一种计步器的制造方法
【专利摘要】本发明为了克服已有的区分跑和走的计步器存在的内部判断过程复杂，导致稳定性差，且成本较高的弊端，提供了一种计步器，包括三维加速度计，还包括计算单元，所述计算单元根据所示三维加速度计得到的在各方向上的加速度信息获取在这三个方向上的加速度变化信息，并根据所述加速度信息和加速度变化信息，区分跑步状态与走路状态。其根据加速度和加速度变化状态，不仅能够快速地区分跑步和走路的计步状态，而且还能够有效剔除跳、踢等动作的干扰，使得区分效果更加准确。
【专利说明】一种计步器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子健康监控设备，尤其涉及一种计步器。
【背景技术】
[0002]人们在日常生活中，要进行各种活动，在活动过程中，针对不同的人群，要对应不同的运动量，进行健康管理。人类的体力活动，尤其是在有计划的健身运动中，走、跑和走跑相间等步行运动占据至关重要的位置，而步行和跑步是既有益健康又非常普遍的体力活动。对步行运动的速度进行实时监测和管理，是指导科学健身、维持摄入-消耗能量平衡的基本前提。同样，在体育训练中，为使运动员的训练效果达到最好，也需要对其速度进行测定。
[0003]现有技术中，申请号为CN200780007017的中国发明专利申请公开了一种人体运动检测设备，其中垂直分量提取装置(2)从来自三维加速度计1(1)的与用户的人体运动相对应的加速度分量中提取垂直分量，并且该垂直分量被高频带/低频带分离单元(3)分离为高频带分量和低频带分量。利用这些分量，峰检测/确定处理单元(4)检测垂直方向上用户动作的峰位置候选，基于高频带分量和低频带分量之间的能量比值识别峰位置候选，执行关于包括每个峰位置候选的预定范围的波形匹配从而确定峰位置，并且基于峰位置检测人体运动，脚步位置分析单元(5)检测人体运动步调。因此，在不受各种类型噪声的影响的状态下，可以精确地检测垂直方向上用户的人体运动，并且还可以按需要精确地检测用户的人体运动步调。但是，上述装置内部判断过程复杂，导致稳定性差，且成本较高。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的是提供一种计步装置，以达到区分步行和跑步的目的。
[0005]本发明采用的技术方案如下:一种计步器，包括三维加速度计，还包括计算单元，所述计算单元根据所示三维加速度计得到的在各方向上的加速度信息获取在这三个方向上的加速度变化信息，并根据所述加速度信息和加速度变化信息，区分跑步状态与走路状态。
[0006]进一步地，该计步器还包括模拟/数字转换器，所述模拟/数字转换器与所述三维加速度计I相连，将三维加速度计I产生的信号转换成数字信号，并输出给所述计算单元。
[0007]进一步地，所述计算单元包括滤除加速度数值中的噪声成份的降噪模块。
[0008]进一步地，所述计算单元包括第一间隔学习和检测单元，以及第二间隔学习和检测单元，所述第一间隔学习和检测单元用于根据三维加速度计采集到的在前后、左右和垂直三个方向上的加速度信息学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度状态，所述第二间隔学习和记录单元用于根据三维加速度计在前后、左右和垂直三个方向上的加速度信息学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度变化状态。
[0009]进一步地，所述加速度状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度阈值，所述加速度变化状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度变化值的阈值。
[0010]进一步地,所述计算单元还包括校正单元,所述校正单元用于校正所述加速度阈值和所述加速度变化值的阈值。
[0011]进一步地,所述校正单元包括手动校正单元和自动校正单元,所述自动校正单元用于根据用户对该计步器的多次训练，校正上述各阈值；所述手动校正单元用于根据用户手动设定走路或跑步的模式并在该模式下使第一间隔学习和检测单元或第二间隔学习和检测单元学习并记录所述各阈值。
[0012]进一步地，该计步器还包括提示单元，用于将跑步和走路状态下的步数分别记录并给用户声和/或光形式的提示。
[0013]本发明的有益效果如下:
本发明根据加速度和加速度变化状态，不仅能够快速地区分跑步和走路的计步状态，而且还能够有效剔除跳、踢等动作的干扰，使得区分效果更加准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的计步器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。
[0016]根据本发明的一个实施例，计步器100包括三维加速度计I。所述三维加速度计I获取各方向加速度。如果三个方向的加速度分别为ax、ay、az，三维加速度计I感应到上述三个方向的加速度后，产生三个信号与上述加速度值对应。对信号进行模拟数字转换后，可以获得各方向的加速度数值。
[0017]其中，模拟数字转换的采样频率可以为100Hz，精度可以为8位或16位。当然，更高的采样频率和精度将获得更精确的结果。
[0018]在另一个实施例中，也可以不进行模拟数字转换而直接采用具有数字输出的三维加速度计I。
[0019]由于使用三维加速度计1，可以任意放置三维加速度计1，而不需将三维加速度计I定在某一个方向。
[0020]本发明中，计步器100还包括计算单元3,所述计算单元3根据所示三维加速度计I得到的在各方向上的加速度信息获取在这三个方向上的加速度变化信息。如果三个方向的加速度分别为ax、ay、az,则这三个方向上的加速度变化信息分别为Dax、Day和Daz,它们的获得是通过对ax、ay和az分别取差分运算得到的。
[0021]在一个实施例中，可以通过计算在SI时刻的axl、ay I和azl以及在SI时刻的下一时刻 S2 的 ax2、ay2 和 az2,利用如下计算式 Dax= (ax2_axl) / (S2-S1)、Day= (ay2-ayl) /(S2-S1)和 Daz= (az2_azl) / (S2-S1)计算 Dax、Day 和 Daz。
[0022]然后，计算单元3根据ax、ay、az,以及Dax、Day和Daz区分跑步状态与走路状态:当Dax/ax、Day/ay的值均大于第一阈值Vl且Daz/az的值小于第二阈值V2时,判断当前使用者的状态为跑步；当Dax/ax、Day/ay的值均小于第三阈值V3且Daz/az的值小于第四阈值V4时，判断当前使用者的状态为走路。[0023]计步器100还包括模拟/数字转换器2，所述模拟/数字转换器2与所述三维加速度计I相连，将三维加速度计I产生的信号转换成数字信号，并输出给所述计算单元3。模拟/数字转换器2与三维加速度计I相连，将三维加速度计I产生的信号转换成数字信号，并输出给计算单元。其他的实施例中，也可以不采用模拟/数字转换器2，而直接采用具有数字输出的三维加速度计I。
[0024]所述计算单元3包括滤除加速度数值中的噪声成份的降噪模块4。降噪模块4用于滤除加速度数值中的噪声成份，本实施例中，采用中值滤波器(Median-1ikeFilter)滤除明显过大或过小的加速度振幅数据。
[0025]所述计算单元3包括第一间隔学习和检测单元5，以及第二间隔学习和检测单元
6。所述第一间隔学习和检测单元5以及第二间隔学习和检测单元6均在其内部具有存储单元，用于存储经过学习得到的信息和之前的学习经验。所述第一间隔学习和检测单元5用于根据三维加速度计I采集到的在前后、左右和垂直三个方向上的加速度ax、ay、az学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度状态，得到多个第一阈值Vl和第二阈值V2，其中，第一阈值Vl为ax和ay的采样值(经过三维加速度计I采样)的均值，第二阈值V2为az的采样值(经过三维加速度计I采样)。所述第二间隔学习和记录单元用于根据三维加速度计I在前后、左右和垂直三个方向上的加速度ax、ay、az学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度变化状态Dax、Day和Daz。其中，第三阈值V3为在当前时刻的Dax和Day的值(例如通过上述差分方法计算)分别与上一时刻的Dax和Day的值的差的均值，第四阈值V4为Daz的值(例如通过上述差分方法计算)。本发明中，所述的“时刻” 一般指Is或10s。
[0026]经过一个阶段的学习，计算单元3的上述两个学习和检测单元就能够存储有大量的使用者在跑步和走路两种状态下的加速度阈值和加速度变化阈值。这些数据被作为字典，保存在第一间隔学习和检测单元5以及第二间隔学习和检测单元6各自的存储单元(例如ROM)。在优选的实施例中，上述字典是在所述计步器I出厂前预设在第一间隔学习和检测单元5以及第二间隔学习和检测单元6中的。
[0027]在一个优选的实施例中，所述加速度状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度阈值Vlx、Vly、VlZ、V2x、V2y和V2z，所述加速度变化状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度变化值的阈值V3x、V3y、V3z、V4x、V4y和V4z。这些阈值的获得是根据上述实施例的进一步细化，即分别学习走路和跑步两个状态下在前后、左右和垂直三种方向上的加速度状态和加速度变化状态，各个阈值的取得是直接通过对各个加速度和加速度变化值分别取平均值得到的。这样的目的是能够更精确和细致地获得上述各个阈值，并依此更准确地判断走路或跑步的状态。
[0028]所述计算单元还包括校正单元7，所述校正单元7用于校正所述加速度阈值和所述加速度变化值的阈值。在一个优选的实施例中，校正过程中采用的参考值是字典中加速度阈值和加速度变化阈值的平均值。这种校正包括两种模式:手动方式和自动方式，分别对应校正单元7所包括的手动校正单元8和自动校正单元9。
[0029]当开启自动校正模式时，所述自动校正单元9用于根据用户对该计步器100的多次训练，结合内部字典数据，通过计算字典数据与训练数据之均值作为参考值来校正上述各阈值。
[0030]当开启手动校正模式时，所述手动校正单元8用于根据用户手动设定走路或跑步的模式并在该模式下使第一间隔学习和检测单元5或第二间隔学习和检测单元6学习并记录所述各阈值。
[0031]根据本发明的优选的实施例，计步器I还包括提示单元10，该提示单元10用于将跑步和走路状态下的步数分别记录并给用户声和/或光形式的提示。例如，通过蜂鸣器和/或振动器提示用户当前计步状态发生了改变:从跑步状态变化到走路状态(或反之)。这种提示方式还可以采用LED显示屏或指示灯的方式实现。
[0032]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种计步器,包括:三维加速度计，其特征在于，还包括计算单元，所述计算单元根据所示三维加速度计得到的在各方向上的加速度信息获取在这三个方向上的加速度变化信息，并根据所述加速度信息和加速度变化信息，区分跑步状态与走路状态。
2.根据权利要求1所述的计步器，其特征在于，还包括模拟/数字转换器，所述模拟/数字转换器与所述三维加速度计I相连，将三维加速度计I产生的信号转换成数字信号，并输出给所述计算单元。
3.根据权利要求1所述的计步器，其特征在于，所述计算单元包括滤除加速度数值中的噪声成份的降噪模块。
4.根据权利要求1-3之一所述的计步器，其特征在于，所述计算单元包括第一间隔学习和检测单元，以及第二间隔学习和检测单元，所述第一间隔学习和检测单元用于根据三维加速度计采集到的在前后、左右和垂直三个方向上的加速度信息学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度状态，所述第二间隔学习和记录单元用于根据三维加速度计在前后、左右和垂直三个方向上的加速度信息学习和存储该用户分别在跑步状态和走路状态下的加速度变化状态。
5.根据权利要求4所述的计步器，其特征在于，所述加速度状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度阈值，所述加速度变化状态包括该用户在跑步状态和走路状态下、在前后、左右和垂直三个方向上的加速度变化值的阈值。
6.根据权利要求5所述的计步器，其特征在于，所述计算单元还包括校正单元，所述校正单元用于校正所述加速度阈值和所述加速度变化值的阈值。
7.根据权利要求6所述的计步器，其特征在于，所述校正单元包括手动校正单元和自动校正单元，所述自动校正单元用于根据用户对该计步器的多次训练，校正上述各阈值；所述手动校正单元用于根据用户手动设定走路或跑步的模式并在该模式下使第一间隔学习和检测单元或第二间隔学习和检测单元学习并记录所述各阈值。
8.根据权利要求7所述的计步器，其特征在于，还包括提示单元，用于将跑步和走路状态下的步数分别记录并给用户声和/或光形式的提示。
【文档编号】G01C22/00GK103727954SQ201310734601
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】刘树海, 徐峰, 王维虎 申请人:北京超思电子技术股份有限公司