CN102654405A - 基于加速度传感器的计步方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于加速度传感器的计步方法及其装置，其采用步态波形及其加速、减速过程的识别原理，对人体步行时产生的波形进行识别，从而达到计步的效果。其中该方法包括有以下步骤：使用加速度传感器预先采集使用者3步或以上数量的步态，对采集到的步态数据进行分析计算获取到步态振动波形波峰值以及相应的加速度差值平均数据，并将其设为阀值。采集使用者的实际步态波形数据，若其落入预设阀值范围，则认为其向前走了一步。本发明涉及的基于加速度传感器的计步方法及其装置，对传感器要求较低、计步准确以及方便使用者随意使用。

Description

基于加速度传感器的计步方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种计步方法及其装置，尤其是，一种基于加速度传感器的计步方法及其装置。

背景技术

随着社会的发展，人们越来越对健身投入更多的关注。为了保证健身的效果，人们通常使用一些计量工具，来测算运动量。例如，对于跑步而言，就会使用计步器，来计算跑步时，所产生的总步量。

而目前同业界通常使用的计步器，通常是基于三轴的加速计，其计步算法原理是采集步态的特征值，如峰值和频率等。这种计步器具有以下缺点：

1.采用三轴加速度计，这对传感器要求较高，同时成本也较大；

2.对于不同的使用者，计步原理所采集的特征值差异较大，故计步结果误差较大；

3.靠感应身体的震动而计步，使用时佩戴范围较窄，一般需要佩戴在腰部周围时才能获得较好的精度，使得其不方便使用者随意使用。

因此，确有必要开发出一种新的计步方法及其装置，来克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有计步方法及其装置，对传感器要求高、成本较高、计步误差大以及不方便使用等缺点；本发明旨在提供一种基于加速度传感器的计步方法及其装置，其对传感器要求较低、计步准确以及方便使用者随意使用。

为了解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案是：一种基于加速度传感器的计步方法，其包括有以下步骤：

获取预设阀值步骤：使用加速度传感器预先采集使用者3步或以上数量的步态，对采集到的步态数据进行分析计算，获取到步态振动波形波峰值以及相应的加速和/或减速过程中的加速度差值平均，选取其中波峰值里的最大值和最小值，将其设为以后检测步态峰值的上、下阀值，选取加速过程和/或减速过程中的最大和最小加速度差值平均数据，并将其设为加速过程和/或减速过程中的加速度差值数据的上、下阀值；

数据采集及比较步骤：使用加速度传感器采集使用者步态波形数据，识别其峰值的波形数据以及其加速过程和减速过程中的加速度差值数据，若其峰值数据及其相应的加速度差值数据落入设定的预设阀值范围内，则认为使用者向前走了一步。

进一步的，在不同实施方式中，其中设定的上、下阀值大于初始设定的阀值。其中初始阀值是通过对大量步态数据的收集设的一个经验值，目的是过滤掉无效振动干扰，提高准确度。

进一步的，在不同实施方式中，其中设定的上、下阀值是，由采集到的波峰值的最大值和最小值加上或减去一个预值后得到的。其中预值也是对大量步态数据分析后设置的经验值，目的是扩大判断阀值范围，增加正确判断的准确度。

进一步的，在不同实施方式中，其中选取预设加速过程的加速度差值数据上、下阀值步骤，其为将预采集到的每一步波形的波峰值的前3个或以上数量(在不同实施方式中，对于具体数量并无限定，可以是3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个等等)加速度值保存为一个数组，对于波峰值前面的加速度值即加速过程中的加速度值，依次用后一个数据减去前一个数据，对得到的差值比较获得最大值和最小值，依次对预采集的每一步进行这样的计算，并对所有步态的加速差值最大值和最小值分别取平均，设为步态波形加速差值上、下阀值；

在采集数值比较步骤，其中加速过程的加速度差值数据识别，为获得该波形相应的加速差值数据，对加速过程中前后加速度差值落在加速差值上、下阀值范围内的次数进行累加计数，称为加速量，当加速量大于或等于预定数值时，则认为使用者向前走了一步。

进一步的，在不同实施方式中，其中选取预设减速过程的加速度差值数据上、下阀值步骤，其为将预采集到的每一步波形的波峰值的后3个或以上数量(在不同实施方式中，对于具体数量并无限定，可以是3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个等等)的加速度值保存为一个数组，对于波峰值后面的加速度值即减速过程中的加速度值，依次用前一个数据减去后一个数据，对得到的差值比较获得最大值和最小值，依次对预采集的每一步进行这样的计算，并对所有步态的减速差值最大值和最小值分别取平均，设为步态波形减速差值上、下阀值；

在采集数值比较步骤，其中减速过程的加速度差值数据识别，为获得该波形相应的减速差值数据，对减速过程中前后加速度差值落在减速差值上、下阀值范围内的次数进行累加计数，称为减速量，当减速量大于或等于预定数值时，则认为使用者向前走了一步。

进一步的，在不同实施方式中，其中加速度传感器获得的步态波形，是由使用者跑步、慢走、手臂甩动所产生的波形的一种。

进一步的，在不同实施方式中，其中加速度传感器获得的步态波形，是加速度传感器一个轴上获得的波形数据。若使用的是多轴传感器，对于其各个轴的数据，可分别同时进行采集，数据比较后，可将得到的波峰值范围较大的轴作为检测步态波形数据的轴。

进一步的，在不同实施方式中，本发明还提供一种使用本发明涉及的基于加速度传感器的计步方法的计步装置，其包括有加速度传感器、数据处理单元和数据输出单元，其中加速度传感器和数据处理单元使用本发明涉及的计步方法获得计步数据，然后数据处理单元将计步数据发送给数据输出装置以提供给使用者。

进一步的，在不同实施方式中，其中加速度传感器包括2轴和/或3轴加速度传感器。

进一步的，在不同实施方式中，其中数据输出装置包括显示装置和/或语音播报装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用检测使用者在走路或跑步时的波形数据以及加速/减速过程来计算步数，由于人在走路或跑步时都有同样的加速/减速过程，比现有的计步器检测使用者走路时的振幅、频率方法，更能适应不同的使用者在走路时的差异，有着更高的检测精度；

2.本发明可以基于2或3轴加速度传感器予以实现，在硬件依赖性方面比现有技术更好；

3.本发明对计步装置的佩戴位置没有苛刻的要求，使用时可以放在裤袋、衣袋、腰带、以及手上等等位置，佩戴范围比现有计步器更宽泛，更

便于使用者随意使用。

附图说明

图1为本发明涉及的计步装置的逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种基于加速度传感器的计步方法及其装置，其对传感器要求较低、计步准确以及方便使用者随意使用。

其中涉及的基于加速度传感器的计步方法，其包括有以下步骤：获取预设阀值步骤以及数据采集及比较步骤。

1.获取预设阀值步骤包括有：

1.1加速度传感器预先采集使用者十一步的步态，对采集到的步态的加速度数据进行分析计算获取到步态振动波形波峰值，选取这十一个波峰值里的最大值和最小值。

将最大值和最小值加上或减去一个预值，之后得到的最大值和最小值设为以后检测步态峰值的上下阀值，落入该峰值检测范围内的步态峰值为有效峰值。

其中最小值应大于等于最初设定的初始阀值，这个阀值是通过对大量步态数据的收集设的一个经验值，目的是过滤掉无效振动干扰。其后涉及的预值也是对大量步态数据分析后设置的经验值，目的是扩大判断阀值范围，增加正确判断的百分比。初始阀值和预值的引入可进一步的提高准确度。

1.2将预采集到的每一步波形的波峰值的前后共十一个加速度值保存为一个数组，对于波峰值前面的五个加速度值(加速过程)，依次用后一个数据减去前一个数据，对得到的四个差值比较获得最大值和最小值；对于波峰值后的五个加速度值(减速过程)，依次用前一个数据减去后一个数据，同样对四个差值取最大值和最小值。

1.3依次对预采集的十一步进行上一步骤(1.2步骤)的计算，并对所有步态的加速差值和减速差值的最大值和最小值分别取平均，设为步态波形加速和减速差值上下阀值。

2.数据采集及比较步骤：

2.1数据采集，加速度传感器采集使用者步态波形数据，对符合条件1.1的步态数据进行加速和减速过程识别，即步骤1.2中的前后值相减，对加速过程中前后加速度差值落在加速差值上下阀值范围内的次数进行累加计数，称为加速量；同样获得减速过程的减速量。

2.2数据比较，如果加速量和减速量同时大于等于2就认为行走了一步。

本发明采用步态波形加速、减速过程的识别原理，对人体步行时产生的波形进行识别，从而达到计步的效果。将步态波形加速、减速过程的加速度数据识别引入到计步方法中，是本发明创作的一个方面。

对于加速度数据的识别过程，并不限于以上本发明所揭示的方式，进一步的，对于本发明揭示的具体加速度数据识别方式，也只是举例性说明。

例如，在其他实施方式中，对于加速度数值构成的数组内，其内包括的取样加速度数值的数量，也是并无限定的，也就是说，其数组：a1，a2。。。。an，可以是由任意数量的取样加速度值构成。

进一步的，对于加速度阀值的设置方式，也可以是不限于前后加速度值相减，也可以等效变换为间隔相减取值，例如，差值为间隔差值，即第一个和第三个加速度数值间的差值。

进一步的，对于加速量和减速量的预设数值，其也可以是任意数值，在具体实施例中的预设值2，只是示例，并不限定。其随取样数量的增加，可相应增加或减少。

进一步的，在其他实施方式中，对于使用者预先采集的步态的数量，是可以根据需要改变的，并无限定。

进一步的，本发明的又一个实施方式还提供了一种用于实施本发明涉及的计步方法的计步装置。

如图1所示，一种计步装置，其包括有加速度传感器、数据处理单元和数据输出单元。其中加速度传感器和数据处理单元使用本发明涉及的计步方法获得计步数据，然后数据处理单元将计步数据发送给数据输出装置以提供给使用者。

其中加速度传感器包括2轴和/或3轴加速度传感器。而采集到的数据是加速度传感器一个轴上采集到的波形数据。对于多轴加速度传感器而言，其各个轴，可分别同时进行采集数据，数据比较后，可将得到的波形峰峰值范围较大的轴作为检测步态波形数据的轴。

进一步的，其中加速度传感器获得的步态波形，是由使用者跑步、慢走、手臂甩动所产生的波形的一种。也就是说，本发明涉及的计步装置，可以随使用者任意放置，例如，放在裤袋、衣袋、腰带、以及手上等等位置，并无限制，一样可取得良好的计步效果。

进一步的，其中数据输出装置包括显示装置和语音播报装置，如此，当使用者不方便看计步数据时，可听到计步装置播出计步数据，更加方便了使用者的使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其包括有以下步骤：

获取预设阀值步骤：使用加速度传感器预先采集使用者3步或以上数量的步态，对采集到的步态数据进行分析计算，获取到步态振动波形波峰值以及相应的加速和/或减速过程中的加速度差值平均，选取其中波峰值里的最大值和最小值，将其设为以后检测步态峰值的上、下阀值，选取加速过程和/或减速过程中的最大和最小加速度差值平均数据，并将其设为加速过程和/或减速过程中的加速度差值的上、下阀值；

数据采集及比较步骤：使用加速度传感器采集使用者步态波形数据，识别其峰值的波形数据以及其加速过程和/或减速过程中的加速度差值数据，若其峰值数据及其相应的加速度差值落入设定的预设阀值范围内，则认为使用者向前走了一步。

2.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中设定的上、下阀值大于初始设定的阀值。

3.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中设定的上、下阀值是，由采集到的波峰值的最大值和最小值加上或减去一个预值后得到的。

4.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中选取预设加速过程的加速度差值上、下阀值步骤，其为将预采集到的每一步波形的波峰值的前3个或以上数量的加速度值保存为一个数组，对于波峰值前面的加速度值即加速过程中的加速度值，依次用后一个数据减去前一个数据，对得到的差值比较获得最大值和最小值，依次对预采集的每一步进行这样的计算，并对所有步态的加速差值最大值和最小值分别取平均，设为步态波形加速差值上、下阀值；

在采集数值比较步骤，其中加速过程的加速度差值数据识别，为获得该波形相应的加速差值数据，对加速过程中前后加速度差值落在加速差值上、下阀值范围内的次数进行累加计数，称为加速量，当加速量大于或等于预定数值时，则认为使用者向前走了一步。

5.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中选取预设减速过程的加速度差值上、下阀值步骤，其为将预采集到的每一步波形的波峰值的后3个或以上数量的加速度值保存为一个数组，对于波峰值后面的加速度值即减速过程中的加速度值，依次用前一个数据减去后一个数据，对得到的差值比较获得最大值和最小值，依次对预采集的每一步进行这样的计算，并对所有步态的减速差值最大值和最小值分别取平均，设为步态波形减速差值上、下阀值；

在采集数值比较步骤，其中减速过程的加速度差值数据识别，为获得该波形相应的减速差值数据，对减速过程中前后加速度差值落在减速差值上、下阀值范围内的次数进行累加计数，称为减速量，当减速量大于或等于预定数值时，则认为使用者向前走了一步。

6.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中加速度传感器获得的步态波形，是由使用者跑步、慢走、手臂甩动所产生的波形的一种。

7.如权利要求1所述的基于加速度传感器的计步方法，其特征在于，其中加速度传感器获得的步态波形，是加速度传感器一个轴上获得的波形数据。

8.一种使用如权利要求1所述基于加速度传感器的计步方法的计步装置，其特征在于，其包括有加速度传感器、数据处理单元和数据输出单元，其中加速度传感器和数据处理单元使用如权利要求1所述的方法获得计步数据，然后数据处理单元将计步数据发送给数据输出装置以提供给使用者。

9.如权利要求8所述的计步装置，其特征在于，其中加速度传感器包括2轴和/或3轴加速度传感器。

10.如权利要求8所述的计步装置，其特征在于，其中数据输出装置包括显示装置和/或语音播报装置。

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