CN106647459B - 一种气压检测装置、气压检测方法和智能穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气压检测装置、方法和智能穿戴设备。所述装置包括：温度检测模块，用于获取模拟环境温度的电压信号发送给所述中央处理模块；所述气压检测模块，用于检测环境气压，并将气压值发送给所述中央处理模块；所述中央处理模块，用于控制所述温度检测模块和所述气压检测模块同时采集数据，并将接收到的模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值并输出，以及用于根据所述温度值校正接收到的所述气压值，并将校正后的气压值输出。可见，本发明增加温度检测模块，可以得到周围环境的温度，同时辅助气压检测得到精确的气压值，排除温度因素的影响，辅助用户更加了解运动状态和周围环境，能够适应各种运动场景，利于增强用户体验。

Description

一种气压检测装置、气压检测方法和智能穿戴设备
技术领域
本发明涉及气压检测技术领域，特别涉及一种气压检测装置、气压检测方法和智能穿戴设备。
背景技术
随着人们追求健康、全民运动的兴起，出现了各种智能运动穿戴产品。这些智能运动穿戴类产品可以实现计步、睡眠、消耗卡路里等功能，但是对于检测周围气压和显示高度信息方面关注较少。在爬楼、爬坡、登山等运动中，简单的计步或消耗卡路里等方案已经无法满足需求，用户需要实时知道气压值和所处的高度；特别是在野外环境下，用户还可以根据周围气压瞬态变化情况及时预测瞬息万变的天气，更好的辅助运动。虽然现有技术中的气压传感器能够检测周围环境的气压，且可根据不同时段的气压值获得高度变化信息。但是周围环境的温度也是影响气压的一个重要因素，温度变化较大，即使处于同一高度，气压值也可能会有较大浮动，例如，在人体佩戴产品时，人体温度会传导到产品内部，影响内部气体的压力，从而导致气压检测有较大波动，而外界气压不会剧烈变动。那么利用常用的气压传感器不能得到精确的气压值，不利于用户的使用体验。
发明内容
鉴于现有技术中的气压传感器因温度因素不能得到精确的气压值，不利于用户的使用体验的问题，提出了本发明的一种气压检测装置、气压检测方法和智能穿戴设备，以便解决或至少部分地解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种气压检测装置，所述装置包括：温度检测模块，气压检测模块，中央处理模块；
所述温度检测模块，用于获取模拟环境温度的电压信号发送给所述中央处理模块；
所述气压检测模块，用于检测环境气压，并将气压值发送给所述中央处理模块；
所述中央处理模块，用于控制所述温度检测模块和所述气压检测模块同时采集数据，并将接收到的模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值并输出，以及根据所述温度值校正接收到的所述气压值，并将校正后的气压值输出。
根据本发明的另一个方面，提供了一种气压检测方法，所述方法包括：
检测环境气压，获取环境气压值；
同时获取模拟环境温度的电压信号；
将模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值，根据所述温度值校正所述气压值，并将校正后的气压值输出。
根据本发明的又一个方面，提供了一种智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括显示屏和如前所述的气压检测装置，所述气压检测装置输出的环境温度的温度值和校正后的气压值在所述显示屏上显示。
综上所述，本发明利用气压检测模块检测周围环境的气压，同时利用温度检测模块检测周围环境的温度，然后根据周围环境的温度校正气压值，并将校正后的气压值输出。可见，本发明增加温度检测模块，不仅可以及时得到周围环境的温度，同时辅助气压检测模块进行精确的气压检测，校正后的气压值在一定程度上排除了温度因素的影响，更加精确地辅助用户了解运动状态和周围环境，能够适应各种运动场景，利于增强用户体验。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种气压检测装置示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种气压检测装置的电路示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种气压检测方法流程图；
图4为本发明一个实施例提供的一种智能穿戴设备示意图；
图5为本发明另一个实施例提供的一种智能穿戴设备示意图。
具体实施方式
本发明的设计思路是：鉴于现有技术中的气压传感器因温度因素不能得到精确的气压值，不利于用户的使用体验的问题。本发明增加温度检测模块，与气压检测模块同时采集数据，然后根据温度检测模块采集的周围温度数据校正气压检测模块采集的气压值，并将校正后的气压值输出，该校正后的气压值在一定程度上排除了温度因素的影响，更加精确地辅助用户了解运动状态和周围环境，能够适应各种运动场景，利于增强用户体验。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明一个实施例提供的一种气压检测装置示意图。如图1所示，该气压检测装置100包括：温度检测模块110，气压检测模块120，中央处理模块130。
温度检测模块110，用于获取模拟环境温度的电压信号发送给中央处理模块130。气压检测模块120，用于检测环境气压，并将气压值发送给中央处理模块130。中央处理模块130，作为整个装置的***控制、信息和数据处理中心，用于控制温度检测模块和气压检测模块同时采集数据，并将接收到的模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值并输出，以及根据温度值校正接收到的气压值，并将校正后的气压值输出。这里，温度检测模块检测得到的是一个模拟环境温度的电压信号，需要利用中央处理模块130将该电压信号转换成对应的温度值，一方面用于输出温度值，以供用户进行查看；另一方面进行气压值的校正。因为需要对气压值进行排除温度因素的校正，在进行气压值检测的时候需要同时进行温度的检测。
可见，本发明增加温度检测模块，不仅可以及时得到周围环境的温度，同时辅助气压检测模块进行精确的气压检测，校正后的气压值在一定程度上排除了温度因素的影响，更加精确地辅助用户了解运动状态和周围环境，能够适应各种运动场景，利于增强用户体验。
图2为本发明一个实施例提供的一种气压检测装置的***电路示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，温度检测模块110包括：第一下拉电阻R1、第一电源开关Q1、第二正温度系数热敏电阻R2、第三负温度系数热敏电阻R3；其中，第一电源开关Q1为增强型NMOS管。
第一下拉电阻R1的第一端接地GND，第二端与中央处理模块MCU的输入/输出接口I/O_1以及第一电源开关Q1的栅极G连接；第二正温度系数热敏电阻R2的第一端连接第一电源开关Q1的漏极D，第二端连接***电源Vsys；第三负温度系数热敏电阻R3的第一端连接第一电源开关Q1的源极S，第二端接地GND；第一电源开关Q1的源极S连接中央处理模块MCU的温度检测接口Tem_Det。
在本发明的一个实施例中，气压检测模块120包括第四下拉电阻R4、第二电源开关Q2、第一去耦电容C1、气压计P1；其中，第二电源开关Q2为增强型NMOS管，其中去耦电容C1可以防止输入气压计P1的电压的波动。
第四下拉电阻R4的第一端接地GND，第二端与中央处理模块MCU的输入/输出接口I/O_1以及第二电源开关Q2的栅极G连接；第二电源开关Q2的漏极D连接***电源Vsys，第二电源开关Q2的源极S分别连接气压计P1的供电接口VDD、内核供电接口VDD_IO、片选接口CS以及去耦电容C1的第一端，去耦电容C1的第二端接地GND，气压计P1的数据信号接口SDA和时钟信号接口SCL分别连接中央处理模块MCU的数据信号接口SDA和时钟信号接口SCL。气压计P1接地端接地GND。
在本发明中，电源开关Q1和Q2分别作为温度检测模块110和气压检测模块120的开关，有中央处理模块MCU通过Q1和Q2控制温度检测模块110和气压检测模块120的开/关。温度检测模块110输出的模拟电压信号传输给中央处理模块MCU的温度检测接口Tem_Det，反馈温度信息；气压计P1通过数据信号接口SDA和时钟信号接口SCL与中央处理模块MCU通信，传输采集的气压值。
需要说明的是，本发明中的电源开关Q1和电源开关Q2均可以用PMOS管或负载开关替代。
图2所示的***电路的具体工作原理为：
(1)***上电。
当***中电池输出电能或者外部输入直流电源给到内部的供电模块后，供电模块中的电源管理芯片输出***电(Vsys)给整个***上电。
(2)初始化。
***上电后，中央处理模块MCU首先进行初始化，配置中央处理模块MCU的输入/输出接口I/O_1电平状态，通过I2C线与温度检测模块110和气压检测模块120通信并配置每个模块的接口I/O状态，读取每个模块的状态，判定每个模块是否工作正常。
(3)开启温度检测模块110中的电源开关Q1和气压检测模块120中的电源开关Q2。
初始化完成后，中央处理模块MCU的所有输入/输出接口I/O_1有持续电压VI/O，VI/O一般与MCU的I/O_1输出最高电压相同。如果在使用中需要开启电源开关Q1和电源开关Q2，则中央处理模块MCU通过I/O_1输出高电平VI/O，在第一下拉电阻R1和第四下拉电阻R4两端会产生电压差，由于Q1采用增强型NMOS管，Q1栅极电压VG＝VI/O，栅源电压VGS＝VI/O大于Q1开启电压Vth，因此Q1开启，温度检测模块110开始工作。同理，Q2与Q1采用相同型号的NMOS管，Q2开启，Vsys进入P1端的供电接口VDD，气压检测模块120开始工作。
(4)气压和温度采集。
Q1开启后，其源极S和漏极D之间的电阻接近于0Ω，Vsys可通过R2、R3和GND形成闭合电路。由于有电流流过R2和R3，因此R3两端存在电压差，Tem_DET在常温(一般为25℃)下输出到MCU端电压为这里，R2为正温度系数电阻，其25℃下为某一阻值，其阻值随着温度的升高而升高。例如，R2＝10kΩ，温度系数B＝+0.4kΩ/℃，则其阻值随温度T变化情况可表示为R2＝10+0.4(T-25)(kΩ)；R3为负温度系数电阻，其25℃下阻值可采用某一阻值，其阻值随着温度的升高而降低。例如，R3＝10kΩ，温度系数B＝-0.4kΩ/℃，则其阻值随温度T变化情况可表示为R3＝10-0.4(T-25)(kΩ)。那么，输出到MCU端电压/>电压随着温度的变化而变化，当温度升高时VTem_DET降低，当温度降低时VTem_DET升高，输出的每一个电压值都可对应一个温度值，这样就实现了对周围环境温度的检测。
同时Q2开启，气压计P1检测到周围气压，通过P1内部压敏器件将气压转换为相应的电压值，经由A/D转换器将电压值转换为相应的数字量DP，通过SDA和SCL传输给MCU，不同的气压对应的电压值不同，传输的数字量DP也不同。
(5)MCU算法处理。
当中央处理模块MCU接收到温度检测模块110输入的VTem_DET后通过内部的A/D模块将VTem_DET转换为对应的温度值DT，并输出；同时根据DT将接收到的气压值DP进行校正，将校正后的气压值P输出。其中利用的校正公式为：P＝DP+kDT。其中，P表示校正后的气压值，DP表示环境气压值，DT表示模拟环境温度的温度值，k表示温度系数，温度系数通过数据统计得到，经过对大量的DT和DP进行统计，得到了相应的温度系数K。
(6)关闭温度检测模块110中的电源开关Q1和气压检测模块120中的电源开关Q2。
当***电路关闭气压检测和温度检测功能时，MCU通过I/O_1输出低电平或无输出时，电阻R1和R4两端无电压差，Q1和Q2的栅极G端电压被拉到地端GND，即VG＝0V，栅源电压VGS＝0V低于Q1和Q2的开启电压Vth，因此Q1和Q2关闭，温度检测模块和气压检测模块同时关闭。
图3为本发明一个实施例提供的一种气压检测方法流程图。如图3所示，该方法包括：
步骤S310，检测环境气压，获取环境气压值。
步骤S310，同时获取模拟环境温度的电压信号。
步骤S330，将模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值，根据温度值校正气压值，并将校正后的气压值输出。
其中步骤S310和步骤S320需同时进行。
在本发明的一个实施例中，步骤S310中获取模拟环境温度的电压信号包括：
设置第一下拉电阻、第一电源开关、第二正温度系数热敏电阻、第三负温度系数热敏电阻；其中，第一电源开关为增强型NMOS管。
将第一下拉电阻的第一端接地，第二端与中央处理模块的输入/输出接口以及第一电源开关的栅极连接；将第二正温度系数热敏电阻的第一端连接第一电源开关的漏极，第二端连接***电源；将第三负温度系数热敏电阻的第一端连接第一电源开关的源极，第二端接地；将第一电源开关的源极连接中央处理模块的温度检测接口。
在第一电源开关开启后，通过中央处理模块的温度检测接口获取模拟环境温度的电压信号。
在本发明的一个实施例中，步骤S320中检测环境气压，获取环境气压值包括：
设置第四下拉电阻、第二电源开关、第一去耦电容、气压计；其中，第二电源开关为增强型NMOS管。
将第四下拉电阻的第一端接地，第二端与中央处理模块的输入/输出接口以及第二电源开关的栅极连接；将第二电源开关的漏极连接***电源，将第二电源的源极分别连接气压计的供电接口、内核供电接口、片选接口以及去耦电容的第一端，将去耦电容的第二端接地，将气压计的数据信号接口和时钟信号接口分别连接中央处理模块的数据信号接口和时钟信号接口。
在第二电源开关开启后，通过中央处理模块的数据信号接口获取环境气压值。
在本发明的一个实施例中，步骤S330中根据温度值校正气压值的校正公式为：P＝DP+kDT；其中，P表示校正后的气压值，DP表示环境气压值，DT表示模拟环境温度的温度值，k表示温度系数，温度系数通过数据统计得到。
图4为本发明一个实施例提供的一种智能穿戴设备示意图。如图4所示，智能穿戴设备400包括显示屏410和如图1所示的气压检测装置420。气压检测装置420输出的环境温度的温度值和校正后的气压值在显示屏410上显示，供用户查看，进一步了解自身运动情况和周围环境。同时，该智能穿戴设备还可以通过输出的气压值计算用于所处的高度并显示，特别是在爬楼或者攀登运行中，供用户查看高度信息，增强用户体验。
图5为本发明另一个实施例提供的一种智能穿戴设备示意图。如图5所示，智能穿戴设备500包括显示屏510、如图1所示的气压检测装置520和控制开关530。控制开关530用于控制气压检测装置520的开/关；气压检测装置520打开时，中央处理模块的输入/输出接口输出高电平，打开电源开关Q1和Q2；气压检测装置关闭时，中央处理模块的输入/输出接口输出低电平，关闭电源开关Q1和Q2，若该气压检测装置一直处于打开的状态，增加智能穿戴设备的功耗，增加控制开关可以有效降低智能穿戴设备的功耗。
在本发明的一个实施例中，智能穿戴设备500为运动手环。
针对图4或图5所示的设备，通常情况下，在用户佩戴该设备时，用户体表温度和周围环境的温度有一定差异，气压检测受到用户体表温度的影响较大，为了可以排除体表温度对气压检测的影响，可以将气压检测装置中的正温度系数热敏电阻R2和负温度系数热敏电阻R3置于离整个设备外表面很近的位置，检测到用户体表的温度。以校正检测的气压值。
需要说明的是，图3所示的方法和图4-图5所示的设备的各实施例与图1-图2所示的装置的各实施例对应相同，上文已有详细说明，在此不再赘述。
综上所述，本发明利用气压检测模块检测周围环境的气压，同时利用温度检测模块检测周围环境的温度，然后根据周围环境的温度校正气压值，并将校正后的气压值输出。可见，本发明增加温度检测模块，不仅可以及时得到周围环境的温度，同时辅助气压检测模块进行精确的气压检测，校正后的气压值在一定程度上排除了温度因素的影响，更加精确地辅助用户了解运动状态和周围环境，能够适应各种运动场景，利于增强用户体验。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气压检测装置，其特征在于，所述气压检测装置应用于智能穿戴设备，包括：温度检测模块，气压检测模块，中央处理模块；
所述温度检测模块，用于获取模拟环境温度的电压信号发送给所述中央处理模块；
所述气压检测模块，用于检测环境气压，并将气压值发送给所述中央处理模块；
所述中央处理模块，用于控制所述温度检测模块和所述气压检测模块同时采集数据，并将接收到的模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值并输出，以及根据所述温度值校正接收到的所述气压值，并将校正后的气压值输出；
所述温度检测模块包括：第一下拉电阻、第一电源开关、第二正温度系数热敏电阻、第三负温度系数热敏电阻；
所述第一下拉电阻的第一端接地，第二端与所述中央处理模块的输入/输出接口以及所述第一电源开关的栅极连接；所述第二正温度系数热敏电阻的第一端连接所述第一电源开关的漏极，第二端连接***电源；所述第三负温度系数热敏电阻的第一端连接所述第一电源开关的源极，第二端接地；所述第一电源开关的源极连接所述中央处理模块的温度检测接口；
所述第二正温度系数热敏电阻和所述第三负温度系数热敏电阻置于所述智能穿戴设备的外表面附近位置，以检测到佩戴所述智能穿戴设备的用户的体表温度。
2.如权利要求1所述的气压检测装置，其特征在于，所述第一电源开关为增强型NMOS管。
3.如权利要求1所述的气压检测装置，其特征在于，所述气压检测模块包括第四下拉电阻、第二电源开关、第一去耦电容、气压计；其中，所述第二电源开关为增强型NMOS管；
所述第四下拉电阻的第一端接地，第二端与所述中央处理模块的输入/输出接口以及所述第二电源开关的栅极连接；所述第二电源开关的漏极连接***电源，所述第二电源开关的源极分别连接所述气压计的供电接口、内核供电接口、片选接口以及所述去耦电容的第一端，所述去耦电容的第二端接地，所述气压计的数据信号接口和时钟信号接口分别连接所述中央处理模块的数据信号接口和时钟信号接口。
4.一种气压检测方法，其特征在于，所述气压检测方法由智能穿戴设备执行，包括：
检测环境气压，获取环境气压值；
同时获取模拟环境温度的电压信号；
将模拟环境温度的电压信号转换为对应的温度值，根据所述温度值校正所述气压值，并将校正后的气压值输出；
所述温度检测模块包括：第一下拉电阻、第一电源开关、第二正温度系数热敏电阻、第三负温度系数热敏电阻；
所述第一下拉电阻的第一端接地，第二端与所述中央处理模块的输入/输出接口以及所述第一电源开关的栅极连接；所述第二正温度系数热敏电阻的第一端连接所述第一电源开关的漏极，第二端连接***电源；所述第三负温度系数热敏电阻的第一端连接所述第一电源开关的源极，第二端接地；所述第一电源开关的源极连接所述中央处理模块的温度检测接口；
所述第二正温度系数热敏电阻和所述第三负温度系数热敏电阻置于所述智能穿戴设备的外表面附近位置，以检测到佩戴所述智能穿戴设备的用户的体表温度；
所述气压检测方法由权利要求1-3任一项所述的气压检测装置执行。
5.如权利要求4所述的气压检测方法，其特征在于，所述第一电源开关为增强型NMOS管。
6.如权利要求4所述的气压检测方法，其特征在于，所述检测环境气压，获取环境气压值包括：
设置第四下拉电阻、第二电源开关、第一去耦电容、气压计；其中，所述第二电源开关为增强型NMOS管；
将所述第四下拉电阻的第一端接地，第二端与中央处理模块的输入/输出接口以及所述第二电源开关的栅极连接；将所述第二电源开关的漏极连接***电源，将所述第二电源的源极分别连接所述气压计的供电接口、内核供电接口、片选接口以及所述去耦电容的第一端，将所述去耦电容的第二端接地，将所述气压计的数据信号接口和时钟信号接口分别连接所述中央处理模块的数据信号接口和时钟信号接口；
在所述第二电源开关开启后，通过所述中央处理模块的数据信号接口获取所述环境气压值。
7.如权利要求4所述的气压检测方法，其特征在于，所述根据所述温度值校正所述气压值的校正公式为：P＝DP+kDT；其中，P表示所述校正后的气压值，DP表示所述环境气压值，DT表示模拟环境温度的温度值，k表示温度系数，所述温度系数通过数据统计得到。
8.一种智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括显示屏和如权利要求1-3任一项所述的气压检测装置，所述气压检测装置输出的环境温度的温度值和校正后的气压值在所述显示屏上显示。
9.如权利要求8所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备还包括控制开关，用于控制所述气压检测装置的开/关；
所述气压检测装置打开时，所述中央处理模块的输入/输出接口输出高电平；所述气压检测装置关闭时，所述中央处理模块的输入/输出接口输出低电平。
10.如权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备为运动手环。
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