一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，屬于人體運動信息檢測技術領域。包括外殼、電路板、單軸加速度傳感器、籃牙模塊和藍牙天線。其中外殼通過腕帶配戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸加速度傳感器、籃牙模塊和藍牙天線等電子元器件固定在電路板上；單軸加速度傳感器的信號輸出端與籃牙模塊中的單片機信號輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍牙天線的信號輸入端相連接。本發明計步裝置通過在腳腕處直接檢測腳底與地面發生的撞擊次數進行計步，由于單軸加速度傳感器接近振動源，大幅度降低了人體對腳底振動的衰減作用，因此提高了檢測的靈敏度，具有較強的抗干擾能力。
【專利說明】
一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，屬于人體運動信息檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]計步器作為一種便攜式運動檢測設備，能夠量化并監測人們的日常行走步數，為其提供一個可參考和比較的標準，促進人們制定合理的運動規劃，達到適量運動的目的，因而獲得了越來越廣泛的應用。
[0003]人體在行走時，腳底與地面的間歇性撞擊，會使身體重心在垂直于地面的方向產生與步行頻率同步的上下振動，利用振動傳感器檢測出身體重心的上下運動，就能對行走步數進行計數。現有的智能電子設備采用3軸微電子機械系統(Micro Electro MechanicalSystems，以下簡稱MEMS)加速度計來檢測人體重心的上下運動，3軸MEMS加速度計有相互正交的三個敏感方向，因此無論3軸加速度計如何放置，都可以檢測出人體重心的上下運動。
[0004]現有的計步器存在如下缺陷:
[0005](I)計步器檢測的是身體重心的上下振動。腳底與地面撞擊產生的振動經身體傳導到腰部或手腕時，由于身體的緩沖作用，振動幅度已大幅度衰減，計步結果易受電梯、交通工具等外界振動干擾的影響；
[0006](2)計算方法復雜，首先要根據MEMS加速度計三個方向上的檢測信號，計算出上下方向的加速度，然后再利用一定的算法從人體重心起伏變化信號中分離出行走步數；
[0007](3)3軸MEMS微機械加速度計的結構復雜、成本較高。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提出一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，通過單軸加速度計直接檢測行走時腳底撞擊地面的加速度，使計步裝置接近振動源，以降低了人體對腳底振動的衰減作用，提高測量靈敏度，對電梯、交通工具等外界因素導致的身體振動干擾不敏感，只記錄腳底撞擊地面時的有效行走步數。
[0009]本發明提出的基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，包括外殼、電路板、單軸微機械加速度計、籃牙模塊和藍牙天線;其中外殼通過腕帶戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機械加速度計、籃牙模塊和藍牙天線分別固定在電路板上;單軸微機械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊的信號輸入端相連接，單軸微機械加速度計的敏感方向垂直于腳底;籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍牙天線的信號輸入端相連接;所述的外殼，用于輸入腳底撞擊地面時產生的振動;所述的單軸微機械加速度計，用于將外殼產生的加速度物理信號轉變成電信號;所述的籃牙模塊內置有單片機，用于判斷加速度電信號的峰值并進行計數，并將計步數據調制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍牙陶瓷天線;所述的藍牙天線，用于將籃牙模塊輸出的射頻信號以無線方式傳輸到智能手機進行計步數據顯示。
[0010]本發明提出的基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，其優點是，該腳腕式計步裝置利用單軸加速度計直接檢測行走時腳底撞擊地面產生的加速度進行計步，由于計步裝置接近腳底位置，檢測的是未經膝關節、髖關節和脊椎等器官緩沖的振動，因此加速度計輸出的加速度信號幅值較大，從而可將加速度信號峰值判斷閾值設置的較高，有效消除外界振動干擾的影響。與現有的基于3軸微機械加速度計的計步裝置相比，本發明提出的基于單軸微機械加速度計的計步裝置測量方法簡單、靈敏度高、電路簡單、成本較低，而且對電梯、交通工具等外界振動干擾不敏感。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明提出的腳腕式計步裝置機械結構示意圖。
[0012]圖2是本發明提出的基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置電路原理框圖。
[0013]圖1中，I是外殼，2是單軸微機械加速度計，3是籃牙模塊，4是藍牙天線，5是電路板。
【具體實施方式】
[0014]本發明提出的基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，其結構如圖1所示，包括:外殼1、電路板5、單軸微機械加速度計2、內置單片機的籃牙模塊3、藍牙天線4 ；外殼I通過腕帶固定在腳腕上；電路板4通過螺釘固定在外殼I上。單軸微機械加速度計2、內置單片機的籃牙模塊3和藍牙天線4等電子元器件固定在電路板4上;單軸微機械加速度計2的信號輸出端與籃牙模塊3內的單片機信號輸入端相連接，籃牙模塊3的信號輸出端與藍牙天線4的信號輸入端相連接，如圖2所示。
[0015]本裝置的各器件的功能為:
[0016]外殼I，用于輸入腳底撞擊地面時產生的振動。
[0017]單軸微機械加速度計2，用于將外殼I產生的加速度物理信號轉變成電信號，單軸微機械加速度計的敏感方向垂直于腳底；
[0018]籃牙模塊3，內置單片機，用于判斷加速度電信號的峰值并進行計數，最后將計步數據調制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍牙天線4;
[0019]藍牙天線4，用于將籃牙模塊3輸出的2.4GHz射頻信號以無線方式傳輸到智能手機進行進行計步數據顯示；
[0020]電路板5，用于固定并連接單軸加速度傳感器2、籃牙模塊3和藍牙天線4，并將外殼I的振動傳遞給單軸加速度傳感器2。
[0021]本發明的腳腕式計步裝置的一個實施例中，使用美國ADI公司的ADXL190單軸微機械加速度計;使用TI公司生產的CC2541籃牙模塊，該模塊內置有增強型8051M⑶、256KB可編程閃存和8KB RAM;使用Johanson公司的2450AT45A100陶瓷貼片天線。
[0022]本發明的腳腕式計步裝置，其中的單軸加速度傳感器、籃牙模塊和藍牙天線等電子元器件固定在電路板上，電路板固定在外殼內，整個計步裝置用腕帶佩戴在使用者的腳腕處。
[0023]本發明腳腕式計步裝置的工作原理是:
[0024]人在走路時，腳底與地面會發生間歇性的撞擊，撞擊產生的振動通過腳腕傳導到計步裝置中的單軸加速度傳感器2上，單軸加速度傳感器2將振動產生的加速度物理信號轉變成為電信號，籃牙模塊3中的單片機對加速度電信號進行閾值判斷和計數，籃牙模塊3將計步數據調制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍牙天線4，藍牙天線4最后將射頻信號以無線方式傳輸到智能手機。
[0025]本發明計步裝置直接在腳腕處檢測腳底與地面發生的撞擊，利用腳底與地面的撞擊次數來進行計步，由于計步裝置接近振動源，大幅度降低了人體對腳底振動的衰減作用，因此提高了檢測的靈敏度，對電梯、交通工具等外界因素引起的振動干擾不敏感，具有較強的抗干擾能力。本發明腳腕計步裝置利用單軸加速度傳感器感應行走時腳底與地面的撞擊產生的加速度，較基于3軸加速度傳感器的計步裝置靈敏度高、抗干擾能力強、結構簡單，成本低廉。
【主權項】
1.一種基于單軸微機械加速度計的腳腕式計步裝置，其特征在于，該腳腕式計步裝置包括外殼、電路板、單軸微機械加速度計、籃牙模塊和藍牙天線;其中外殼通過腕帶戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機械加速度計、籃牙模塊和藍牙天線分別固定在電路板上;單軸微機械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊的信號輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍牙天線的信號輸入端相連接;所述的外殼，用于輸入腳底撞擊地面時產生的振動;所述的單軸微機械加速度計，用于將外殼產生的加速度物理信號轉變成電信號，單軸微機械加速度計的敏感方向垂直于腳底;所述的籃牙模塊內置有單片機，用于判斷加速度電信號的峰值并進行計數，并將計步數據調制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍牙陶瓷天線4;所述的藍牙天線，用于將籃牙模塊輸出的射頻信號以無線方式傳輸到智能手機進行計步數據顯示。
【文檔編號】G01C22/00GK105953813SQ201610452976
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】高宏, 郭京蓉
【申請人】紫光股份有限公司