CN205120130U - 一种基于改进的fft计算步数和人体运动消耗卡路里的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，加速度传感器上设置采集结构和采样频率调整结构，采集结构与采样频率调整结构相连；数据处理器与加速度传感器相连，数据处理器上设有FFT处理结构；数据过滤器上与数据处理器相连；数据计算器上与数据过滤器相连；数据计算器内设有计步结构、指标系数转化结构和卡路里消耗计算结构；计步结构与指标系数转化结构相连，卡路里消耗计算结构与指标系数转化结构相连。一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备解决了用户运动的不规律和随意性而导致计步数值不稳定的问题；实现对用户数据的准确测量，使计步结果更准确。

Description

一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备

技术领域

本实用新型涉及智能检测技术领域，具体涉及一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，各种健康监测管理设备或系统不断涌现，计步设备作为一种有效监控锻炼的手段，被广泛应用在移动终端的应用中。

FFT是指快速傅里叶变换，早期计步设备的设计是利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。晃动该装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。还有通过GPS信号来测算运动距离，再反推行走步数实现的，这种方式在室内和没有GPS信号的设备上无法工作。

现在的大多数手机和可穿戴设备利用MEMS(微机电系统)加速度传感器或惯性传感器和复杂的软件来精确检测真实的步伐。这种解决方案具有低成本、小尺寸和低功耗的特点。其基本方法是当携带加速度传感器的用户运动时，测量加速度传感器在X、Y、Z轴三个方向上的加速度，与时间大致为一个正弦曲线，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阈值比较，即可得到用户运动的步数。这种阈值比较计步方法的缺点是容易因为用户运动的不规律和随意性，导致计步数值的不稳定，最终导致计步结果不准确。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，目的是为了解决用户运动的不规律和随意性而导致计步数值不稳定的问题，使计步结果更准确。

本实用新型公开了一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，包括：加速度传感器、数据处理器、数据过滤器和数据计算器；

所述加速度传感器上设置采集结构和采样频率调整结构，所述采集结构与采样频率调整结构相连；

所述数据处理器设有对应加速度传感器的接入口，并与所述加速度传感器相连，所述数据处理器上设有FFT处理结构；

所述数据过滤器上设有对应数据处理器的接入口，并与所述数据处理器相连；

所述数据计算器上设有对应数据过滤器的接入口，并与所述数据过滤器相连；所述数据计算器内设有计步结构、指标系数转化结构和卡路里消耗计算结构；所述计步结构与指标系数转化结构相连，所述卡路里消耗计算结构与指标系数转化结构相连。

作为本实用新型进一步改进，所述加速度传感器的采样频率为20Hz～50Hz的动态频率。

作为本实用新型进一步改进，所述数据过滤器内设有频率过滤结构，频率过滤结构选择过滤的频率范围为0.5Hz～5Hz。

作为本实用新型进一步改进，所述数据计算器上设有人体指标按键，所述人体指标按键与所述指标系数转化结构相连。

作为本实用新型进一步改进，所述人体指标按键包括性别按键、年龄按键、身高按键和体重按键。

作为本实用新型进一步改进，还包括通信结构和接口。

作为本实用新型进一步改进，所述通信结构包括蓝牙、WIFI、GPRS和3G/4G功能模块。

作为本实用新型进一步改进，所述接口包括USB接口和充电接口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开的基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，通过设置采样频率调整结构和采集结构，根据用户的运动频率来动态调整采集人体运动幅值的采样频率；通过设置FFT处理结构，对采集得到的人体运动幅值进行256点的FFT处理，得到单位时间内的运动幅度和运动频率值；上述处理解决了杂波信号的干扰，使处理结果更加准确；通过数据过滤器对数据处理器中输出的数据进行过滤，通过设置计步结构实现对过滤的数据判断不同方向频率的相关性并得到计步数值；通过设置指标系数转化结构，计步数值乘以通过指标系数转化结构得到的用户系数即可得到卡路里消耗值；本实用新型解决了用户运动的不规律和随意性而导致计步数值不稳定的问题；实现对用户数据的准确测量，使计步结果更准确。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例公开的基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备的结构图；

图2为本实用新型一种实施例公开的基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备的整体概述图；

图3为本实用新型一种实施例公开的水平方向和垂直方向的运动数据的相关性示例图。

图中：1：加速度传感器；1-1：采集结构；1-2：采样频率调整结构；2：数据处理器；2-1：FFT处理结构；3：数据过滤器；3-1：频率过滤结构；4：数据计算器；4-1：计步结构；4-2：指标系数转化结构；4-3：卡路里消耗计算结构；4-4：人体指标按键；5：通讯结构；6：接口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图1-3对本实用新型做进一步的详细描述：

如图1-2所示，本实用新型所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，包括：加速度传感器1、数据处理器2、数据过滤器3、数据计算器4、通信结构5和接口6；

加速度传感器上设有采集结构1-1和采样频率调整结构1-2，采集结构1-1用于采集人体运动的幅度值(即人体在X轴、Y轴、Z轴方向运动的幅度值)；采样频率调整结构1-2与采集结构1-1相连，采样频率调整结构1-2用于控制采集结构1-1的采样频率；采集结构1-1的采样频率为20Hz～50Hz的动态频率定时采样；采集结构1-1的采样频率动态调整的具体过程为：

人体的运动频率是动态变化的，因此加速度传感器的采样频率也应该随着动态调整；采样频率的动态调整公式为：

P≥a×F

其中F为人体运动频率，a为调整系数建议为10，P为采样频率。

根据公式可知，当人体运动频率为0～2Hz时，P取20Hz；

当人体运动频率为2～5Hz时，P根据公式P≥a×F选取；

当人体运动频率大于5Hz时，P取50Hz。

数据处理器2上设有对应加速度传感器1的接入口，数据处理器2通过接入口与加速度传感器1相连；数据处理器2内设有FFT处理结构2-1；FFT处理结构2-1接收加速度传感器1采集的人体运动的幅度值，并对幅度值进行FFT(快速傅里叶变换)处理；

FFT(快速傅里叶变换)处理的具体过程为：

数据处理器2对采集到的人体运动的幅度值进行256点的FFT(快速傅里叶变换)处理，得到单位时间内的人体的运动幅度和人体的运动频率；做一次FFT的处理使用256个采样值，具体做法采用通用的FFT处理方法即可，请参考如下公式：

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}kn}$ k＝0,1,2···N-1；n＝0,1,2...N-1。

其中：j²＝-1；N为采样点，取N＝256，X(k)为单位时间内的人体的运动幅度和人体的运动频率；x(n)为人体运动幅度值。

数据过滤器3上设有对应数据处理器2的接入口，数据过滤器3通过接入口与数据处理器2相连；数据过滤器3内设有频率过滤结构3-1，对数据处理器2输出的单位时间内人体运动的频率进行选择过滤，频率过滤结构3-1选择过滤的频率范围为0.5Hz～5Hz；剔除无效的运动幅度和人体运动频率。具体做法为设置频率的最小阈值为0.5Hz，最大阈值为5Hz；如果数据在阈值的范围内即保留，否则即剔除。

数据计算器4上设有对应数据过滤器3的接入口，数据计算器4通过接入口与数据过滤器3相连；数据计算器4内设有计步结构4-1，计步结构4-1通过接收数据过滤器3输出的满足要求的单位时间内的人体运动的频率值，判断运动中的用户在水平方向和垂直方向的运动数据相关性。如果水平方向的运动频率表现为垂直方向的线性倍数，即认为两者具有相关性，如图3所示，X轴和Y轴分别代表水平方向的运动频率和垂直方向的运动频率，由图3可知，其数据具有明显的相关性，而两者的运动频率是Z轴的两倍，因此即可得到用户的计步数值；

数据处理器还包括指标系数转化结构4-2、卡路里消耗计算结构4-3和人体指标按键4-4；人体指标按键4-4与指标系数转化结构4-2相连，人体指标按键4-4包括性别按键、年龄按键、身高按键和体重按键，通过人体指标按键4-4输入用户信息，上述用户信息在指标系数转化结构4-2内会生成用户系数；计步结构4-1与指标系数转化结构4-2相连，卡路里消耗计算结构4-3与指标系数转化结构4-2相连；计步结构计算得到的计步数值乘以指标系数转化结构4-2内生成的用户系数即可在卡路里消耗计算结构4-3内得到用户运动的卡路里消耗；计步数值和卡路里消耗值可以显示在数据计算器上的显示屏上。

通讯结构5与数据计算器4相连，通讯结构5将数据计算器4得到的数据信息传输到云端服务器上，且信息可以下载到与云端服务器连接的通讯工具内；接口6包括USB接口和充电接口。

本实用新型公开的基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，通过设置采样频率调整结构和采集结构，根据用户的运动频率来动态调整采集人体运动幅值的采样频率；通过设置FFT处理结构，对采集得到的人体运动幅值进行256点的FFT处理，得到单位时间内的运动幅度和运动频率值；上述处理解决了杂波信号的干扰，使处理结果更加准确；通过数据过滤器对数据处理器中输出的数据进行过滤，通过设置计步结构实现对过滤的数据判断不同方向频率的相关性并得到计步数值；通过设置指标系数转化结构，计步数值乘以通过指标系数转化结构得到的用户系数即可得到卡路里消耗值；本实用新型解决了用户运动的不规律和随意性而导致计步数值不稳定的问题；实现对用户数据的准确测量，使计步结果更准确。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，包括：加速度传感器、数据处理器、数据过滤器和数据计算器；

所述加速度传感器上设置采集结构和采样频率调整结构，所述采集结构与采样频率调整结构相连；

所述数据处理器设有对应加速度传感器的接入口，通过接入口与所述加速度传感器相连；所述数据处理器上设有FFT处理结构；

所述数据过滤器上设有对应数据处理器的接入口，通过接入口与所述数据处理器相连；

所述数据计算器上设有对应数据过滤器的接入口，通过接入口与所述数据过滤器相连；所述数据计算器内设有计步结构、指标系数转化结构和卡路里消耗计算结构；所述计步结构与指标系数转化结构相连，所述卡路里消耗计算结构与指标系数转化结构相连。

2.如权利要求1所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述加速度传感器的采样频率为20Hz～50Hz的动态频率。

3.如权利要求1所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述数据过滤器内设有频率过滤结构，频率过滤结构选择过滤的频率范围为0.5Hz～5Hz。

4.如权利要求1所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述数据计算器上设有人体指标按键，所述人体指标按键与所述指标系数转化结构相连。

5.如权利要求4所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述人体指标按键包括性别按键、年龄按键、身高按键和体重按键。

6.如权利要求1所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，还包括通信结构和接口。

7.如权利要求6所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述通信结构包括蓝牙、WIFI、GPRS和3G/4G功能模块。

8.如权利要求6所述的一种基于改进的FFT计算步数和人体运动消耗卡路里的设备，其特征在于，所述接口包括USB接口和充电接口。