CN203657814U

CN203657814U - 一种基于物联网的全功能计步器

Info

Publication number: CN203657814U
Application number: CN201420039457.9U
Authority: CN
Inventors: 吴彦文; 张海峰; 刘淑伟; 金恺; 邬洪波; 崔静雯
Original assignee: Huazhong Normal University
Current assignee: Huazhong Normal University
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-01-22

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网平台的全功能计步器，包括便携式数据采集设备和实时数据处理设备，便携式数据采集设备包括微控制器及与之相连接的三维加速度传感器、ZigBee无线通信装置、按键装置和LCD显示装置，其中ZigBee无线通信装置集成在微控制器内部，采用无线通信协议进行数据传输；实时数据处理设备包括计算机以及与计算机串口相连接的ZigBee无线通信装置；便携式数据采集设备和实时数据处理设备采用无线方式连接。本实用新型应用ZigBee无线通信技术，克服了目前国内计步器检测系统的缺陷，具有实时、准确、便携地采集人体运动状况的特点，包括运动的步数、步距、步速、能量消耗。

Description

一种基于物联网的全功能计步器

技术领域

本实用新型涉及一种全功能计步器，尤其是涉及一种基于物联网的全功能计步器。

背景技术

计步器是一种很受欢迎的日常锻炼的可穿戴电子设备，它可以帮助人们科学锻炼身体，增强体质，帮助肥胖者瘦身，还可以激励人们挑战自我，科学运动。早期的计步器设计是利用振动传感器加权机械开关检测步伐，实际上是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通断动作，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成，所以称作机械式计步器。现今，先进的三维加速度传感器利用微机电系统(MEMS)惯性传感器原理和复杂的软件，可以准确检测人体运动的步伐。MEMS惯性传感器可更准确地检测步数、步距、运动速度，从而计算出人体运动的能量消耗，误差率低，因其具备便携式、低成本、小尺寸和低功耗等特点，因此可以方便地将传感器整个嵌入到更多的便携式消费电子设备之中，如音乐播放器、手机、平板电脑等。

当人们生活水平不断改善和提高时，科学锻炼身体成为人们尤其是中老年人关注的热点，计步器的拓展功能成为科学家研究的重点，人们科学锻炼身体主要是面临解决合理的膳食和科学的运动之间的问题，而科学的运动包括运动方案的制定和运动状况的测定两个方面。人体运动状况的测量是涉及到这两大问题的关键，若不能准确地测量人体运动的状况，科学运动也只是空谈。

所以，要实现科学的运动必须对人体运动状况进行实时的检测，并对测量数据进行存储、处理、分析，以进一步做出科学评价，实现实时检测的重点在于开发微型、准确、便携的运动状况检测设备。而今，关于运动状况检测设备大多是外来产品，其检测参数是根据外国人身体状况、身体素质设定的，不适用于我国大部分人体的体质状况。

运动状况的检测大都采用计步器、心率计、脉搏计等产品，这些设备通过测量人体的运动能量消耗多少、心率快慢、脉搏跳动情况等来对人体的运动状况进行评估，这些测量方式也大多能够很好地能对人体的运动状况进行检测，但是由于这些设备的分散性、有线性和人在运动时的携带不便性，而且也不能实现与计算机的同步存储、数据处理、分析等，因此不能实时地、准确地反映人体的运动状况。

故而，开发微型、准确、便携的人体运动状况检测设备对人们的健康状况意义重大，通过对人们每天运动状况测量，进而对人们的身体状况进行评估，而且还能够进行周期性的跟踪记录、分析和评价。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以实现实时检测人体运动的加速度，利用加速度计算人体的步数、步距、速度和运动能量消耗情况，还可以将所得的个人运动情况上传至物联网社区，进而得出人体的运动状况和能量消耗情况的一种基于物联网的全功能计步器。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于物联网的全功能计步器，其特征在于，包括便携式数据采集设备和实时数据处理设备，其中,，

所述便携式数据采集设备包括数据采集微控制器；同时与数据采集微控制器相连接的三维加速度传感器、数据采集ZigBee无线通信装置，所述数据采集ZigBee无线通信装置设置在数据采集微控制器内部，采用无线通信模式进行数据传输；

所述实时数据处理设备包括计算机以及与计算机串口相连接的数据处理微控制器；所述数据处理微控制器上连接有数据处理ZigBee无线通信装置；所述数据处理ZigBee无线通信装置设置在数据处理微控制器内部；

所述便携式数据采集设备和实时数据处理设备通过数据采集ZigBee无线通信装置和数据处理ZigBee无线通信装置进行无线方式连接。

本实用新型通过计步器终端采集三维加速度传感器三个轴的加速度值，并传输至计算机端，通过计算机绘图工具绘制加速度的波形，识别运动的步数、步距、步速，建立运动能量消耗与步数，及加速度值与年龄、身高、体重、性别的关系的数学模型，并能自适应地选择对应的数学模型进行实时检测运动状况，计算能量消耗，同时将个人的运动状况上传至已建立的物联网社区，进行对比，观察，为运动者提供科学的运动指导。

在上述的一种基于物联网的全功能计步器，所述便携式数据采集设备和实时数据处理设备都还包括按键装置和LCD显示装置；便携式数据采集设备的按键装置和LCD显示装置与数据采集微控制器连接；实时数据处理设备的按键装置和LCD显示装置与数据处理微控制器连接。

在上述的一种基于物联网的全功能计步器，所述数据采集微控制器和数据处理微控制器均采用TI CC2530系列SoC芯片；所述三维加速度传感器应用三维数字加速度传感器ADXL345；所述按键装置应用五向按键；所述液晶显示装置应用LM6059BCW系列128*64点阵液晶显示模块。

因此，本实用新型具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2. 可以实现实时检测人体运动的加速度，利用加速度计算人体的步数、步距、速度和运动能量消耗情况，还可以将所得的个人运动情况上传至物联网社区，进而得出人体的运动状况和能量消耗情况。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型便携式数据采集设备中数据采集微控制器的结构示意图。

图3是本实用新型实时数据处理设备中数据处理微控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括便携式数据采集设备和实时数据处理设备，便

携式数据采集设备包括微控制器及与之相连接的三维加速度传感器、ZigBee无线通信装置、按键装置和LCD显示装置，其中ZigBee无线通信装置集成在微控制器内部，采用无线通信协议进行数据传输；实时数据处理设备包括计算机以及与计算机串口相连接的ZigBee无线通信装置；便携式数据采集设备和实时数据处理设备采用无线方式连接。便携式数据采集设备和实时数据处理设备之间的通信符合ZigBee Z-Stack协议。

实时数据处理设备首先将无线通信装置接收到的加速度数据存储，利用计算机绘图工具绘制人体运动的加速度曲线，估算人体运动的步数、步距、速度，并分别进行运动能量消耗分析、运动状况分析、提供运动指导等，并结合运动的时间进行健康运动状况的跟踪，周期性的观察人体运动量，给予科学的健康运动建议，例如建议运动类型，运动时间等。

本实用新型中各芯片的连接关系如图2、图3所示，下面对图中的各部分作详细说明：

1、三维加速度传感器：三维加速度传感器检测人体运动加速度。本实施例应用三维数字加速度传感器ADXL345，通过IIC总线与传感器数据采集微控制器相连，可设置时间间隔报告运动加速度值。

2、微控制器：微控制器是整个采集系统的中央处理单元。本实施例应用TI CC2530微处理器，该微处理器是应用于WSN开发的一个真正的片上系统解决方案。它结合了领先的RF收发器的性能，业界标准的增强型8051CPU，黄金单元ZigBee协议栈（Z-Stack），其特性是无线收发、低功耗、可组网，因此特别适合于功耗低、无线网络通信的微型设备之中。

3、按键装置：按键实现简单的菜单选项功能。本实施例应用摇杆按键和独立按键，其中摇杆按键有五个方向控制，分别为上、下、左、右、中心，对应设备类型设置键、报告数据键、禁止绑定键、允许绑定键、启动按键。另外配置一个独立复位按键、测量按键。发送报告按键按一次开始报告测量数据，摇杆按键与测量按键配合使用可以预置测量参数，例如身高、体重，还可以校准时间。液晶显示器采用LCD1602，可显示时间、脉搏、体温和累计能耗。

4、显示装置：显示装置用来显示数据。本实施例应用128*64点阵液晶显示模块LM6059BCW，LM6059系列显示模块采用128*64点阵，白色超亮LED背光，白底黑字效果，单3.3V供电，低功耗，标准8位并行或SPI串口通讯方式。

5、无线通信装置：无线通信装置主要用来发送测量数据、是整个系统的通讯部分。本实施例应用CC2530 片上系统解决方案，结合ZigBee Z-Stack无线通信协议栈，测量设备若收到数据请求信号，则将加速度数据以无线方式发给数据处理设备，并根据其回复确定是否继续发送数据。

具体连接关系如下：

1、三维加速度传感器ADXL345的SDA（13脚）、SCL（14脚）信号线分别接微控制器CC2530的P1_7（37脚）、P1_5（5脚）。

2、系统设置了3个按键，分别为摇杆五向按键JOYSTICK，接微控制器的P0_6（13脚）、P2_0（36脚）；操作按键BUTTON1，接微控制器的P0_1（18脚）；复位按键RESET，接微控制器的P0_5（14脚）。JOYSTICK为菜单选项按键，BUTTON1为运动参数设定按键，结合JOYSTICK作为功能复用的组合键使用。RESET为系统复位按键。

3、液晶显示器LM6059BCW有串行工作模式和并行工作模式，在这里设定为串行工作模式，其/CS1（1脚）、/RES（2脚）、A0（3脚）、R/W（4脚）、E（5脚）、SCL（6脚）、SI（7脚）、BLA（8脚）信号线分别接微控制器CC2530的P1_2（8脚）、P0_5（14脚）、P0_0（19脚）、P1_5（5脚）、P1_6（38脚）、P0_7（12脚）。

4、无线通信装置集成于CC2530内部，CC2530是一个完全的片上系统，可实现无线数据收发，还可组成一定的网络系统，是一个多跳的、自组织的网络。不同的设备分别可充当协调器、路由器和终端节点，其中协调器作为无线传感器网络与因特网之间的网关，可接收来自其他节点传输的数据；路由器作路由转发、其核心是路由算法；终端节点负责数据即人体运动加速度值的采集并发送给路由器节点，进而传送到协调器节点。

在本实用新型中，硬件的连接关系是本实用新型需要保护的，涉及到的计算机软件部分，由于是公知技术，不需要保护。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种基于物联网的全功能计步器，其特征在于，包括便携式数据采集设备和实时数据处理设备，其中,，

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的全功能计步器，其特征在于，所述便携式数据采集设备和实时数据处理设备都还包括按键装置和LCD显示装置；便携式数据采集设备的按键装置和LCD显示装置与数据采集微控制器连接；实时数据处理设备的按键装置和LCD显示装置与数据处理微控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的全功能计步器，其特征在于，所述数据采集微控制器和数据处理微控制器均采用TI CC2530系列SoC芯片；所述三维加速度传感器应用三维数字加速度传感器ADXL345；所述按键装置应用五向按键；所述液晶显示装置应用LM6059BCW系列128*64点阵液晶显示模块。