CN210954971U - 可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电子产品技术领域，具体提供了一种可穿戴设备，包括本体，还包括：接近传感器，设于所述本体上，适于根据感应端的电容变化发送电容变化信号；模拟信号处理器，与所述接近传感器连接，适于接收所述电容变化信号并转换为数字信号；数字信号处理器，与所述模拟信号处理器连接，适于接收所述数字信号，并通过比较所述数字信号与预设参考信号输出对应的控制信号；以及控制器，与所述数字信号处理器连接，适于接收所述控制信号，根据所述控制信号生成对应的控制指令，以使设备根据控制指令执行对应的操作。本公开提供的可穿戴设备无需用户肢体触碰设备即可实现对设备的控制，大大方便用户的操作。

Description

可穿戴设备

技术领域

本公开涉及电子产品技术领域，具体涉及一种可穿戴设备。

背景技术

随着社会的发展，人们对运动健康的追求也越来越高，以智能手表、手环为代表的可穿戴设备成为电子产品发展的重要方向，其具有心率监护、步数统计、计时、天气预报等功能，满足人们日常的健康监护及运动辅助。

目前的可穿戴设备，一般都是采用按键加触摸屏的交互方式，但是在实际使用中，某些应用场景下用户难以实现触摸操作，例如湿手脏手时，触摸操作导致操作失灵、损伤屏幕等；再例如对于缺少一只手臂的残疾用户，触摸操作难以实现。

实用新型内容

为解决现有的可穿戴设备需要用户手指按键或触摸操作，导致部分场景下(例如缺少一只手臂的残疾用户)无法使用设备的技术问题，本公开提供了一种无需用户手指触碰操作的可穿戴设备。

本公开实施方式提供的一种可穿戴设备，包括本体，还包括：

接近传感器，设于所述本体上，适于根据感应端的电容变化发送电容变化信号；

模拟信号处理器，与所述接近传感器连接，适于接收所述电容变化信号并转换为数字信号；

数字信号处理器，与所述模拟信号处理器连接，适于接收所述数字信号，并通过比较所述数字信号与预设参考信号输出对应的控制信号；以及

控制器，与所述数字信号处理器连接，适于接收所述控制信号，根据所述控制信号生成对应的控制指令，以使所述可穿戴设备根据所述控制指令执行对应的操作。

在一些实施方式中，所述模拟信号处理器包括：

电压转换模块，与所述接近传感器连接，适于接收所述电容变化信号并转换为电压信号；和

模数转换模块，与所述电压转换模块连接，适于接收所述电压信号并转换为所述数字信号。

在一些实施方式中，所述模拟信号处理器还包括：

补偿电路模块，连接于所述电压转换模块与所述模数转换模块之间，适于对所述电压转换模块输出的电压信号进行补偿。

在一些实施方式中，所述数字信号处理器包括比较模块，所述比较模块的一输入端连接于所述模数转换模块的输出端，另一输入端连接第二滤波模块的输出端，所述第二滤波模块适于根据所述数字信号生成所述预设参考信号，所述比较模块的输出端连接所述控制器。

在一些实施方式中，所述数字信号处理器还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块的输入端连接所述模数转换模块的输出端，一输出端连接所述比较模块的所述一输入端，另一输出端连接所述第二滤波模块的输入端。

在一些实施方式中，所述本体包括适于朝向外部的操作面板，所述操作面板包括显示屏和感应部，所述接近传感器的感应端设于感应部。

在一些实施方式中，所述感应部设于所述显示屏的边缘位置。

在一些实施方式中，所述接近传感器的感应端为L型结构，其一端连接pcb板的主地。

在一些实施方式中，所述接近传感器的感应端之上设有覆盖层。

在一些实施方式中，所述可穿戴设备为智能手表或智能手环。

本公开实施方式中提供的可穿戴设备，包括本体和设于本体上的接近传感器，接近传感器根据感应端的电容变化发送电容变化信号，模拟信号处理器与接近传感器连接，将电容变化信号转换为数字信号，数字信号处理器与模拟信号处理器的输出端连接，将数字信号与预设参考信号比较输出控制信号，控制器与数字信号处理器连接，根据控制信号生成控制指令，从而使得设备根据控制指令执行对应的操作。通过设置接近传感器感应电容变化，从而无需用户手指触碰设备的显示屏或按键，只需用户肢体靠近接近传感器位置设备即可做出相应操作，对于残疾用户或不方便触碰显示屏的情况操作更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的结构框图；

图2是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的模拟信号处理器的结构框图。

图3是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的数字信号处理器的结构框图。

图4是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的工作原理图。

图5是根据本公开一个实施方式中可穿戴设备的结构主视图。

图6是根据本公开一个实施方式中可穿戴设备的结构侧视图。

图7是根据本公开另一个实施方式中可穿戴设备的结构主视图。

附图标记说明：

10-接近传感器；11-接近传感器的感应端；20-模拟信号处理器；21-电压转换模块；22-模数转换模块；23-补偿电路模块；30-数字信号处理器；31-第一滤波模块；32-第二滤波模块；33-比较模块；40-控制器；50-PCB板；100-本体；111-显示屏；112-感应部。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本公开提供的可穿戴设备，可用于例如智能手表、手环、VR眼镜、耳机等形式的可穿戴设备，从而无需用户手指触摸操作即可实现可穿戴设备的相应功能。

需要说明的是，以智能手表为例，用户佩戴智能手表户外运动时，当手上出汗或者脏手时，难以实现触摸或者按键操作，对于手臂残疾的用户来说，更是无法完成触摸或按键操作。现有技术中的一些可穿戴设备，会在设备内加入语音AI功能，但是语音功能的启动往往也需要按键或触摸操作，同样会存在上述问题，同时在嘈杂环境下，语音识别困难，并且语音AI等需要连接网络云服务，会大大增加设备功耗，这与可穿戴设备长续航的使用需求相违背，尚未有可以很好解决上述问题的可穿戴设备出现。

正是基于上述现有技术中存在的缺陷，本公开提供了一种可穿戴设备，图1中示出了本公开一些实施方式中可穿戴设备的结构框图。

如图1所示，在一些实施方式中，本公开提供的可穿戴设备包括可穿戴设备本体、接近传感器10、模拟信号处理器20、数字信号处理器30、以及控制器40。本体指实现设备自身功能结构及硬件主体，以智能手表为例，本体可包括表带、表盘、以及设置在表盘内部的电子器件，从而实现智能手表计时、心率、计步等功能；再例如以头戴式耳机为例，本体可包括壳体及设于壳体内的发声单元等，从而实现耳机的相应功能。本领域技术人员应当能够理解，本体结构还可以包括其他任何适于实施的可穿戴设备主体，在此不再赘述。

接近传感器10设置在本体上，其感应端用于检测可穿戴设备与人体之间的距离变化，从而产生相应的变化信号，并将变化信号发送至模拟信号处理模块20。接近传感器10包括电容式传感器、光学传感器、电磁式传感器等。在一些实施方式中，接近传感器10为电容式传感器，电容式传感器是检测导电物体(例如人的肢体)靠近的常用传感器之一。电容式传感器的感应端一般由两个同轴金属电极构成，两个电极形成的电容串联在RC振荡回路中。电源接通后，RC振荡器不振荡，当有目标物体(例如人体手指)靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡，通过后级转换电路的处理，将振动和振荡两种信号转换成开关信号，再经放大电路转换成电容变化的模拟信号，即电容变化信号，从而可起到检测有无物体存在的目的，即检测导电体(例如人的肢体)靠近。

需要说明的是，对于接近传感器10的原理及硬件型号的选择，均采用现有技术即可，本公开未对传感器本身及原理进行改进，本领域技术人员在上述公开的基础上，结合现有技术可以理解本公开中的接近传感器10硬件型号的选用和设置，在此不再赘述。

在本公开的实施方式中，接近传感器10采用电容式感应器，感应器的感应电极可以透过空气或覆盖层(例如塑料)对检测区域进行检测，相较于红外传感器或激光传感器，无需对设备表面进行开孔，提高可穿戴设备防水等级，并且检测区域更大，对于不便操作的场景效果更好。

模拟信号处理器20与接近传感器10的输出端相连，适于接收接近传感器10发送的电容变化信号并转换为数字信号。模拟信号处理器20接收接近传感器10发送的电容变化信号，并将电容变化的模拟信号转换为模拟电压信号，可对模拟电压信号进行补偿之后转换为数字信号，将数字信号输出至数字信号处理器30中。

数字信号处理器30的输入端与模拟信号处理器20的输出端连接，接收模拟信号处理器20发送的数字信号，并对接收到的数字信号进行滤波降噪，通过例如比较器等比较数字信号与预设参考信号，并输出代表比较结果的控制信号给控制器40。预设参考信号可以是预先存储在数字信号处理器30中的参考值，也可以是采样周期的平均值，例如在一个示例性的实施中，可定义初始没有用户肢体靠近下的参考数字信号为0000000，当用户肢体靠近接近传感器10，模拟信号处理器20发送的数字信号为00000111，数字信号处理器30判断接收的数字信号00000111超过限制值00000000，从而判断用户肢体靠近，发送控制信号给控制器40。

控制器40与数字信号处理器30的输出端连接，接收数字信号处理器30发送的控制信号，并根据控制信号生成对应的控制指令，从而使得设备根据该控制指令执行对应的操作。以智能手表单击操作为例，模拟信号处理器20对接近传感器10采样，输出数字信号00000111，数字信号处理器30通过比较发出控制信号给控制器40，控制器40根据代表比较结果的控制信号生成触摸屏单击操作的控制指令，进而控制触摸屏执行单击操作。

需要说明的是，上述模拟信号处理器20、数字信号处理器30、以及控制器40的硬件结构及工作原理，均采用现有技术中的一般方式即可，本公开并未针对数据传输及控制方法进行改进，本领域技术人员在上述公开的基础上，结合现有技术硬件，可以实现本公开方案。例如对于模拟信号处理器20和数字信号处理器30，可采用可编程单片机或FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)实现，控制器40可采用一般MCU处理器实现。本公开对此不再赘述。

本公开提供的方案，通过接近传感器10检测待测区域的电容变化，无需用户肢体触碰设备即可实现相应操作，便于残疾用户或特殊场景下不便触控操作的用户对可穿戴设备进行控制。

同时，值得说明的是，在现有技术中的一些隔空操作装置中，一般利用波形产生器实现，根据人体肢体接近改变波形产生器的电容，使波形产生器输出波形变化，微处理器收到波形变化后的波形信号，进而对设备作出动作。然而这种控制装置需要波形产生器持续输出固定波形信号，大大增加了可穿戴设备的耗电量，影响设备的续航能力。然而，在本公开的方案中，通过模拟信号处理器20和数字信号处理器30实现对感应电容信号的转换、滤波降噪、比较，进而输出控制信号，相对于传统的波形产生器类型的非接触控制装置，更加节能省电，适合可穿戴设备使用。

在一些实施方式中，模拟信号处理器20具体如图2中所示，其包括电压转换模块21、模数转换模块22、以及补偿电路模块23。电压转换模块21的输入端与接近传感器10的输出端连接，从而接收接近传感器10发送的电容变化信号，并将电容变化信号转换为模拟电压信号。

补偿电路模块23的输入端连接电压转换模块21的输出端，其输出端连接模数转换模块22的输入端，补偿电路模块23对转换后的电压信号进行补偿，从而便于模数转换模块22识别。例如，当电压转换模块21输出的电压信号低于模数转换模块22输入端阈值，补偿电路模块23则对电压信号进行补偿放大，从而使电压信号达到识别阈值。再例如，当电压转换模块21输出的电压信号超过模数转换模块22识别阈值，补偿电路模块23则对电压信号进行衰减、滤波，从而使电压信号降低至模数转换模块22的识别阈值。补偿电路模块23将补偿后的电压信号发送至模数转换模块22。

模数转换模块22接收补偿电路模块23发送的补偿后的电压信号，将补偿后的电压信号进行模数转换后，输出数字信号。具体而言，模数转换模块22包括模数转换器(ADC)，模数转换器是指将模拟信号(本实施方式中的电压信号)转变为数字信号的元件，例如定义初始状态下电压信号的数字信号为00000000，当用户肢体靠近接近传感器10，在一定时间内模拟信号处理器20对传感器采样三次，模数转换模块22将对应的电压信号转换为数字信号00000111输出。具体的数字信号处理，可以采用单片机编程或者FPGA编程，并不局限于上述示例，本公开对此不作限制。

在一些实施方式中，考虑到对于电容式传感器而言，电容变化存在多种场景，例如由无肢体靠近变化至用户肢体靠近传感器；又例如由用户肢体长时间靠近传感器变化为用户肢体离开传感器；再例如用户肢体在传感器触发距离内快速变化。对于后两个场景，无论是用户肢体从靠近变为离开产生的电容变化的负值信号，还是肢体快速移动所产生的短时间内频繁变化的电容信号，显然都属于干扰信号，会造成设备的操作误判。为了解决该问题，在图3所示实施方式中，采用第二滤波模块生成该采样周期内的预设参考信号，从而可对干扰信号进行过滤，提高识别精度。

具体而言，如图3所示，数字信号处理器30包括第一滤波模块31、第二滤波模块32、以及比较模块33。第一滤波模块31的输入端连接模数转换模块22的输出端，从而对模数转换模块22输出的数字信号进行噪声滤除，从而消除数字信号中的杂音，提高准确性。第一滤波模块31的一输出端连接比较模块33的一输出端，另一输出端连接第二滤波模块32。可以理解的是，在另一些实施方式中，也可不设置第一滤波模块31，从而模数转换模块22的一个输出端连接比较模块33的输入端，另一个输出端连接第二滤波模块32的输入端，同样可实现本公开方案。

第二滤波模块32接收第一滤波模块31滤波后的数字信号，并根据该数字信号生成比较模块33的预设参考信号。例如在一个示例性的实施中，预设参考信号为平均信号，具体而言，第二滤波模块32接收数字信号后，对该数字信号进行限幅滤波，得到该采样周期的平均信号。若平均信号为负值或者小于预设值时，则说明该数字信号为干扰信号，从而无效。若平均信号大于等于预设值，则说明该数字信号为正常信号，从而第二滤波模块32将该平均信号发送至比较模块的33的另一输入端。比较模块33根据两输入端的信号进行比较，进而输出对应比较结果的控制信号给控制器40。

值得说明的是，若比较模块33仅将采集的数字信号与预设的标准信号进行比较，则无法排除干扰信号。例如，比较模块33内预设无肢体接近状态下的标准信号为00000000，一旦接近传感器10采集到信号变化，比较模块33均会判断数字信号相较于标准信号发生变化，进而输出比较结果给控制器。当用户肢体在传感器触发距离内快速变化时，就会造成设备的频繁误触。

由此可知，在本公开实施方式中，比较模块33通过将采集的数字信号与平均信号进行比较，有效消除了干扰信号，只有采集到用户一定时长的肢体靠近时，平均信号才会大于第二滤波模块32的预设值，进而输出控制结果，大大提高了设备的控制精度。

为进一步说明，图4示出了一些实施方式中可穿戴设备的电路原理图。为便于说明，在本实施方式中，可穿戴设备以智能手表为例，通过人体靠近感应实现对智能手表触摸屏的单击和长按操作。

如图4所示，接近传感器10的感应端检测手表待测区域的电容值变化，电压转换模块21与接近传感器10连接，其对接近传感器10进行采样，将传感器的电容信号转换为电压信号，模数转换模块22将模拟电压信号转换为数字信号输出。例如接近传感器10在无肢体靠近的初始状态下，电容信号为C₀，当人肢体靠近时，接近传感器10的电容信号变化为C₁，电压转换模块21将电容信号C₁转换为电压信号V₁，模数转换模块将电压信号V₁转换为数字信号D₁。在本实施方式中，电压转换模块21记录电容信号C₁的周期采样次数，从而区分肢体短时间靠近还是长时间靠近，例如模数转换模块22在电容信号为C₀时，输出的初始状态下数字信号为00000000，在人的肢体短时间接近的情况下，电压转换模块21周期采样次数为三次，模数转换模块22输出数字信号为00000111；当人的肢体长时间接近的情况下，电压转换模块21周期采样次数达到6次，模数转换模块22输出数字信号为00111111。

第一滤波模块31对模数转换模块22输出的数字信号进行滤波，第一滤波模块31可以为低通滤波器，从而将高于预设截止频率的杂音进行滤除，减少进入比较模块33的干扰。滤波后的信号进入比较模块33，即数字信号D₁输入比较模块33。比较模块33的另一输入端连接第二滤波模块32，第二滤波模块32对第一滤波模块31输出的信号进行限幅滤波，得到平均信号，当平均信号小于预设值时，则说明信号无效，不对比较模块33输入；当平均信号大于或等于预设值时，将该平均信号输入至比较模块33。例如在无肢体靠近变化至人体肢体短时间靠近时，第一滤波模块31输出信号00000111，第二滤波模块32输出的平均信号00000055；再例如在无肢体靠近变化至人体肢体长时间靠近时，第一滤波模块31输出信号00111111，第二滤波模块32输出前一周期的平均信号00055555。比较模块33通过比较两者的差值与阈值大小，进而发出不同的控制信号，例如长时间靠近发送长按信号，短时间靠近发送单击信号。控制器接收到控制信号后控制触摸屏执行对应的操作。

需要说明的是，以上描述及使用场景的限定仅用于对本公开进行说明，并不限制本公开，本领域技术人员应当理解，在本公开公开的基础上，可穿戴设备还可以是其他形式的设备，例如手环、耳机、眼镜等，靠近感应也可实现设备其他形式的功能，例如滑动、拖动等，并且本领域技术人员在本实施方式公开的基础上，结合现有技术可以实现相应的功能，在此不再赘述。

图5和图6中示出了根据本公开的一个示例性的实施方式，在本实施方式中，可穿戴设备设置为智能手表。

参见图5、图6，本实施方式中，可穿戴设备包括本体100，本体100的主体一般为手表表头和腕带(附图未示出)，表头具有一朝向用户的控制面板，侧边设有物理按键或者旋钮等。如图5所示，手表的控制面板包括一显示屏111和感应部112，显示屏111用于显示时间或app图标及功能页，其采用led显示屏、lcd显示屏等常用显示屏即可实现，本公开对此不再赘述。感应部112用于设置接近传感器的感应端11，例如在本实施方式中，感应端11设于显示屏111的边缘位置，可以是四周环绕设置，也可以是某一侧或多侧。

在一些实施方式中，接近传感器的感应端11之上设有覆盖层，由于电容式感应器可以透过非导电体(例如塑料)对检测区域进行检测，因此覆盖层可设置为塑料结构，一方面提高手表的防水等级和一体性，另一方面覆盖层对感应端11进行保护，避免感应端11氧化或损坏。并且，本公开实施方式中的可穿戴设备，通过感应式操作，可有效取代设备上的实体按键，从而进一步提高设备的一体性和防尘防水性能。

参照图6，在本实施方式中，感应端11电极设为L型结构，电极的一端连接pcb板50的参考主地，另一端检测人的肢体靠近时的电容变化。在一个示例性的实施方式中，接近传感器的感应端11可以设置为FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)，其对地电容值会根据肢体的靠近而产生变化。对于智能手表，接近传感器的感应端11还可连接PCB板的天线电路，作为手表的感应天线，从而提高手表的集成度。

图7中示出了根据本公开的又一个示例性的实施方式，在本实施方式中，可穿戴设备设置为智能手环。

参见图7，在本实施方式中，可穿戴设备包括本体100，本体100主体一般包括手环主体和腕带(附图未示出)，本体100实现手环心率检测、计步、计时等相应功能，在此不再赘述。如图7所示，本体100具有一朝向用户的控制面板，控制面板包括一显示屏111和感应部112，显示屏111用于显示时间或app图标及功能页，其采用led显示屏、lcd显示屏等常用显示屏即可实现，本公开对此不再赘述。如图7所示，感应部112用于设置接近传感器的感应端11，例如在本实施方式中，感应端11设于显示屏111下方区域，便于用户操作。感应端11设置结构及原理，参见上述实施方式描述即可，在此不再赘述。

值得说明的是，本公开的可穿戴设备不局限于上述实施方式的公开，其还可以是其他任何适于实施的设备。例如还可设置为智能耳机、VR眼镜等，其具体结构及原理，本领域技术人员在上述公开的基础上，可以实现耳机和VR眼镜的相应功能，在此不再赘述。

本公开提供的可穿戴设备，通过接近传感器10检测待测区域的电容变化，无需用户肢体触碰设备即可实现相应操作。肢体可以是用户手指、手臂、或者身体的任意部位，对于手臂残疾的用户，也可以通过将手表与身体其他部位接触实现对设备的控制，大大方便了用户操作。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种可穿戴设备，包括本体，其特征在于，还包括：

接近传感器，设于所述本体上，适于根据感应端的电容变化发送电容变化信号；

模拟信号处理器，与所述接近传感器连接，适于接收所述电容变化信号并转换为数字信号；

数字信号处理器，与所述模拟信号处理器连接，适于接收所述数字信号，并通过比较所述数字信号与预设参考信号输出对应的控制信号；以及

控制器，与所述数字信号处理器连接，适于接收所述控制信号，根据所述控制信号生成对应的控制指令，以使所述可穿戴设备根据所述控制指令执行对应的操作。

2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述模拟信号处理器包括：

电压转换模块，与所述接近传感器连接，适于接收所述电容变化信号并转换为电压信号；和

模数转换模块，与所述电压转换模块连接，适于接收所述电压信号并转换为所述数字信号。

3.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述模拟信号处理器还包括：

补偿电路模块，连接于所述电压转换模块与所述模数转换模块之间，适于对所述电压转换模块输出的电压信号进行补偿。

4.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述数字信号处理器包括比较模块，所述比较模块的一输入端连接于所述模数转换模块的输出端，另一输入端连接第二滤波模块的输出端，所述第二滤波模块适于根据所述数字信号生成所述预设参考信号，所述比较模块的输出端连接所述控制器。

5.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述数字信号处理器还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块的输入端连接所述模数转换模块的输出端，一个输出端连接所述比较模块的所述一输入端，另一个输出端连接所述第二滤波模块的输入端。

6.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述本体包括适于朝向外部的操作面板，所述操作面板包括显示屏和感应部，所述接近传感器的感应端设于感应部。

7.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述感应部设于所述显示屏的边缘位置。

8.根据权利要求7所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述接近传感器的感应端为L型结构，其一端连接pcb板的主地。

9.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述接近传感器的感应端之上设有覆盖层。

10.根据权利要求1至9任一项所述的可穿戴设备，其特征在于，

所述可穿戴设备为智能手表或智能手环。

Images