专利名称：用于获取、处理和传送人体能耗数据的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于获取、M和传送与日常活动和/^ii动i^过程中人体能 耗相关的数据的方法及为此的设备。
背景技术：
一开始应当注意的是，简单来讲，术语"新陈代谢"可OT来定义在旨 有生命的有机体中进行的化学反应的总和，这些反应导致产生一定能量以热能 鄉几械能形式向夕卜到;ii^述有机体，向前述有机体提供进行包括身條动在内 的各种鄉活动所必需的能量。但是，W万周知的是，M31消耗营养物质引入 人体的能量不必与各种身体活动，中消耗的能皿量一致，且在弓l入的能量 舰消耗的肯疆的情况下，能量会在戶脱人体内积累，而这样造成的结果和窘 迫尽人皆知。因此，显然，与人体能量消耗相关的信息是非常重要的，不管是 在以数值形式产生的所述信息直接为有关人员禾佣的情况还是使用因特网将所 述信肩送给营养专家(在这种情况下，营养专家呈现为戯以形象)的情况下。
迄今为止，已经在使与人体肖撫相关的信息数值化和提供戯以营养专家形 象方面进行了很多的尝试。
从事实上能测量能耗的唯一设备由一彰十量器构戯職传送感兴趣娜的 唯一方法为以某些形式填写在网页的情况开始，之前由所谓"计步器"的发明 给出了非常重要的一步。与加速度传 结合的这种设备被设计成计算步数并 ^ 力地做到了这一点，且考虑到在人走动时他们的骨盆进行舒奏的升l^i动， 因此应用了钟摆的算法；和计步器安装在一起的力,传^l用于"感受"所 ^it动并随后计算完成的步数；因此，这是一种间接估算方法。"i愤器"的主 要缺点在于难以从完成的步数回算出有效行进的距离，因为所淑巨离很大程度
上取决于 由于完成某一縱呈的人可以例如瑕歐、跑动锄定转地完
成该过程，因此易于理解这种方法是多么地容易被误导。从上面的解释可以明显看出"计步器"的缺点，也可被看作是难以根据步 数回算出所消耗的能量。
实际上，力口31度传 (其可以在一个、二个或三个轴上)的实王见是重要 的，因为它允许实现基于加速度、速度的测量结果与运动之间的数学联系的惯
性导航系统；因此很自然地在利用加，传感器来检测人体运动方面进行了各 种尝试。
不过应当注意，所述传 的应用总还有一定的缺陷，其中最重要的缺陷 是检测 的低精确度。
为了理解这种缺陷，下面给出了一个从由Harvey Weinberg撰写的、在"模 拟装置(Analogue Device 2002)"杂志上发表的文章"ADXL202在计步器和个人 导航应用中的《OT(Using the ADXL202 in Pedometer and Personal Navigation Applications)"中推论出的一个简单例子。
細顿公式<formula>formula see original document page 5</formula>
如果AJ门希望测量以5Km/h的皿运动5併中的人员的运动。运动速度约 等于139m/sec，运动距离约等于416m;通51^ffl所述公式，此人的平均加速 度为
<formula>formula see original document page 5</formula>其对应于平均加iM值约等于0.944mg。
因此容易看出，首先，该数值如lfet低以致于它甚至存在不能被检观倒的 风险，除非4顿特别敏感的加M^传繊，即那些被称为"低-g"的传感器。 其次，应注意到，由于所述加鹏传感器的驗系数通常等于2mgTC，那
么》驢仅变化rc就会造成可用的信号甚至不至赔号的一半。此外，应注意在
不是特别精确地知道加速度传繊的取向盼瞎况下，得到的误差特别大，所述 事实为迄今为止所实现的设备的另一个严重的缺陷。至于速度传感器的取向， 应注意所述传感器的输出类型通常为其电压正比于加速度、或其具有固定频 率数^t号和正比于加速度的操作周期。
当加速度发生在所指示的方向上时，得到的结果为正数，而如果加，发 生在与指示方向相反的方向上，就得到负数。当然，为了补偿检测精度的不足至少采取了两中途径第一种方案是在短 暂时间间隔之后将加皿传感器操作清零，连同依靠外部设备给出的信号精确 了解所述传 取向，其中外部设备例如为周期性提供新"位置(O)"值的GPS。
第二个方案是利用设计成计算正在作运动的人体骨盆竖向运动的加速^f专 離
还应注意到迄今为止所提出的用于获取与人体能耗有关的数据的方法具 有采用间接方法计算运动的现有方法的缺陷，因为所计算的实际上是某一时期 内的步数。
发明内容
本发明的第一个目标为开发一种方法，其适于能够将与正常日常活动过程 和运动锻炼过程中的能耗有关的信息精确地提供给有关人员和提供在因特网 上。
另一个目标在于提供一种利用由位于解剖点Pf跪的传S^给出的信号的方 法，其中解剖点远离用户躯干部分。
特别地，用于获取、处理和传送(其中包括il31因特网进行传送)与日常
活动和/躯动微东期间人体育號有关的数据的方法，其利用了由至少一个在本 发明中论及的加速度传感器给出的数据，该方法的特征在于依次由以下几个阶 段组成
—启动设备，该设备包括至少一个加 传 和至少一个^^^传^和 微控制器；
—检查与远程设备的有效连接； —所述设备的适当校准；
—检测至少一个加鹏传感器元件的运动，校正所获取的采样，并存储该 采样和鹏
一用户脚部运动检测； 一运动类型的检测；
—速度、运动和身体能量的计辭n存储。
这些禾唭它特征将能更好地显现在由仅仅以所公开附图中的非限制性实例 的形式进行说明的下列本发明皿实施例给出的详细说明中，其中 图1说明了该方法的阶劍,的方框图2以图表的形式说明了在加iM传jg^置于鞋底内盼瞎况下，作为时间 t函数的重力力口速度g的i^呈；
图3以图表的形式说明了由力B3IE传^I输出的、作为时间t函数的重力 力口鹏g的^l呈，其中重要的^^见察间隔+/-1.5§，在高于这个值时加驗传感 器会娜包称
图4用g为t的函数的图表说明在人已经^！26米的情况下，M卩，传 中获取的 的趋势；
图5用g为t的函数的图表，结合单位时间上的加速度变化的密度说明了 上图中的内容；
图6用v为t的函数的图表，说明了在检测到运动不为零的时间间隔中速 度和运动的趋势；
图7说明了一种设备，该设备用于启动获取、，和传送(其中包括M 因特网传送)与日常活动和/躯动^^过程中的人体育辦相关的 的方法； 图8示出了插入鞋中的这种设备。
具体实施例方式
参见图l，数字1指示数据检测的初始阶段，数字la指示该方法真正开始 的阶段，其对应于将鞋穿在用户脚上的时候。
紧接着阶段1的是阶段2，其对应于微控制器元件16的初始化，接着， ^S程访问设备是否被连接上的阶段3。
在所腿接有效的情况下，接着到阶段lb，微及计算参数下载方法或新 禾辟的下载。该方齢从阶段lb返回至lj前面的阶段l。在没连接上^f呈访问设 备盼瞎况下，该方法将继续进行到阶段3和进行到检查校准元件是否有效的阶 段4;如果结果是肯定的，那么接着到关于该校^i程的阶段5，然后该方法返 回至IJ所述阶段4，然而在结果是否定的情况下，该方法itA与用于检测加速度传 ^!元l牛运动的il程相关的下一阶段6，以对所获取的 进行校正以及存储所述繊，且最后存储关于身術鹏的繊。
前述阶段6可弓l发随后两个阶段:返回到阶段6的等待阶段6a以及出 W 应于缺乏运动的状态7的阶段6b。当状态8出现时，艮P，存在运动的情况下， 接着是关于检测所^动类型的阶段9。关于这一点，本发明所讨论的方法考虑 了4种不同的运动类型，且更精确地类型9a为慢跑，类型9b为快跑，类型 9c被定义为扰动(用这个术语^^不能被微控伟'藤16正确指出的所有运动类型, 诸如小步繊球)，翻9d为瑕恸。
所有这四种所述运动鄉可被划分成三种活动登高完成的糊10a，下 坡完成的活动10b以及在平地上完成的活动10c。
该方法i^/f脏种活动中任一种转到最后阶段11，其具有计辭卩存储用户 完胸作的鹏和运动以及计算和存储所消耗的育遣两种功能。
在P介段11结束时，返回到阶段3。
由于如先前强调的那样，有必要4顿具剤氐g数的加鹏传麟元件，因 此存在这样的风险，即在脚加速太快的情况下(例如在跑动时)所述传感器会 达到饱和。另一方面，在低速运动时，由于人走动时脚趋向于转动这一事实， 也存在所述的饱和风险。
如在下文中戶，释和图2、 3戶形兑明的那样，所述饱禾卩问题可以被克服。 首先假定在土1.5g时达至雌和的力口速度传感器元件15被固定在鞋12的下 部，使得在所述鞋子不发生任何转动的情况下水平向前运动、然后减速并停止 时，该加 传 元件15产生由图2中的g为t函数的图表中的曲线所说明 的过程。在如前所述那样放置和定向所述加鹏传感器元件的情况和在鞋不带 加速度地简单转动盼瞎况下，发生如图3所示的过程，其中由黑点示出的位置 表示了水平加速度开始增加的时刻，且从这刻开始，重力加速度开始使由加速
度传感器15给出的信号变大，从而防止引起饱和mm。
重力加速度的影响还使由所述加,传感器元件给出的信号失真，且这使 得为了在人体运动测量中具有舰的精确度，必须对加速度传S^进行校准， 且这发生在战方法的阶段5中。所述校准阶段顿以阶段la开始，在进行该 阶段la时，用户穿上鞋12且在穿鞋时将启动元件19压在地面上；在完成该第 一操作后，用户走动一设定距离并在ltk31程后停下，这样，当微控讳螺元件16 在某一固定时间段内都没有检测到任何类型的运动时它会退出校准阶段5。在结束所述校准阶段之前，微控制器元件更新并保存那些被指定用来计算能量的算 法所棚的参数。
京爐新校麟作而言，应注意到舰于实现精确测量来说是一个非常好的
习惯；换句话说并且显而易见的是，得到的数据越好，插入鞋中的设备就得到 更好的更新。
图4的内容构成了在人走动26米盼瞎况下，由加速度传感器15获取的数 据的战呈，该逝呈以重力加鹏图表示出，g为用秒表示的时间t的函数。所述 微控制器转换器140每秒采样一次。
阶段6在穿着安装有加速度传感器元件15的鞋的脚放在地面上时分析所述 传感器的运动，所述运动是指由脚与地面不完全对齐造成的运动。在所述运动 显示不为零的情况下，在阶段6中对其进行存储且将其从随后的数据中减去； 逐步分析所述运动，记住量级为几十分之一秒的缓慢变化意 该运动是由温 度变化引起的，而如果该变化比较快而且还不连续，那意^所^动是由地 面倾斜(其可以是上升或下降的)造成的；所述检测是在己经在图1中得到描 述和说明的阶段9—10c中进行的。应注意在4顿双轴加速度传繊的情况下， 由、鹏弓胞的运动变化和由地面倾斜弓胞的运动变化之间的区别变得普通。
ffl51将方形过程叠加在图4所示的图形上，在图5中示出了对单位时间的 加鹏变化的密度进行分析的运动检测函数过程。
图6显示了对从图5中得到的、运动检测函数不为零的时间间隔内的加速 度曲线进行分析的速度和运动过程。
本发明中讨论的方法的第一优点在于开发了一种方法，其适于以精确的 方式给出与正常日常活动和运动l^东过程中的人体能耗相关的有用信息。
另一个优点在于给出了一种可以利用由位于解剖点附近的传感器给出的信 号的方法，其中该解剖点远离用户躯干。
根据本发明， 一种用于获取、处理与日常活动和/i动锻炼期间人体倉嫩 相关的数据的设备，其包括至少一体固定在其上的印刷电路支撑件、至少一个 加速度传 元件、电压发生元件、启动元件和至少一个^S传S^元件，其
特征在于所述设备方爐在鞋内并装配有至少一个微控制器元件。
本发明的第一目标在于实现禾拥由传麟给出的信号的设备，该传 ^ 于鞋内以获得显然优于由方爐在其它解剖区域的传感器给出的信号的信号。另一个目标是实现一种允许进行直接运动计算方法的设备。
本发明的另一个目标在于能够将与正常日常活动过程和运动锻炼过程中的 育嫩有关的信息精确地直,供给有关人员和提供在因特网上。
参见图7说明了一种用于获取、处理和传送与日常活动和/^动锻炼期间 人体育嫩相关的繊的设备，数字12指示鞋和数字13指示放置在鞋底14内的 印刷电路。加速度传感器元件15、 制器元件16、电压发生器17和温度传 元件18在印刷电路13表面上并固定在其上。
^^f述印刷电路的表面上固定有启动元件19，，该说明例子中为按钮元 件。由印刷电路13和固定在其上的所有元件15—19构成的组件构成了设备20。
在用户穿上鞋12且^^f述鞋压靠地面时，会形成对启动元件19的压迫， 且随后设备20开始工作。由电压发生器元件17供电的力口鹏传繊元件15和 ^^传感器元件18产生的数据都由,制器元件16进行转换和处理。
应注意所指示的解剖健改善了加鹏传麟元件的信号/噪声关系，且 由于脚运动的不连续性，可以消除热漂移和机柳票移。
该设备还安装有接口元件，其用途可以在有用于数据传送的射频装 置盼瞎况下被认识到；为了简化，该接口元件已经和所述图7中的参考数字18 驗一起了。
第一iit点是实现了一种利用由至少一个加皿传SI和至少一个^S传
感器给出的信号的设备，其中这些传^^整体地放置在脚部以获得显然优于
由放置在其它解剖区域上的传自给出的信号的信号。
另一^H尤点在于实现了允许进行直接运动计算方法的设备。 再另一个优点在于育,将与正常日常活动过程和运动锻炼过程中的育嫩有
关的信息精确地直皿供给有关人员和提供在因特网上。
权利要求
1、一种用于获取、处理与日常活动和/或运动锻炼期间人体能耗有关的数据的方法，该方法利用由至少一个加速度传感器提供的数据，其特征在于，所述方法至少包括以下连续阶段-启动(1a)设备(20)，该设备包括至少一个加速度传感器元件(15)和至少一个温度传感器元件(18)和微控制器元件(16)；-检查(3)与远程设备的有效连接；-所述设备的最终校准(5)；-检测(6)至少一个加速度传感器(15)的运动，校正所获取的采样，并存储该采样和温度；-用户脚部运动的检测(6b)；-运动类型的检测(9)；-身体运动、速度和能量的计算和存储(11)。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于该校准阶段(5)包括以下连 续阶段—压下启动元件(19); 一走动设定距离；—走动结束。
3、 如权利要求1和2所述的方法，其特征在于在至少一个加速度传感器(15)停止检须随运动时，该校准阶段(5)结束。
4、 如权利要求1和3所述的方法，其特征在于在退出该校准阶段(5) 之前，微控制器元件(16)更新和保存算法运行所需的所有常数。
5、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述方法利用由加鹏传繊 元件(15)中的一个或多个给出的包括和来自所述一个或多个，传感器元件 (18)的 ，所有的所述传^ 被方 在鞋内。
6、 如前述禾又利要求所述的方法，其特征在于由至少一个加皿传 元件(15)和至少一个温度传感器(18) ^ 」到的 可 1因特网传送。
7、 一种用于获取和处理与日常活动和/或运动锻炼期间人体能耗有关的数 据的设备(20)，包括至少一个印刷电路(13)支撑件以及整体地固定在其上的至少一个加速度传 元件(15)、电压发生元件(17)、启动元件(19)和至 少一个^g传感器元件(18)，其特征在于所述设备方 在鞋(12)内且装配有至少一个微控制器元件(16);所述微控制器元件适合于转换和M由至少一个加皿传感器(15)给出的信号。
8、 如权利要求7所述的设备，其特征在于该设备定位在鞋底(14)内部，所述定位會,在运动縱呈中M^振动以及脚的转动影响。
9、 如权利要求7所述的设备，其特征在于该启动元件(19)可M由穿 有鞋(12)的脚施加在地面上的压力来启动。
10、 如权禾腰求7所述的设备，其特征在于所述设線配有接口元件。
全文摘要
本发明涉及用于获取、处理和传送与人体能耗相关的数据的方法的技术领域。一设备包括至少一个加速度传感器元件和至少一个温度传感器元件以及微控制器元件，该设备的第一启动阶段(1a)至少跟有用于检测与远程设备相连的有效连接的一个阶段(3)，接着校准阶段(5)，接着检测运动的阶段(6)，接着检测用户脚部运动的阶段(6b)，接着检测运动类型的阶段(9)和计算并存储速度、运动和能量的阶段(11)。
文档编号A61B5/22GK101287524SQ200680023441
公开日2008年10月15日 申请日期2006年6月23日 优先权日2005年6月29日
发明者斯特凡诺·因弗里乔里, 阿梅代奥·因弗里乔里 申请人:阿梅代奥·因弗里乔里;斯特凡诺·因弗里乔里