态，穿着状态的传感器测量数据才是有效数据，限制状态的数据是多余的干扰数据，因此需要对穿着状态和闲置状态进行明显区分。当医疗保健袜处于闲置状态时，让主控MCU处于休眠状态，即称之为失活，不采集无效干扰的数据；当医疗保健袜处于穿着状态时，让主控MCU处于正常工作状态，即称之为激活，采集有效的数据。

穿着状态和未穿着状态最主要的区别在于，患者穿着医疗保健袜时一定会有动作，除非处于睡眠状态，即使处于睡眠状态，一般也会有所动作；但是，如果医疗保健袜处于闲置状态，那么它一定是时刻不动的，因此，通过判断动作，来区分是否处于穿着状态。本方案采用加速度传感器来测量，同时，在主控MCU中设置一定的算法程序，控制主控MCU采集有效数据。

本发明进一步设置为：所述失活算法还包括温度失活条件：

所述温度失活条件是指：可穿戴产品具有六路温度传感器，将在单个采样时间窗口获取到的温度值与设定的高温阈值进行比对，当有三路温度传感器的温度高于高温阈值时，则判定温度失活条件满足，主控MCU控制主板进入休眠模式；

两分钟后再次启动温度采样，如此循环直到温度失活条件不再满足则退出失活。

通过上述技术方案，上述算法设计主要是针对医疗保健袜在清洗状态时的判定，让主控MCU在清洗状态时休眠。由于医疗保健袜处于清洗状态时也在动作，主控MCU程序易认为其是处于穿着状态而采集数据，而此时是清洗状态，采集数据无效。

因此，本算法是结合硬件中的温度传感器对清洗状态时进行识别，并在主控MCU中设计该算法，因此对医疗保健袜的清洗一般是利用热水进行清洗，从而可以在一定程度上判定温度高于阈值时是处于清洗状态。

本发明进一步设置为：所述采样时间窗口t1＝0.5S-2S，所述判定时间窗口t2＝8S-14S。

通过上述技术方案，加速度计采样时间窗口可以很短，因此运动产生的加速度比较迅速。

本发明进一步设置为：所述加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为10分钟和30分钟两档；当激活时长在30分钟以内，失活条件判定的时间窗为10分钟；当激活时长在30分钟以上，失活条件的判定时间窗为30分钟；加速度计的失活条件测量抖动的峰峰值。。

通过上述技术方案，温度采样时间窗口一般时间久一点，因为温度的反应比较慢，时间需要设定长一些，让温度慢慢升高。

针对背景技术中提出的采用压力传感器、触摸传感器以及光传感器对可穿戴产品的穿着状态测量判断效果不佳的技术问题，本发明第二目的是采用加速度计传感器和温度传感器配合使用，以此设计一种硬件电路板结构，可提高测量精确度，且有效避免了未穿着状态时的数据空采和穿着状态时的数据漏采，从而达到对可穿戴产品的穿着状态精确测量的目的。

为实现上述第二目的，本发明提供了如下技术方案：

可穿戴产品是否处于穿着状态判断的电路系统设计，包括电路板、加速度计传感器、温度传感器和主控MCU，所述加速度计传感器、温度传感器、主控MCU均安装在电路板上，且所述加速度计传感器、温度传感器、主控MCU之间电性连接。

通过上述技术方案，加速度传感器用于测量加速度值变化，判断医疗保健袜是否处于穿着状态，温度传感器用于测量温度值变化，判断医疗保健袜是否处于清洗状态。

本发明进一步设置为：所述加速度计传感器的型号配置为BMA400。

本发明进一步设置为：所述温度传感器的型号配置为JP404-B01F。

本发明进一步设置为：所述主控MCU的型号配置为nRF52832-QFAA。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)有效避免了未穿着状态时的数据空采和穿着状态时的数据漏采，减少无效数据的干扰，从而达到对可穿戴产品的穿着状态精确测量的目的；

(2)有效避免了医疗保健袜在未穿着状态时，具有类似穿着状态的情况发生，进一步剔除了无效数据；

(3)依据研究设置合理的采样时间窗口期，让测量更加准确，避免测量失误情况发生。

附图说明

图1为电路系统设计原理结构示意图；

图2为采样控制原理示意图；

图3为医疗保健袜处于穿着和脱下状态时加速度计数据曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

可穿戴产品是否处于穿着状态判断的电路系统设计，结合图1、图2和图3可知，包括电路板、加速度计传感器、温度传感器和主控MCU，加速度计传感器的型号选用BMA400，温度传感器的型号选用JP404-B01F，主控MCU的型号选用nRF52832-QFAA。将加速度计传感器、温度传感器、主控MCU均安装在电路板上，且加速度计传感器、温度传感器、主控MCU之间通过印刷电路电性连接。

其数据通讯方式为：nRF52832-QFAA型号的主控MCU自带蓝牙模块，外部设有蓝牙通讯装置，主控MCU内数据可以直接通过其自身蓝牙模块与手机端app无线数据连接，主控MCU内数据还可以通过外部设置的蓝牙通讯装置，将通过蓝牙通讯装置内的网络通讯协议上传至云端服务器，云端服务器和手机端是无线连接的，因此可实现主控MCU内数据的网络信息化。

由于主控MCU时刻接收加速度计传感器和温度传感器采集的医疗保健袜上的相关数据，需要度未穿着状态时的数据进行剔除，因此，在可穿戴产品是否处于穿着状态的判断进行程序算法设计，该算法设计包括激活算法和失活算法两大版块。

其中的激活算法，是指利用该算法判定可穿戴产品正处于穿着状态，并采集该时段的有效数据。具体算法方法为：当加速度计在一个采样时间窗口t1获取到的最大加速度值大于设定激活阈值，即G(cur)>G(thres1)时，判定这个采样时间窗口t1内发生了抖动；激活算法的激活判定时间窗口为t2，在这个判定时间窗口t2内有一半时间满足G(cur)>G(thres1)，则判定加速度计激活条件满足；

失活算法，是指利用该算法判定可穿戴产品正处于闲置状态，并放弃采集该时段的无效干扰数据。具体失活算法方法包括加速度计失活条件，加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为T1和T2两档；通过激活时长T3来控制，当激活时长在T3以内，失活条件判定的时间窗为T1；当激活时长在T3以上，失活条件的判定时间窗为T2；加速度计的失活条件以测量抖动的峰峰值为准。上述失活方法为单方向计算，一般当X,Y,Z三轴三个方向的峰峰值在判定时间窗内满足小于设定激活阈值，即G(max-min)<G(thres2)时，则判定加速度计失活条件满足。

其中，失活算法还包括温度失活条件。温度失活条件是指：可穿戴产品具有六路温度传感器，将在单个采样时间窗口获取到的温度值与设定的高温阈值进行比对，当有三路温度传感器的温度高于高温阈值时，则判定温度失活条件满足，主控MCU控制主板进入休眠模式。两分钟后再次启动温度采样，如此循环直到温度失活条件不再满足则退出失活。

采样时间窗口t1＝0.5S-2S，判定时间窗口t2＝8S-14S，因为加速度计采样时间可以很短，判定迅速；加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为10分钟和30分钟两档；当激活时长在30分钟以内，失活条件判定的时间窗为10分钟；当激活时长在30分钟以上，失活条件的判定时间窗为30分钟；加速度计的失活条件测量抖动的峰峰值。因此，温度的反应比较慢，时间需要设定长一些，让温度慢慢升高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可判断医疗保健袜是否处于穿着状态的方法，其特征在于，首先在医疗保健袜上安装加速度计传感器和温度传感器，包括激活算法和失活算法：所述激活算法，指利用该算法判定医疗保健袜正处于穿着状态，并采集处于穿着状态时段的有效数据；所述激活算法为：当加速度计在一个采样时间窗口t1获取到的最大加速度值大于设定激活阈值，即G(cur)＞G(thres1)时，判定这个采样时间窗口t1内发生了抖动；激活算法的激活判定时间窗口为t2，在这个判定时间窗口t2内有一半时间满足G(cur)＞G(thres1)，则判定加速度计激活条件满足；所述失活算法，指利用该算法判定医疗保健袜正处于闲置状态，并放弃采集处于闲置状态时段的无效干扰数据；所述失活算法包括加速度计失活条件，所述加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为T1和T2两档；通过激活时长在T3来控制；当激活时长在T3以内，失活条件判定的时间窗为T1；当激活时长在T3以上，失活条件的判定时间窗为T2；加速度计的失活条件以测量抖动的峰峰值为准；当X，Y，Z三轴三个方向的峰峰值在判定时间窗内满足小于设定激活阈值，即G(max-min)＜G(thres2)时，则判定加速度计失活条件满足；所述失活算法还包括温度失活条件：所述温度失活条件是指：医疗保健袜具有六路温度传感器，将在单个采样时间窗口获取到的温度值与设定的高温阈值进行比对，当有三路温度传感器的温度高于高温阈值时，则判定温度失活条件满足，主控MCU控制主板进入休眠模式；上述算法设计针对医疗保健袜在清洗状态时的判定，让主控MCU在清洗状态时休眠；由于医疗保健袜处于清洗状态时也在动作，主控MCU程序易认为其是处于穿着状态而采集数据，而此时是清洗状态，采集数据无效；两分钟后再次启动温度采样，如此循环直到温度失活条件不再满足则退出失活；所述采样时间窗口t1＝0.5S-2S，所述判定时间窗口t2＝8S-14S；所述加速度计失活条件为：加速度计的失活条件时间窗分为10分钟和30分钟两档；当激活时长在30分钟以内，失活条件判定的时间窗为10分钟；当激活时长在30分钟以上，失活条件的判定时间窗为30分钟；加速度计的失活条件测量抖动的峰峰值；上述算法结合温度传感器对清洗状态时进行识别，并在主控MCU中设计该算法，对医疗保健袜的清洗利用热水进行清洗，从而可以在一定程度上判定温度高于阈值时是处于清洗状态；采用加速度计传感器和温度传感器配合使用，可提高测量精确度，且有效避免了未穿着状态时的数据空采和穿着状态时的数据漏采，从而达到对医疗保健袜的穿着状态精确测量的目的。

2.一种可判断医疗保健袜是否处于穿着状态的电路系统，其特征在于，应用于如权利要求1所述的算法；系统包括电路板、加速度计传感器、温度传感器和主控MCU，所述加速度计传感器、温度传感器、主控MCU均安装在电路板上，且所述加速度计传感器、温度传感器、主控MCU之间电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种可判断医疗保健袜是否处于穿着状态的电路系统，其特征在于，所述加速度计传感器的型号配置为BMA400。

4.根据权利要求2所述的一种可判断医疗保健袜是否处于穿着状态的电路系统，其特征在于，所述温度传感器的型号配置为JP404-B01F。

5.根据权利要求2所述的一种可判断医疗保健袜是否处于穿着状态的电路系统，其特征在于，所述主控MCU的型号配置为nRF52832-QFAA。

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