[發明專利]一種基于三軸加速度傳感器的計步系統及方法

在審

• 申請號: 201610125931.3
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105651303A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 徐思遠;王潤宇;朱月蘭;施化吉;周從華;劉志鋒;朱小龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學;無錫恒創醫信科技發展有限公司;鎮江市衛生和計劃生育委員會
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;G01C23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體涉及一種計步系統以及計步方法。

背景技術

隨著社會的發展，人們越來越注重自己的健康。實時檢測步數可以幫助人們實時掌握 鍛煉情況，督促養成健康的生活習慣。

智能手機等智能設備已經普及。具有攜帶方便、響應速度快、無線通訊便捷的優點。 通過智能設備搭載的三軸加速度傳感器實現計步功能成為一種理想的選擇，隨之而來用戶 對計步功能的準確性要求也越來越高。

目前大多數計步器或計步軟件采用的計步方法都是峰值檢測和閾值檢測這兩類，其中 峰值檢測法即是在合加速度變化曲線中檢測的連續一個波峰和一個波谷記為一步，而閾值 法采用合加速度變化時穿越某一閾值記為一步。由于佩戴者動作復雜多變，且存在很大的 動作差異，加上噪聲干擾的影響，對計步結果造成了較大誤差。具體的問題包括：1、小幅 的動作比如手腕轉動、身體震動都會造成波峰波谷檢測成功；2、劇烈的動作比如垂直跳躍、 下蹲都會穿越所述閾值。這都會造成明顯誤報。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于三軸加速度傳感器的計步方法，通過單步 時長內的有效合加速度檢測以及合加速度向量夾角檢測的雙重判定，能夠提高對用戶步行 或跑步時進行計步的準確度。實現本發明的技術方案如下：

一種基于三軸加速度傳感器的計步系統，包括采集模塊、數據處理模塊、信息輸出模 塊；

所述采集模塊采用三軸加速度傳感器，負責采集人手臂擺動的三軸加速度信息；

所述數據處理模塊根據采集模塊采集的信息在單步時長內捕捉手臂三軸加速度數據， 進行平滑濾波降噪處理，并記錄合加速度的最大值和最小值，依據最大值、最小值分別對 應的手臂三軸加速度數據計算出最大值對應的向量和最小值對應的向量之間的夾角，將夾 角與歩幅角度設定值進行比較來判斷是否計步成功，并調整后續計步中的單步時長和步幅 角度；

所述信息輸出模塊負責將數據處理模塊的計步統計結果輸出至屏幕上或通過語音播 報。

作為優選方案，所述數據處理模塊為手機內核處理器；所述信息輸出模塊為手機屏幕。

基于上述系統，本發明還提出了一種基于三軸加速度傳感器的計步方法，包括如下步 驟：

(1)預設自然狀態下人正常行走的單步采集時長和步幅判定角度；

(2)在單步采集時長內捕捉手臂擺動的三軸加速度數據并記錄合加速度；

(3)通過步驟(2)獲得的合加速度值取得單步時長內的合加速度最大值和最小值；

(4)通過步驟(3)獲得的最大值和最小值分別對應的三軸加速度數據，計算出最大 值對應的向量和最小值對應的向量之間的夾角；

(5)判斷夾角是否大于或等于預設步幅判定角度，若大于或等于則記步成功；

(6)若計步成功，將相鄰的五步的單步行走時長平均值加0.2秒作為下一步采集數據 時的單步采集時長，將相鄰五步的步幅角度平均值減小2度作為下一步的步幅判定角度。 重復步驟(1)-(5)；若計步不成功，則重復步驟(1)至(5)重新進行初始化計步；

(7)若計步失敗，重復步驟(1)-(5)，且仍使用未計步成功過的單步采集時長和步 幅判定角度；

(8)將計步統計結果顯示在設備屏幕上或通過語音播報給使用者，保存數據。

作為優選方案，所述步驟(1)中的單步采集時長設為1秒，步幅判定角度設為15度。

作為優選方案，步驟(2)中的合加速度Acc為三軸加速度數據的平方和的開方：

Acc=ax2+ay2+az2;]]>

其中a_x、a_y、a_z為三軸加速度的三軸數據。