TWM552097U - 可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置 - Google Patents

Description

可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置

本新型是有關於一種可攜式電子裝置，特別是指一種可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置。

在運動科學上，有很多應用到熱量消耗估計測量的地方；舉例來說，對於想要進行體重控制的人而言，了解每次生理活動所消耗之熱量是很重要的。

目前有許多形式的測功計(Ergometer)，例如：阻力腳踏車測力計、電動跑步機、手搖曲柄測力計等，可被用於測量人體輸出的功，進而估計其所消耗的熱量。但是，此等測功計僅適用於室內定點的幾種運動形態之估計測量，對於一些戶外的生理活動(如，爬山、健行等)，並無法有效地估計。

因此，本新型之目的，即在提供一種可解決上述問題的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置。

於是，本新型可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，包含一設定模組、一個三軸旋轉及線性加速感測器、一全球衛星定位接收器，及一主處理器。

該設定模組用以供一使用者設定一人體體重。

該三軸旋轉及線性加速感測器用以輸出三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號。

該全球衛星定位接收器輸出一具有相關於經度、緯度及高度資料的定位訊號。

該主處理器電連接該設定模組、該三軸旋轉及線性加速感測器，及該全球衛星定位接收器，用於接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號，而進行運算以得到一計步參數，及於使用者移動時計時以得到一時間參數，並根據該時間參數及該定位訊號，計算一使用者移動距離、一使用者移動速度，及根據該人體體重、該使用者移動距離、該使用者移動速度、該時間參數計算人體熱量消耗。

本新型之功效在於：藉由使用該全球衛星定位接收器並搭配該三軸旋轉及線性加速感測器來估算使用者的移動距離及移動速度，可讓使用者不再受限於室內運動，並可提供使用者更加精 確的熱量消耗資訊。

2‧‧‧設定模組

3‧‧‧三軸旋轉及線性加速感測器

31‧‧‧三軸旋轉及線性加速感測模組

32‧‧‧類比數位訊號轉換模組

4‧‧‧全球衛星定位接收器

5‧‧‧溫度感測器

51‧‧‧溫度感測模組

52‧‧‧類比數位訊號轉換模組

53‧‧‧感測區

6‧‧‧心跳感測器

61‧‧‧心跳感測模組

62‧‧‧類比數位訊號轉換模組

63‧‧‧感測區

7‧‧‧主處理器

8‧‧‧可攜式電子裝置

81‧‧‧殼體

82‧‧‧按鍵

83‧‧‧顯示螢幕

91~98‧‧‧步驟

921~924‧‧‧步驟

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一張方塊圖，說明本新型可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置的一個實施例；圖2是該實施例的一張立體示意圖；圖3是該實施例的一張流程圖；圖4是一張流程圖，說明該實施例的計步流程；圖5是一張示意圖，說明該實施例使用一類神經網路運算；及圖6是一張流程圖，說明該實施例的溫度及心跳感測流程。

參閱圖1與圖2，本發明可攜式電子裝置8之較佳實施例包含一設定模組2、一個三軸旋轉及線性加速感測器3、一全球衛星定位接收器4、一溫度感測器5、一心跳感測器6、一主處理器7、一殼體81、一設置於該殼體81的按鍵82，及一設置於該殼體81的顯示螢幕83。

該設定模組2用以提供一使用者介面，以供一使用者設 定一人體體重。

該三軸旋轉及線性加速感測器3包括一個三軸旋轉及線性加速感測模組31及一個類比數位訊號轉換模組32，該三軸旋轉及線性加速感測模組31感測三個軸向(X,Y,Z)的旋轉及線性加速並輸出一相關的感測訊號，該類比數位訊號轉換模組32接收該感測訊號並進行類比數位訊號轉換以輸出轉換為數位之三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號。

該全球衛星定位接收器4連線至全球衛星定位系統(Global Positioning System，縮寫為GPS)，並輸出一具有相關於經度、緯度及海拔高度資料的定位訊號。

該溫度感測器5包括一溫度感測模組51、一類比數位訊號轉換模組52及一感測區53，該溫度感測模組51藉由該感測區53感測溫度並輸出一感測訊號，該類比數位訊號轉換模組52接收該感測訊號並進行類比數位訊號轉換以輸出呈數位的一溫度訊號。

該心跳感測器6包括一心跳感測模組61、一類比數位訊號轉換模組62及一感測區63，該心跳感測模組61藉由該感測區63感測心跳並輸出一感測訊號，該類比數位訊號轉換模組62接收該感測訊號並進行類比數位訊號轉換以輸出呈數位的一心跳訊號。

該主處理器7分別電連接該設定模組2、該三軸旋轉及線性加速感測器3、該全球衛星定位接收器4、該溫度感測器5，及該 心跳感測器6，接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號並進行運算以得到一計步參數、接收該溫度訊號及該心跳訊號並進行運算以得到一體溫值及一心跳值，並輸出一顯示訊號。

該主處理器7於使用者移動時計時以得到一時間參數，並根據該時間參數及該定位訊號，計算一使用者移動距離及一使用者移動速度。

該主處理器7根據該人體體重、該使用者移動距離及該使用者移動速度、該時間參數運算人體熱量消耗。

該按鍵82用以供使用者操作且材質為導溫材，其部分區域作為該溫度感測器5之感測區53，其餘的部分區域作為該心跳感測器6之感測區63。

該顯示螢幕83電連接該主處理器7，接收該顯示訊號並根據該顯示訊號顯示訊息以告知使用者。

參閱圖3、圖4及圖5，該可攜式電子裝置8執行一種利用可攜式電子裝置計步及熱量消耗估算方法，該利用可攜式電子裝置計步及熱量消耗估算方法包含下列步驟：

步驟91：提供一使用者介面，以供一使用者設定一人體體重。

步驟92：接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號，並進行運算以得到一計步參數。

如圖4所示，步驟92包括下列子步驟：

步驟921：接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號，並依時序求得三個軸向的角加速度值及線性加速度值。

步驟922：將三個軸向的角加速度值及線性加速度值分別轉換為六個類神經網路輸入參數，以進行類神經網路回想演算，並輸出該計步參數。

步驟923：進行類神經學習演算以更新及維護一加權值及偏權值資料庫中的資料。

步驟924：於該顯示螢幕83上顯示計步累加結果。

如圖5所示，為類神經網路運算的一示意圖，於本實施例中，輸入層為圖2所示三個軸向(X軸、Y軸、Z軸)的角加速度值及線性加速度值，一共為六個輸入參數，隱藏層的數量為一層，節點為四個，輸出層則為該計步參數，由於類神經網路運算為此業界所熟悉，故在此並不贅述。

步驟93：於使用者移動時計時，以得到一時間參數。

步驟94：根據該時間參數及該定位訊號，計算一使用者移動距離及一使用者移動速度。

參閱圖1及圖3，其中，該主處理器7根據該定位訊號運算一坡度，該坡度的運算式如下：

其中，(x _i ,y _i ,z _i )為其中一時間點的經度、緯度及海拔高度資料，(x _i-1,y _i-1,z _i -₁)則為其前一個時間點的經度、緯度及海拔高度資料。

步驟95：根據該時間參數、該定位訊號及該計步參數，計算使用者每步速度及每步步輻。

步驟96：根據人體體重、該使用者移動距離及該使用者移動速度、時間參數運算人體熱量消耗。

該主處理器7根據該使用者移動速度及該坡度，求出對應之一等代謝量數，運算式如下：水平成份耗氧量=V _i ×0.1

垂直成份耗氧量=V _i ×坡度×1.8

相對耗氧量=水平成份耗氧量+垂直成份耗氧量+3.5

等代謝量數=相對耗氧量/3.5

其中，V _i 為該使用者移動速度。

該主處理器7根據該人體體重、該等代謝量數，以及該時間參數，先求出複數移動熱量消耗(即每個單位時間內的熱量消耗)，再加總該等移動熱量消耗以求得一總移動熱量消耗，且該時間參數具有相關於一運算時間間距的資訊，運算式如下：該移動熱量消耗=該等代謝量數×該人體體重×該運算時間間距。

舉例說明如下，當使用者在爬山健行時，若在某一運算時間間距內，V _i 所運算出的使用者移動速度為75公尺/小時，坡度為10%，則其水平成份耗氧量為7.5、垂直成份耗氧量為13.5、相對耗氧量為24.5、等代謝量數為7。

若人體體重為80公斤，運算時間間距△t為60分鐘，則求出的移動熱量消耗W _i 為560仟卡，運算式如下，其中，由於每一等代謝量數等於1仟卡‧公斤^-1‧小時^-1，因此運算時間間距△t須除以60：W _i =等代謝量數×人體體重×(△t/60)，接著將該時間參數的時間間距中所有的移動熱量消耗W _i 累加，即可得到相對應於人體熱量消耗的總移動熱量消耗W _total ，運算式如下：W _total =ΣW _i

步驟97：於該顯示螢幕83顯示計算結果：使用者每步速度及每步步輻、使用者移動距離及使用者移動速度、時間參數、總移動熱量消耗。

參閱1及圖6，該利用可攜式電子裝置8計步及熱量消耗估算方法還包含步驟98：該主處理器7接收一溫度訊號及一心跳訊號，進行運算以得到一體溫值及一心跳值，並於該顯示螢幕83顯示體溫及心跳結果。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

一、藉由使用該全球衛星定位接收器4搭配該主處理器7來運算該使用者移動距離及該使用者移動速度，相較於習知技術，可以讓使用者可以隨時隨地得知運動熱量消耗，不再受限於室內運動或是固定的幾種運動器材，大幅增添使用上的方便性。

二、搭配運用該三軸旋轉及線性加速感測器3與該主處理器7來進行計步運算，可以運算出使用者的每步速度及每步步輻，如此可以更加精確地計算出使用者的熱量消耗，提供使用者更加精確的資訊。

三、藉由設置該溫度感測器5及該心跳感測器6以提供使用者人體溫度及心跳資訊，可以讓使用者隨時注意自己的運動生理狀態，方便使用者規畫並確認運動強度，以達到更佳的運動效果，並可讓使用者自我提醒要適度運動，不過分勉強身體，能提高使用上的便利性及安全性。

四、由於目前手機十分普遍，且大部份的智慧型手機多有內建三軸旋轉及線性加速感測器3，因此可以使用手機作為該可攜式電子裝置8，並將本發明利用可攜式電子裝置計步及熱量消耗估算方法撰寫為應用程式(APP)，使用者只要將應用程式下載至手機後即可使用，推廣應用上十分便利。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此 限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧設定模組

52‧‧‧類比數位訊號轉換模組

3‧‧‧三軸旋轉及線性加速感測器

6‧‧‧心跳感測器

31‧‧‧三軸旋轉及線性加速感測模組

61‧‧‧心跳感測模組

32‧‧‧類比數位訊號轉換模組

62‧‧‧類比數位訊號轉換模組

4‧‧‧全球衛星定位接收器

7‧‧‧主處理器

5‧‧‧溫度感測器

83‧‧‧顯示螢幕

51‧‧‧溫度感測模組

Claims (7)

1. 一種可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，包含： 一設定模組，用以供一使用者設定一人體體重﹔ 一個三軸旋轉及線性加速感測器，用以輸出三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號； 一全球衛星定位接收器，輸出一具有相關於經度、緯度及高度資料的定位訊號；及 一主處理器，電連接該設定模組、該三軸旋轉及線性加速感測器，及該全球衛星定位接收器，用於接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號，而進行運算以得到一計步參數，及於使用者移動時計時以得到一時間參數，並根據該時間參數及該定位訊號，計算一使用者移動距離、一使用者移動速度，及根據該人體體重、該使用者移動距離、該使用者移動速度、該時間參數計算人體熱量消耗。
2. 如請求項1所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，其中，該主處理器接收三個軸向的角加速度訊號及線性加速度訊號，並依時序求得三個軸向的角加速度值及線性加速度值，再將三個軸向的角加速度值及線性加速度值分別轉換為六個類神經網路輸入參數，以進行類神經網路回想演算且輸出該計步參數，再進行類神經學習演算以更新及維護該一加權值及偏權值資料庫中的資料。
3. 如請求項2所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，其中，該主處理器還根據該定位訊號運算一坡度，該坡度的運算式如下： 其中， 為其中一時間點的經度、緯度及高度資料， 則為其前一個時間點的經度、緯度及高度資料。
4. 如請求項3所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，其中，該主處理器還根據該使用者移動速度及該坡度，求出對應之一等代謝量數，再根據該人體體重、該等代謝量數，以及該時間參數，以求得一總移動熱量消耗，該等代謝量數運算式如下： 其中， 為該使用者移動速度。
5. 如請求項4所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，其中，該主處理器先求出複數移動熱量消耗，再加總該等移動熱量消耗以求得該總移動熱量消耗，且該時間參數具有相關於一運算時間間距的資訊，運算式如下： 該移動熱量消耗＝該等代謝量數×該人體體重×該運算時間間距。
6. 如請求項2所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，還包含電連接於該主處理器的一溫度感測器，及一心跳感測器，該溫度感測器用以感測溫度並輸出一溫度訊號，該心跳感測器用以感測心跳並輸出一心跳訊號，且該主處理器接收該溫度訊號及該心跳訊號，進行運算以得到一體溫值及一心跳值。
7. 如請求項6所述的可計步及計算消耗之熱量的可攜式電子裝置，還包含一殼體，及一設置於該殼體的按鍵，該按鍵用以供使用者操作且材質為導溫材，其部分區域作為該溫度感測器之感測區，其餘的部分區域作為該心跳感測器之感測區。