CN1648607A - 加速度感应能量消耗计步装置 - Google Patents

Abstract

加速度感应能量消耗计步装置，将传感器芯片1、微处理器2和存储器3内置于移动智能终端内部。传感器芯片1将感测到的步行者行走周期性变化的脉冲送入微处理器2对脉冲进行计数，并将此数据保存到存储器3中。步行者在行走的过程中，移动智能终端会随着人的身体上下运动，加速度传感器将感测到这种周期性变化的脉冲，并将感测到的数据送给微处理器，由微处理器进行脉冲计数，从而实现计算步行者行走步数的目的。一旦使用者事先设置了体重和步宽，便可以达到计算并显示实际的步数、步行距离以及所消耗的热量的目的。本发明具有结构简单、操作可靠性强、携带方便等特点，是有助于健身、健美、益神、提高身体素质的理想移动智能终端。

Description

加速度感应能量消耗计步装置

                              技术领域

本发明涉及一种利用移动智能终端测量行走步数、实际步行距离以及所消耗热量的装置。

                              技术背景

目前现代都市生活的快节奏，使人们的运动量明显不足，热量消耗减少，从而使体重增加，体质下降。步行锻炼是加大热量消耗、进行健康运动的一种好办法，它既不需要太多时间，也不需要特别的场地，却能轻松达到健康所需的运动量，且有助于增强心血管系统功能，促进身体健康的目的。另一方面，当今各种移动智能终端，如掌上电脑PDA、手机等已经成为人们生活中不可缺少的重要组成部分，如果能够在移动智能终端设备上加装加速度感应能量消耗计步装置，从而使移动智能终端使用者随时随地都能轻松地测量出自己行走的步数、实际的步行距离以及所消耗热量，这无疑为提高全民族的身体素质做出了一点贡献。本发明的提出可以使这一设想得以实现。

                              发明内容

本发明的目的是在移动智能终端(如PDA、手机)中加装一种基于加速度感应的能量消耗计步装置，从而方便地测量出移动智能终端使用者在行走过程中的步数、实际的步行距离以及所消耗热量。

本发明主要由传感器芯片1，微处理器2和存储器3组成(如图1)，传感器芯片1产生的X，Y方向的平衡感应信号X_OUT和Y_OUT传送到微处理器(μP)的计时器/定时器端口，由微处理器2对平衡感应信号X_OUT和Y_OUT进行解码，并将解码后的数据存储到存储器3中。将传感器芯片1，微处理器2和存储器3内置于移动智能终端内部。步行者在行走的过程中，移动智能终端会随着人的身体上下运动，传感器芯片1将感测到的步行者行走周期性变化的脉冲送入微处理器2对脉冲进行计数，并将此数据保存到存储器3中，从而实现计算步行者行走步数的目的。其工作原理是以重力作为传感器芯片1的一个输入矢量，通过(固化)软件计算，确定出移动智能终端在X，Y两个方向上发生移动的加速度和速度大小，并将其合成为总加速度和总速度。一旦使用者事先设置了体重和步宽，便可以达到计算并显示实际的步数、步行距离以及所消耗的热量的目的，并将这些数据保存到存储器3中。ADXL202E是二维加速度传感器芯片，它能提供在X，Y方向上与加速度成比例工作循环(即脉冲宽度与周期的比)的数字信号作为输出。该工作循环输出可以直接输入一个微处理器，由微处理器对工作循环进行计数并分别计算出X，Y方向上的加速度。X，Y方向上典型输出的工作循环如图2所示。图2中：

T1-循环中处于“on”状态的宽度。

T2-总循环的宽度。变化范围：由0.5ms到10ms。

工作循环—处于“on”状态(T1)的时间占总循环(T2)的比例。

脉冲宽度—处于“on”状态的脉冲宽度。

加速度计算公式：

加速度(g)＝(T1/T2-50％)/(12.5％)

在这里，0g表示50％工作循环。缩放系数：12.5％工作循环/g。

在X，Y两个方向上，输出电路把模拟信号转换为用工作循环调制的数字信号，该数字信号可以通入一个微处理器的计时器/定时器端口，并对其进行计数及解码。计时器/定时器通过测量T1，T2信号的长度并由上述公式：加速度(g)＝(T1/T2-50％)/(12.5％)来计算加速度。解码方法有很多，下述实施例采用的方法是(如曲线图3所示)，计时器从X轴的上升沿(Ta＝0)开始计数，记录下降沿(Tb)，计时器在下一次X轴上升沿(Tc)到来时停止计时。T1＝Tb-Ta，T2＝Tc-Ta。对于Y轴输出，作同样处理(Td，Te，Tf)。

本发明提出的加速度感应能量消耗计步装置是以重力作为加速度平衡感应装置(传感器芯片)的一个输入矢量，通过(固化)软件计算，从而确定移动智能终端发生移动的加速度和速度大小。

                              附图说明

附图1为本发明硬件系统框图。

附图2为X，Y方向上典型输出的工作循环曲线图。

附图3为ADXL202E芯片的解码方式曲线图。

附图4为实施例ADXL202E芯片管脚配置说明图。

其中：ST-测试；T2-连接R_SET，由R_SET设置T2；COM-公共端；Y_OUT-Y通道工作循环输出；X_OUT-X通道工作循环输出；Y_FILT-Y通道滤波管脚；X_FILT-X通道滤波管脚；V_DD-3V到5.25V。

附图5为ADXL202E芯片电路图。

附图6为计算软件流程图

                            具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明采用ANALOG公司的ADXL202E芯片作为传感器芯片1，芯片管脚配置如图4所示。该芯片既可以测量动态加速度，又可以测量静态加速度。测量范围：±2g。将ADXL202E芯片内置于移动智能终端内，并与移动智能终端的微处理器(μP)进行连接，ADXL202E芯片电路如图5所示。芯片八个管脚的连接情况为：V_DD接3V到5.25V电源；V_DD和COM之间接电容C_DC起到去耦合的作用，C_DC推荐值0.1μF；X_FILT，Y_FILT分别接电容C_X，C_Y，并由C_X，C_Y的取值来设置低通滤波器的带宽；T2接电阻R_SET；X_OUT和Y_OUT分别为X，Y方向上的输出，通入一个微处理器的计时器/定时器端口，微处理器通过软件分别计算出X，Y方向上的加速度和速度；ST为测试端。

本实施例参数设置：C_DC：推荐值0.1μF；T2：X，Y方向使用相同的总循环的宽度。T2计算公式如下，通过设置不同的R_SET值来设置T2。

$T2=\frac{R_{\mathrm{SET}}\left(\mathrm{\Ω}\right)}{125\mathrm{M\Ω}}$

C_X，C_Y：由C_X，C_Y设置低通滤波器的带宽。

R_FILT：典型值32kΩ。

当用户使用本装置时，只要将移动智能终端佩挂在腰间即可。首先设定启动该功能，并输入用户的体重和步宽数据，用户在正常行走的过程中，移动智能终端会随着人的身体上下运动，移动智能终端中的传感器芯片1将感测到周期性变化的脉冲，由微处理器2对脉冲进行计数，并计算出针对用户步行的总距离和消耗的总能量，数字化地显示在移动智能终端上。用户的步行数据也被存储在移动智能终端中的存储器中，便于用户日后查询和统计。

计算软件工作流程：

软件的主要工作流程如图6所示。首先检查移动智能终端是否进入计步和计算热量消耗功能，如果启动该功能，则设定体重和步宽，由微处理器读传感器芯片ADXL202E的输出X_OUT和Y_OUT，计算X，Y两个方向的加速度和速度大小，将其合成为总加速度和总速度。然后，微处理器计算步行者的总步数、总步行距离和消耗的总热量。当退出该功能时，微处理器将步行者的总步数、总步行距离和消耗的总热量保存入存储器中；否则，继续读传感器芯片ADXL202E的输出。

本发明的有益效果在于，利用移动智能终端达到计算和显示实际的步数、步行距离以及所消耗的热量的目的。它内部具有误动作防止机能，可准确计算出步数，并兼具定时等功能。该装置作为个人移动智能终端的一个新功能，携带方便，用户可以随时掌握自己步行的步数、距离，并准确计算出每天消耗的多余热量，达到健康的目的。并且具有结构简单、操作可靠性强的特点。

Claims (1)

1.加速度感应能量消耗计步装置，主要包括传感器芯片(1)，微处理器(2)和存储器(3)，传感器芯片(1)产生的平衡感应信号传送到微处理器(2)的计时器/定时器端口，由微处理器(2)对平衡感应信号进行解码，其特征在于将所述传感器芯片(1)、微处理器(2)和存储器(3)内置于移动智能终端内部，传感器芯片(1)将感测到的步行者行走周期性变化的脉冲送入微处理器(2)，由微处理器对脉冲进行计数计算出用户个体步行的总步数和消耗的总能量，数字化显示于移动智能终端，并将此数据保存至存储器(3)。

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