CN203323767U - 一种基于上臂摆动的腕式计步装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于上臂摆动的腕式计步装置，属于人体运动信息检测技术领域。包括外壳、质量块、弹性片、计数电路和显示屏等。其中外壳通过腕带戴在手腕处，弹性片的一端通过螺钉固定在外壳上，质量块通过螺钉固定在弹性片的另一端，电阻应变片贴于弹性片的两侧，并分别接入电桥中相邻的两个臂，电桥的输出端与放大电路相连接，放大电路的输出端与整形电路相连接，整形电路的输出端与计数电路相连接，计数电路的输出端与显示器相连接。本实用新型计步装置，结构简单可靠，利用手臂的摆动进行计步，敏感方向平行于地面，具有较强的抗干扰能力，只记录有效行走步数，因此能提供准确的健身信息。

Description

一种基于上臂摆动的腕式计步装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于上臂摆动的腕式计步装置，属于人体运动信息检测技术领域。 

背景技术

现代人缺乏体育锻炼，易引起心脏病、糖尿病和癌症等慢性非传染性疾病。中华人民共和国卫生部发布的《中国居民膳食指南》指出：运动不仅有助于保持健康体重，还能够降低患高血压、中风、冠心病、糖尿病、结肠癌、乳腺癌和骨质疏松等慢性疾病的风险。《指南》建议成年人每天应进行累计相当于步行6000步以上的身体活动。国内外的研究显示，迈开大步、大幅摆臂的行走运动对促进健康的效果最好。 

计步器方便携带、操作简便，使人们可以每天监控自己的行走步数，因而获得了越来越广泛的应用。人体在行走时，脚底与地面的间歇性撞击，会使身体重心在垂直于地面的方向产生与步行频率同步的上下振动，利用振动传感器检测出身体重心的上下运动，就能对行走步数进行计数。 

目前，从计步器的振动传感器的结构看，有机械式传感器和电子式传感器两种。机械式传感器利用传感器内的摆动质量块来检测身体重心的上下运动，受体积限制，机械式传感器只有一个摆动质量块（敏感方向），因此使用时必需要垂直佩带，使机械式传感器的敏感方向垂直于地面，才能检测人体重心的上下运动。电子式传感器由于采用3轴微电子机械系统（Micro Electro Mechanical Systems，以下简称MEMS）加速度计，有相互正交的三个敏感方向，因此无论3轴加速度计如何放置，都可以检测出人体重心的上下运动。 

现有的计步器存在如下缺陷： 

（1）无论是采用机械式传感器还是3轴MEMS微机械加速度计，检测的都是身体重心的上下振动，计步结果易受电梯、交通工具等外界振动干扰的影响； 

（2）对所有脚部落地动作（步数）进行记录，无法统计迈开大步和大幅摆臂的有效步数，容易让使用者产生误导。 

发明内容

本实用新型的目的是提出一种基于上臂摆动的腕式计步装置，通过传感器检测行走时的手臂摆动次数来计算步数，因此对电梯、交通工具等外界因素导致的垂直振动干扰不敏感，而且只记录手臂摆动时的有效行走步数。 

本实用新型提出的基于上臂摆动的腕式计步装置，包括： 

外壳，用于输入手臂的摆动，外壳通过腕带固定在手臂上； 

质量块，用于产生与手臂摆动方向相反的运动，质量块通过螺钉固定在弹性片的一端； 

弹性片，用于支撑质量块，并将质量块的位移转换为弹性片的弯曲变形，弹性片的另一端通过螺钉固定在外壳上； 

电阻应变片，用于将弹性片弯曲变形时两侧产生的应变转换为电阻变化，电阻应变片贴于弹性片的两侧； 

电桥，用于将电阻应变片的电阻变化转换为电压变化，两个电阻应变片分别接入电桥中相邻的两个臂； 

放大电路，用于将电桥输出的电压信号进行放大，放大电路的输入端与所述的电桥的输出端相连接； 

整形电路，用于将放大电路输出的电压信号整形为方波信号，整形电路的输入端与所述的放大电路的输出端相连接； 

计数电路，用于对整形电路输出的脉冲个数进行计数，计数电路的输入端与整形电路的输出端相连接； 

显示屏，用于显示计数电路输出的计数结果，显示器的输入端与所述的计数电路的输出端相连接。 

本实用新型提出的基于上臂摆动的腕式计步装置，利用弹簧片-质量块系统来感受手臂摆动，通过检测手臂的摆动次数来进行计数，由于其敏感方向平行于地面，因此对外界干扰引起的身体垂直振动不敏感；如果手臂摆动的幅度较小，弹性片产生的弯曲变形也小，导致放大电路的输出电压小于整形电路阈值，整形电路无脉冲输出信号；只有加大步伐并大幅度摆动手臂后，腕式计步装置才开始计数。因此，本实用新型提出的腕式计步装置显示的是对健身效果有明显作用的大幅摆臂行走步数，真正对行走步数、强度及距离进行有效监控。 

附图说明

图1是本实用新型提出的基于上臂摆动的腕式计步装置中运动感应部分的结构示意图。 

图2是本实用新型提出的基于上臂摆动的腕式计步装置的电路原理框图。 

图1中，1是外壳，2是弹性片，3是电阻应变片，4是质量块。 

具体实施方式

本实用新型提出的基于上臂摆动的腕式计步装置，其运动感应部分结构如图1所示，包括： 

外壳1，用于输入手臂的摆动，外壳通过腕带固定在手臂上； 

质量块4，用于产生与手臂摆动方向相反的运动，质量块通过螺钉固定在弹性片2的一端； 

弹性片2，用于支撑质量块4，并将质量块4的位移转换为弹性片2的弯曲变形，弹性片2的另一端通过螺钉固定在外壳1上； 

电阻应变片3，用于将弹性片2弯曲变形时两侧产生的应变（位移）转换为电阻变化，电阻应变片3贴于弹性片2的两侧。 

本实用新型的腕式计步装置，其电路原理框图如图2所示，包括： 

电桥，用于将电阻应变片3的电阻变化转换为电压变化，两个电阻应变片分别接入电桥中相邻的两个臂： 

放大电路，用于将电桥输出的电压信号进行放大，放大电路的输入端与电桥的输出端相连接； 

整形电路，用于将放大电路输出的电压信号整形为方波信号，整形电路的输入端与放大电路的输出端相连接； 

计数电路，用于对整形电路输出的脉冲个数进行计数，计数电路的输入端与整形电路的输出端相连接； 

显示屏，用于显示计数电路输出的计数结果，显示器的输入端与计数电路的输出端相连接。 

本实用新型的腕式计步装置的一个实施例中，使用纮康科技公司生产的HY11P13微控制器，该微控制器中内置有电桥测量电路、PGA（Pmgrammable Gain Amplifier）可编程增益放大器和LCD驱动电路，完成放大电路、整形电路和计数电路的功能，显示屏采用LCD2004液晶显示模组。 

本实用新型的腕式计步装置，其中显示屏可以置于外壳表面，便于使用者运动时查看。其中的运动感应部分和信号处理的电路部分可以集成在外壳内，使整个计步装置象手表一样佩戴在使用者的手腕上。 

本实用新型腕式计步装置的工作原理是： 

人在走路时，手臂会前后自然摆动。用类似于戴手表的方式，将计步装置戴在手腕处。手臂摆动时，计步装置的外壳1通过弹性片2带动质量块4运动。当手臂由向前摆动变为向后摆动时，质量块4的惯性使其继续向前运动，从而导致弹性片2发生弯曲变形；当手臂由向后摆动变为向前摆动时，质量块4的惯性使其继续向后运动，也导致弹性片2发生弯曲变形。弹性片2的两侧贴有电阻应变片3，可将弹性片2的弯曲变形转换为电阻变化。利用电桥再将电阻应变片3的电阻变化转换为电压信号，并对电压信号进行计数和显示，就能实现计步功能。 

本实用新型腕式计步装置利用手臂的摆动次数来进行计步，因此只记录对健身效果有明显作用的有效行走步数，提供准确的健身信息。本实用新型腕式计步装置的敏感方向平行于地面，对电梯、交通工具等外界因素引起的身体垂直振动不敏感，具有较强的抗干扰能力。 

Claims (1)

1.一种基于上臂摆动的腕式计步装置，其特征在于该计步装置包括： 

外壳，用于输入手臂的摆动，外壳通过腕带固定在手臂上； 

质量块，用于产生与手臂摆动方向相反的运动，质量块通过螺钉固定在弹性片的一端； 

弹性片，用于支撑质量块，并将质量块的位移转换为弹性片的弯曲变形，弹性片的另一端通过螺钉固定在外壳上； 

电阻应变片，用于将弹性片弯曲变形时两侧产生的应变转换为电阻变化，电阻应变片贴于弹性片的两侧； 

电桥，用于将电阻应变片的电阻变化转换为电压变化，两个电阻应变片分别接入电桥中相邻的两个臂； 

放大电路，用于将电桥输出的电压信号进行放大，放大电路的输入端与所述的电桥的输出端相连接； 

整形电路，用于将放大电路输出的电压信号整形为方波信号，整形电路的输入端与所述的放大电路的输出端相连接； 

计数电路，用于对整形电路输出的脉冲个数进行计数，计数电路的输入端与整形电路的输出端相连接； 

显示屏，用于显示计数电路输出的计数结果，显示器的输入端与所述的计数电路的输出端相连接。 

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