[发明专利]一种基于单轴加速度计的腕式计步装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单轴MEMS微机械加速度计的腕式计步装置，属于人体运动信息检测技术领域。

背景技术

现代人缺乏体育锻炼，易引起心脏病、糖尿病和癌症等慢性非传染性疾病。中华人民共和国卫生部发布的《中国居民膳食指南》指出：运动不仅有助于保持健康体重，还能够降低患高血压、中风、冠心病、糖尿病、结肠癌、乳腺癌和骨质疏松等慢性疾病的风险。《指南》建议成年人每天应进行累计相当于步行6000步以上的身体活动。国内外的研究显示，迈开大步、大幅摆臂的行走运动对促进健康的效果最好。

计步器方便携带、操作简便，使人们可以每天监控自己的行走步数，因而获得了越来越广泛的应用。人体在行走时，脚底与地面的间歇性撞击，会使身体重心在垂直于地面的方向产生与步行频率同步的上下振动，利用振动传感器检测出身体重心的上下运动，就能对行走步数进行计数。人在步行时，腰部的上下位移最为明显，所以记步器通常挂在腰带上最为适宜。

目前，从计步器的振动传感器的结构看，有机械式传感器和电子式传感器两种。机械式传感器利用传感器内的摆动质量块来检测身体重心的上下运动，受体积限制，机械式传感器只有一个摆动质量块(敏感方向)，因此使用时必需要垂直佩带，使机械式传感器的敏感方向垂直于地面，才能检测人体重心的上下运动。电子式传感器由于采用3轴微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，以下简称MEMS)加速度计，有相互正交的三个敏感方向，因此无论3轴加速度计如何放置，都可以检测出人体重心的上下运动。

现有的计步器存在如下缺陷：

(1)无论是采用机械式传感器还是3轴MEMS微机械加速度计，检测的都是身体重心的上下振动，计步结果易受电梯、交通工具等外界振动干扰的影响；

(2)3轴MEMS微机械加速度计的结构和算法复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于上臂摆动的腕式计步装置，通过单轴MEMS微机械加速度计检测行走时的手臂摆动次数来计算步数，因此对电梯、交通工具等外界因素导致的垂直振动干扰不敏感，而且只记录手臂摆动时的有效行走步数。

本发明提出的基于上臂摆动的腕式计步装置，其特征在于，该计步装置包括外壳、电路板、单轴加速度传感器、单片机和LCD显示屏；其中外壳通过腕带戴在手腕处，电路板固定在外壳上，单轴加速度传感器、单片机和LCD显示屏电子元器件固定在电路板上；单轴加速度传感器的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，单片机的数据输出端与LCD显示屏的数据输入端相连接；

外壳，用于输入手臂的摆动，外壳通过腕带固定在手臂上；

单轴加速度传感器，用于将上臂摆动产生的加速度物理信号转变成便于测量的电信号；

单片机，对单轴加速度传感器输出的加速度峰值进行检测和计数，得到行走的步数，并将计步数据送LCD显示器进行显示；

LCD显示器，用于显示单片机输出的计步数据。

本发明提出的基于单轴微机械加速度计的腕式计步装置，利用单轴微机械加速度计检测上臂的摆动次数来进行计步，由于其敏感方向平行于地面，因此对外界干扰引起的身体垂直振动不敏感；如果手臂摆动的幅度较小，单轴微机械加速度计输出的加速度信号幅值小于单片机判断阈值，不予计数；只有加大步伐并大幅度摆动手臂后，单轴微机械加速度计输出的加速度信号幅值大于单片机判断阈值时，单片机才开始计数。因此，本发明提出的腕式计步装置显示的是对健身效果有明显作用的大幅摆臂行走步数，真正对行走步数、强度及距离进行有效监控。与现有的基于3轴微机械加速度计的计步装置相比，本发明提出的基于单轴微机械加速度计的计步装置系统电路简单，成本较低，而且对电梯、交通工具等外界垂直振动干扰不敏感。

附图说明

图1是本发明提出的基于单轴微机械加速度计的计步装置电路原理框图。

图2是本发明提出的计步装置结构示意图。

图2中，1是外壳，2是单轴微机械加速度计，3是单片机，4是LCD显示器，5是计步装置电路板。

具体实施方式