CN111918249A - 一种智能穿戴设备同步方法及存储介质 - Google Patents

一种智能穿戴设备同步方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能穿戴设备技术领域，提供了一种智能穿戴设备同步方法及存储介质，包括以下步骤：两个以上的智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并分别记录检测到所述同一动作的时间戳；两个以上的智能穿戴设备将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备；所述主设备根据所述时间戳对两个以上的智能穿戴设备进行时间同步。智能穿戴设备利用自身原有的传感器进行系统时间同步，无需增加任何时钟芯片即可实现两个智能穿戴设备的时间同步，并且本技术方案进行时间同步时无需主设备与智能穿戴设备之间来回信息交互，从而提高时间同步精度，本技术方案智能穿戴设备时间同步精度可以达到ms级别甚至us级精度。

Description

一种智能穿戴设备同步方法及存储介质
技术领域
本发明涉及智能穿戴设备技术领域，特别是涉及一种智能穿戴设备同步方法及智能穿戴设备。
背景技术
随着科技发展以及人们生活水平的提高，越来越多的智能可穿戴设备进入人们的生活，给人们生活带来了更好的舒适性与便捷性。特别的，针对足部的智能设备(智能鞋\智能鞋垫)被发明用于运动监测、步态分析、足部理疗等。为最大利用现有的智能手机终端,智能鞋\智能鞋垫会采用蓝牙进行数据通信，将智能设备检测的数据传输给智能手机终端，由智能手机终端进行数据的分析和处理。为实现左右脚之间的高精度数据分析，左右脚设备之间必须要有较高精度的时间同步。现有技术中主要通过以下两种方法实现左右脚时间同步：
方法一：
利用主从蓝牙设备之间的数据通信，通过发送命令消息进行时间同步。即主设备发送时间消息，从设备接收到消息后保存时间信息。
方法二：
左右脚智能设备的蓝牙设备分别添加RTC，用于进行时间同步。
例如，在专利号为201910277795.3，名称为一种低功耗可无线升级的智能鞋嵌入式系统的现在专利中，其在智能鞋中设置时间同步系统，所述的时间同步系统按天为时间周期，对穿戴者的运动姿态参数进行当天的结算统计。又例如，在专利号为201810670340.3，名称为：一种新型智能鞋的智能定位鞋系统的现有专利中，服务器功能包括时间同步，通过服务器发送指令，并由智能鞋回复进行时间同步。
以上方法一存在的缺点有：
缺点1：手机系统非实时系统，应用层发送消息到蓝牙数据发出有ms级延迟，甚至更大。
缺点2：主设备对各个从设备之间的命令消息有延迟。
缺点3：蓝牙通信需要耗时，导致时间消息从主设备到从设备已不准确。
二存在的缺点有：
缺点1：添加RTC增加了物料成本和空间成本。
缺点2：RTC的初始时间也需要进行时间同步，同样有系统及通信延迟。
发明内容
为此，需要提供一种智能穿戴设备同步方法，用于解决现有成对使用的智能穿戴设备时间同步精度低和时间同步硬件成本主的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能穿戴设备同步方法，包括以下步骤：
两个以上的智能穿戴设备分别和主设备建立通信连接；
两个以上的所述智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并分别记录检测到所述同一动作的时间戳；
两个以上的所述智能穿戴设备将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备；
所述主设备根据所述时间戳对两个以上的所述智能穿戴设备进行时间同步。
进一步的，所述智能穿戴设备包括智能鞋子或智能鞋垫。
进一步的，所述同一动作包括两个以上的所述智能穿戴设备相互碰撞或同时碰撞其他物体。
进一步的，所述传感器为压力传感和/或IMU传感器。
进一步的，所述两个以上的智能穿戴设备和主设备之间建立蓝牙通信连接。
进一步的，还包括步骤：
两个所述智能穿戴设备分别将采集的运动数据发送给所述主设备；
所述主设备分别提取两个所述运动数据中最大值所对应的时间，并计算所述时间的偏差值；
所述主设备重复上一步骤计算得到多个所述偏差值，并计算多个所述偏差值的平均值；
所述主设备根据所述平均值对两个所述智能穿戴设备的同步时间进行调整。
进一步的，所述主设备设置有实时时钟电路；所述智能穿戴设备包括晶振电路，所述智能穿戴设置通过所述晶振电路进行自加计数，并在检测时将所述传感器检测到信号时的所述自加计数作为时间戳。
进一步的，所述主设备包括智能手机、PAD、PC中的任意一种。
进一步的，所述智能穿戴设备包括蓝牙模块和所述传感器，所述传感器包括压力传感器、IMU传感器和AD转换器，所述压力传感器的输出端连接所述AD转换器，所述AD转换器的输出端连接所述蓝牙模块，所述IMU传感器的输出端连接所述蓝牙模块，所述蓝牙模块用于与所述主设备蓝牙连接。
进一步的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质内存储有程序，所述程序被处理器执行时，执行以上任一技术方案所述的智能穿戴设备同步方法。
区别于现有技术，上述技术方案两个以上的所述智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备；主设备根据所述时间戳对两个以上的所述智能穿戴设备进行时间同步。因此智能穿戴设备利用自身原有的传感器进行系统时间同步，无需增加任何时钟芯片即可实现两个智能穿戴设备的时间同步，并且本技术方案进行时间同步时无需主设备与智能穿戴设备之间来回信息交互，从而提高时间同步精度，本技术方案智能穿戴设备时间同步精度可以达到ms级别甚至us级精度。
进一步的，本技术方案智能穿戴设备时间同步操作方便，只需要将两个以上的智能穿戴设备对撞或同时碰撞其他物体即可。
进一步的，本技术方案还通过极值算法和均值算法即可实现高精度同步，为提高精度可采用插值算法进一步提高基于自身硬件的同步精度。
附图说明
图1为具体实施方式所述智能穿戴设备同步方法的流程图；
图2为具体实施方式所述主设备与两个智能鞋垫的连接示意图；
图3为具体实施方式所述智能穿戴设备的电路模块图；
图4为具体实施方式所述存储介质的示意图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图4，本实施方式提供了智能穿戴设备同步方法。
如图1所示，本实施方式所述智能穿戴设备同步方法，包括以下步骤：
S101、两个以上的智能穿戴设备分别和主设备建立通信连接；
S102、两个以上的所述智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并分别记录检测到所述同一动作的时间戳；
S103、两个以上的所述智能穿戴设备将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备；
S104、所述主设备根据所述时间戳对两个以上的所述智能穿戴设备进行时间同步。
其中，智能穿戴设备可以是智能鞋子或智能鞋垫，在其他实施方式中，所述智能穿戴设备还以是智能手环等其他可智能穿戴设备。主设备可以为智能手机、PAD、PC、智能手表等具有数据分析处理能力的终端设备。所述主设备为主控设备，所述智能穿戴设备为从设备，智能穿戴设备用于采集穿戴者的运动数据和身体数据，其中，运动数据包括行走的步数、里程等，所述身体数据可以包括心率等。主设备与两个以上的智能穿戴设备组成一个数据采集和分析处理系统。
如图2所示，为一具体实施方式智能手机与左智能鞋垫以及右智能鞋垫组成的一个运动数据采集分析系统。其中，智能手机为整个系统的控制及数据接收处理终端，智能穿戴设备为左智能鞋垫和右智能鞋垫，左智能鞋垫和右智能鞋垫用于运动者的步态传感的数据采集。智能手机分别与左智能鞋垫和右智能鞋垫通过无线方式进行通信连接。左智能鞋垫和右智能鞋垫分别将采集的运动数据(在本实施方式中即为上述步态数据)发送给智能手机，智能手机根据所述步态数据计算运动者的运动步数、运动距离、消耗能量等信息。
优选的，所述无线方式通信连接为通过蓝牙模块进行无线连接，蓝牙模块具有传输速率高、功耗低、抗干扰等优点。但本发明中主设备与智能穿戴设备之间不仅限于通过蓝牙连接。
如图3所示，为一具体实施方式中智能鞋垫的电路模块示意图。其中，左智能鞋垫和右智能鞋垫中均设置有三个部分：压力传感器、IMU传感器和蓝牙模块。其中，压力传感器用于检测运动者在运动过程中地面对脚部(即鞋子)的冲击力。所述IMU传感器为惯性测量模块，其中设置有三轴陀螺仪，用于负责运动过程中加速度以及角度等姿态数据的采集。所述蓝牙模块由蓝牙控制芯片(推荐但不限于CC2640R2F)实现鞋垫逻辑的控制与数据的传输。
其中，所述压力传感器输出为模拟信号，因此，在压力传感器的前端设置有AD转换器，用于将模拟信号转换为对应的数字信号，然后再将数字信号发送给蓝牙模块，由蓝牙模块将所述压力传感器和IMU传感器检测的数据发送给智能手机。
在另一实施方式中，所述智能穿戴设备也可以为智能鞋子，智能鞋子内部设置有图3所示的电路模块示意图。
因此，在一些具体应用中为实现左右脚之间的高精度数据分析，需要对左智能鞋垫和右智能鞋垫进行时间同步。在进行主设备与智能穿戴设备的时间同步时，需要先执行上述步骤S101、两个以上的智能穿戴设备分别和主设备建立通信连接。该步骤为现有技术，与现有智能设备之间通过蓝牙等无线通信连接步骤相同，就不详细说明。在完成通信连接之后进入步骤S102。
在步骤S102中，两个以上的所述智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并分别记录检测到所述同一动作的时间戳。其中，所述传感器为智能穿戴设备已有的传感器，例如上述智能鞋垫的压力传感器或IMU传感器，因此智能穿戴设备无需新增硬件电路。所述同一动作可以为两个以上的智能穿戴设备相互碰撞，或将两个以上的智能穿戴设备抓在一起或绑在一起，然后再碰撞地面等固定物体，从而两个以上的智能穿戴设备能够在同一时刻检测到该同一动作和产生对应的检测信号(即脉冲信号)。智能穿戴设备在检测到所述动作并产生检测信号时，记录该检测信号的时间戳(即在哪个时刻产生的)。
需要说明的是，由于智能穿戴设备自身没有设备时钟电路，只是在蓝牙模块等无线通信模块里设置有晶振电路，智能穿戴设备在工作时，通过晶振电路进行自加计算，并以该自加计算为了控制程序的时序基础。因此智能穿戴设备的所述检测信号的时间戳可由所述晶振电路的自加计算来记录，即不同的自加计算值代表不同的时间戳。当各智能穿戴设备得到所述同一动作所对应的检测数据和时间戳后，进入步骤S103。
在步骤S103中，各智能穿戴设备将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备。该步骤属于现有无线通信中的数据发送与接收，因此就不详细说明。
在步骤S104中，所述主设备根据所述时间戳对两个以上的所述智能穿戴设备进行时间同步。所述主设备使用RTC(即实时钟芯片)或晶振时间作为主时钟，并且主设备接收两个以上的智能穿戴设备(即从设备)发送过来的还有时间戳(即时钟计数)的数据,通过计算两个以上智能穿戴设备的时间戳的差值,分析并确定各个从失踪域的时钟偏差。由于在步骤S102中，不同智能穿戴设备的所述时间戳都是基于同一个动作产生的，虽然各智能穿戴设备(从设备)上传的时间戳的数值可能不同，但在该系统中各智能穿戴设备所生产的所述时间戳应该是对应同一个时刻的。因此，在步骤S104中，主设备根据不同设备上传的所述时间戳的差值即可知道各智能穿戴设备的时间戳之间的偏差是多少，因此在进行数据处理时，主设备通过该偏差时即可对不同智能穿戴设备上传的数据中的时间戳进行调整，使同一时刻的数据能够对应起来。
例如，在上述实施方式中，左智能鞋垫和右智能鞋垫检测同一碰撞动作时的时间戳分别是10001(左智能鞋垫)和12001(右智能鞋垫)，因此主设备就知道左智能鞋垫和右智能鞋垫之间的时间戳差值为2000，而将右智能鞋垫的时间戳减掉2000或将左智能鞋垫的时间戳增加2000,即可实现左智能鞋垫和右智能鞋垫的时间时间同步。
在一实施方式中，为了进一步提高两个以上智能穿戴设备的时间同步精度，还对所述两个以上的所述智能设备的时间同步进行调整。具体的，
包括步骤：
两个所述智能穿戴设备分别将采集的运动数据发送给所述主设备；
所述主设备分别提取两个所述运动数据中最大值所对应的时间，并计算所述时间的偏差值；
所述主设备重复上一步骤计算得到多个所述偏差值，并计算多个所述偏差值的平均值；
所述主设备根据所述平均值对两个所述智能穿戴设备的同步时间进行调整。
为了方便理解，我们以上述图2所示智能鞋垫的时间同步为例进行具体说明。
其中，由于主设备智能手机的时间是准确的，而各智能鞋垫的时间戳只是一个相对的计数时，因此我们将智能手机的时间定为主时间域，各智能穿戴设备的时间定为从时间域1、从时间域2…从时间域n，其中，左智能鞋垫和右智能鞋垫的时间定为从时间域1和从时间域2。
具体的时间同步操作如下：
操作：
a、主时钟域开始时间同步操作,启动各个从设备的数据采集，并记录；
b、各从时钟域设备接收到启动消息后开始进入数据采集阶段，采集相关数据并上传；
c、两只智能鞋垫相撞击(以压力作为同步触发信号时)，产生脉冲信号两只鞋垫相撞击(以加速度或IMU作为同步触发信号时)，产生脉冲信号；
d、各从设备AD转换器采集脉冲信号(压力、加速度等姿态信息)，并记录设备时间戳；
e、主设备接收各个从设备的数据信号(带时间戳的压力、加速度信号)；
f、为提高计算精度，可对采集到的数据信号进行插值算法操作；
g、主设备利用极值算法提取各设备数据的信号最大值及其对应时间cn1、cn2；
h、主设备根据最大值时间cn1、cn2，推算从设备时间偏差Δcn＝cn1-cn2；
i、多次撞击获取多次从设备时间偏差，Δcn1、Δcn2……，并计算偏差均值；
j、根据偏差均值对从设备时间进行偏置，实现从设备时间域的同步。
其中，根据偏差均值对从设备时间进行偏置，实现从设备时间域的同步可以为：
一、可通过对从时钟域2接收到的cn2加Δcn的方式进行偏置；或
二、可通过对从时钟域1接收到的cn1减Δcn的方式进行偏置。
本实施方式中，利用智能鞋垫自身的传感器即可实现从设备之间的系统时间同步，并且时间同步精度达到ms级别甚至us。如果系统AD转换器的时钟为1KHz时，则同步精度可达亚毫秒级别的时间同步；如果系统AD转换器的时钟为100KHz时，则同步精度可达微妙级别的时间同步。
在本实施方式中，因为利用智能鞋垫自身具有压力传感器或IMU传感器，而无需添加额外硬件或专用设备进行时间同步。
并且本实施方式中时间同步操作简单，只需要双脚对撞或者智能鞋垫对撞即可。
在另一实施方式中，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质内存储有程序，所述程序被处理器执行时，执行以上任一技术方案所述的智能穿戴设备同步方法。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或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，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能穿戴设备同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
两个以上的智能穿戴设备分别和主设备建立通信连接；
两个以上的所述智能穿戴设备分别通过传感器检测同一动作，并分别记录检测到所述同一动作的时间戳；
两个以上的所述智能穿戴设备将所述时间戳或带有所述时间戳的检测数据发送给所述主设备；
所述主设备根据所述时间戳对两个以上的所述智能穿戴设备进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述智能穿戴设备包括智能鞋子或智能鞋垫。
3.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述同一动作包括两个以上的所述智能穿戴设备相互碰撞或同时碰撞其他物体。
4.根据权利要求3所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述传感器为压力传感和/或IMU传感器。
5.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述两个以上的智能穿戴设备和主设备之间建立蓝牙通信连接。
6.根据权利要求1至任一所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，还包括步骤：
两个所述智能穿戴设备分别将采集的运动数据发送给所述主设备；
所述主设备分别提取两个所述运动数据中最大值所对应的时间，并计算所述时间的偏差值；
所述主设备重复上一步骤计算得到多个所述偏差值，并计算多个所述偏差值的平均值；
所述主设备根据所述平均值对两个所述智能穿戴设备的同步时间进行调整。
7.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述主设备设置有实时时钟电路；所述智能穿戴设备包括晶振电路，所述智能穿戴设置通过所述晶振电路进行自加计数，并在检测时将所述传感器检测到信号时的所述自加计数作为时间戳。
8.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述主设备为智能手机、PAD、PC中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的智能穿戴设备同步方法，其特征在于，所述智能穿戴设备包括蓝牙模块和所述传感器，所述传感器包括压力传感器、IMU传感器和AD转换器，所述压力传感器的输出端连接所述AD转换器，所述AD转换器的输出端连接所述蓝牙模块，所述IMU传感器的输出端连接所述蓝牙模块，所述蓝牙模块用于与所述主设备蓝牙连接。
10.一种存储介质，所述存储介质内存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，执行以上权利要求1至9任一所述的智能穿戴设备同步方法。
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