一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，包括壓力傳感器和計(jì)步器本體，所述的壓力傳感器安裝在鞋底，所述的計(jì)步器本體包括單片機(jī)、液晶顯示屏、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的單片機(jī)分別連接液晶顯示器、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的壓力傳感器通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接，所述的壓力傳感器內(nèi)嵌設(shè)有熱敏電阻，該熱敏電阻通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接；單片機(jī)根據(jù)接收到的壓力和溫度的電壓信號(hào)及事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)采用計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過液晶顯示器進(jìn)行顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)小巧、計(jì)數(shù)精準(zhǔn)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)步器，尤其是涉及一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器。
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)步器越來越受到專業(yè)或業(yè)余的健康追求者的青睞，用來監(jiān)視和評(píng)價(jià)鍛煉里程的輔助工具。使用計(jì)步器，人們能夠測量和記錄多個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)，例如:步數(shù)、行走距離和燃燒的卡路里等。這些參數(shù)對(duì)確定特定的健康計(jì)劃的效果和效率是有益的。此外，計(jì)步器可通過向人們提供一種跟蹤其日常身體活動(dòng)程度并相應(yīng)地建立越來越高的活動(dòng)程度目標(biāo)的誘導(dǎo)性設(shè)備。在許多情況下，計(jì)步器的使用已促使人們大量提高其身體的活動(dòng)程度，有效的預(yù)防現(xiàn)代人的肥胖和心血管疾病。
[0003]早期的計(jì)步器通常用擺錘原理作為計(jì)步技術(shù)，是一種應(yīng)用擺錘檢測身體運(yùn)動(dòng)再將該運(yùn)動(dòng)化為步數(shù)的機(jī)械設(shè)備。人們將該機(jī)械計(jì)步器基本沿垂直地面地佩戴在皮帶上。當(dāng)人們行走時(shí)，其臀部將擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)引入計(jì)步器中，進(jìn)而造成受力的擺錘在計(jì)步器殼里運(yùn)動(dòng)。另夕卜，擺錘作用的計(jì)步器對(duì)正常的垂直校準(zhǔn)很敏感并經(jīng)常需要對(duì)使用者的步態(tài)/步幅作機(jī)械調(diào)整以精確的記錄步子并將步數(shù)轉(zhuǎn)化為距離值。后來發(fā)展到用電子感應(yīng)和加速計(jì)技術(shù)，這兩種技術(shù)和之前的擺錘技術(shù)相比更準(zhǔn)確，更為重要的是，不必像之前那樣，計(jì)步器的佩戴需要和垂直于地面且一般只能戴于皮帶上，因靠感應(yīng)身體的震動(dòng)而計(jì)步，可以更多方向的佩戴，特別是加速計(jì)，更是可以360度全方向運(yùn)作。盡管這種類型的計(jì)步器是有益的，并在高頻率計(jì)步時(shí)可能比基于擺錘和基于開關(guān)的計(jì)步器更為精確，然而在低速運(yùn)動(dòng)過程中可能產(chǎn)生假步和錯(cuò)誤距離。另外，在使用加速度計(jì)不正確的軸向校準(zhǔn)可能會(huì)不利地影響這些計(jì)步器的精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)小巧、計(jì)數(shù)精準(zhǔn)、性能穩(wěn)定的內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，包括壓力傳感器和計(jì)步器本體，所述的壓力傳感器安裝在鞋底，所述的計(jì)步器本體包括單片機(jī)、液晶顯示屏、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的單片機(jī)分別連接液晶顯示器、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的壓力傳感器通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接，所述的壓力傳感器內(nèi)嵌設(shè)有熱敏電阻，該熱敏電阻通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接;
[0007]壓力傳感器將壓力和溫度的電壓信號(hào)輸入信號(hào)放大及AD處理電路，通過信號(hào)放大及AD處理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的壓力和溫度的電壓信號(hào)及事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過液晶顯示器進(jìn)行顯示。
[0008]所述的事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)包括使用者身高、體重、平均步幅以及所想要進(jìn)行的步行或跑步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段。
[0009]計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)步數(shù)據(jù)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法具體為:
[0010]通過標(biāo)定壓力獲取不同溫度點(diǎn)下壓力信號(hào)作為訓(xùn)練樣本，通過訓(xùn)練樣本完成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的修正；
[0011]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)步數(shù)據(jù)計(jì)算方法具體為:
[0012]通過放大、A/D轉(zhuǎn)換將壓力傳感器采集的壓力和溫度的電壓信號(hào)作為訓(xùn)練后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，訓(xùn)練后BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為壓力值。
[0013]所述的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括步行或跑步步數(shù)、距離及期間所燃燒的卡路里。
[0014]當(dāng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的壓力值大于設(shè)定值時(shí)，步數(shù)加1 ;
[0015]距離1的計(jì)算公式為:1 = nXe，其中，η為步數(shù)，e為平均步幅；
[0016]期間所燃燒的卡路里的計(jì)算公式為:
[0017]K=0.43 X h+0.57 X n+0.26 X v+0.92 X t-108.44
[0018]式中，K為所燃燒的卡路里，h為身高，m為體重，v為步頻，v=n/t, t為時(shí)間。
[0019]所述的液晶顯示器為點(diǎn)陣字符液晶顯示器。
[0020]所述的單片機(jī)還連接有開始/停止按鍵和功能鍵。
[0021]所述的功能鍵包括模式選擇鍵、加一鍵、減一鍵和計(jì)步模式直接切換鍵。
[0022]所述的模式選擇鍵可選擇的模式包括正常顯示模式、時(shí)間調(diào)整模式、參數(shù)輸入模式和計(jì)步能耗模式。
[0023]所述的壓力傳感器為壓電薄膜傳感器。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1)本發(fā)明壓力傳感器內(nèi)置有熱敏電阻，對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)壓力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器的非線性映射，達(dá)到了精準(zhǔn)的計(jì)步效果;
[0026]2)本發(fā)明計(jì)步器結(jié)構(gòu)極其緊湊，具有易于操作的功能控制元件，并且體積小，抗震性能、防水防濕性能好，價(jià)格低；
[0027]3)本發(fā)明的單片機(jī)可利用使用者的身高、體重、平均步幅以及所想要進(jìn)行的步行和跑步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段等數(shù)據(jù)，精確連續(xù)地計(jì)算和顯示個(gè)人在步行和跑步的距離和期間所燃燒的卡路里；
[0028]4)本發(fā)明液晶顯示器采用點(diǎn)陣字符液晶顯示器，可以顯示數(shù)字和西文字符，具有體積小、能耗低、顯示方便、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)；
[0029]5)本發(fā)明壓力測量傳感器安裝在鞋底，采用壓電薄膜傳感器，它具有柔性好、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，能夠滿足足底壓力檢測的要求；
[0030]6)通過本發(fā)明可提醒使用者對(duì)自身日常行走運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知，有利于身體健康，是預(yù)防糖尿病、高血脂等慢性疾病的重要手段，同時(shí)也是診斷病態(tài)步伐和評(píng)估康復(fù)儀器以及輔助步行裝置性能的重要手段，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖2為本發(fā)明單片機(jī)的相關(guān)電路不意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明壓力傳感信號(hào)傳輸流程示意圖；
圖4為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0035]如圖1所示，一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，包括壓力傳感器3和計(jì)步器本體，所述的壓力傳感器安裝在鞋底，所述的計(jì)步器本體包括單片機(jī)1、液晶顯示屏2、信號(hào)放大及AD處理電路4、晶振復(fù)位電路5、蜂鳴器6和電源7，所述的單片機(jī)1分別連接液晶顯示器2、信號(hào)放大及AD處理電路4、晶振復(fù)位電路5、蜂鳴器6和電源7，所述的壓力傳感器3通過信號(hào)放大及AD處理電路4與單片機(jī)1連接，所述的壓力傳感器3內(nèi)嵌設(shè)有熱敏電阻，該熱敏電阻通過信號(hào)放大及AD處理電路4與單片機(jī)1連接。
[0036]上述計(jì)步器可以給運(yùn)動(dòng)者計(jì)算和顯示重要的數(shù)據(jù)，以在步行或跑步訓(xùn)練期間進(jìn)行觀察。對(duì)于一段所希望的時(shí)間段，該計(jì)步器利用使用者的身高、體重、平均步幅以及所想要進(jìn)行的步行和跑步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段這些輸入的數(shù)據(jù)，可以精確連續(xù)地計(jì)算和顯示個(gè)人在步行和跑步的距離和期間所燃燒的卡路里，同時(shí)具有所述給定時(shí)間內(nèi)的已用時(shí)間和10000步提示功能。
[0037]如圖2所示，本實(shí)施例計(jì)步器采用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)為系統(tǒng)核心，完成計(jì)步、活動(dòng)量的計(jì)算、聲音提醒、參數(shù)輸入以及液晶顯示等。壓力傳感器將壓力和溫度的電壓信號(hào)輸入信號(hào)放大及AD處理電路，通過信號(hào)放大及AD處理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的壓力和溫度的電壓信號(hào)及事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)(包括使用者身高、體重、平均步幅以及所想要進(jìn)行的步行或跑步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段)計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括步行或跑步步數(shù)、距離及期間所燃燒的卡路里等，并通過液晶顯示器進(jìn)行顯示。
[0038]所述的單片機(jī)1還連接有開始/停止按鍵9和功能鍵8。所述的功能鍵包括模式選擇鍵S2、加一鍵S3、減一鍵S4和計(jì)步模式直接切換鍵S5。所述的模式選擇鍵S2可選擇的模式包括正常顯示模式、時(shí)間調(diào)整模式、參數(shù)輸入模式和計(jì)步能耗模式。
[0039]所述的液晶顯示器2為點(diǎn)陣字符液晶顯示器。本實(shí)施例中選用1602系列液晶點(diǎn)陣字符模塊，每行可以顯示16個(gè)字符，共2行。它是由點(diǎn)陣字符液晶顯示器和專用的行、列驅(qū)動(dòng)器、控制器及必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成的液晶顯示模塊，可以顯示數(shù)字和西文字符。具有體積小、能耗低、顯示方便、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。
[0040]由于壓力傳感器3安裝在鞋底，在性能和外形上還有一定的特殊要求，須滿足復(fù)性好、性能穩(wěn)定、輕便小巧、不妨礙人的步行等要求。本實(shí)施例選用壓電薄膜傳感器，它具有柔性好、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，能夠滿足足底壓力檢測的要求。
[0041]壓力傳感信號(hào)傳輸流程示意圖如圖3所示，氣壓或液壓作用在前端壓力傳感器上，壓力傳感器將壓力和溫度的電壓信號(hào)輸入到放大器，通過放大器信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，采用BP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理后輸出數(shù)據(jù)。
[0042]BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，它分為輸入層、隱含層和輸出層三層，一把來說輸入層輸出層使用一層，而隱含層可以擴(kuò)展，層與層之間多是采用全互連方式的，同一層單元之間不存在相互的連接。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用數(shù)據(jù)的訓(xùn)練是由信息的正向傳播和誤差的反向傳播動(dòng)態(tài)組成的，在正向傳播的輸入模式是從輸入層經(jīng)隱含層逐層處理并傳向輸出層，如果輸出層和期望目標(biāo)值進(jìn)行比較沒有得到期望的誤差，則將誤差信號(hào)沿原來的通路返回并修改各層的權(quán)值轉(zhuǎn)為反相傳播，然后在逐次運(yùn)算，直到誤差最小，最終達(dá)到期望的目標(biāo)值。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0043]在圖4中，P為輸入向量，R為輸入維數(shù)，S1為輸入各個(gè)神經(jīng)元個(gè)數(shù)，Ψ神經(jīng)元層數(shù)，η1為輸入節(jié)點(diǎn)，a1為節(jié)點(diǎn)輸出，為各個(gè)神經(jīng)元連接權(quán)值，f1為激勵(lì)函數(shù)，h1為神經(jīng)元閾值。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征，BP網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算關(guān)系式如下:
[0044]每個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出如式⑴:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，包括壓力傳感器和計(jì)步器本體，所述的壓力傳感器安裝在鞋底，所述的計(jì)步器本體包括單片機(jī)、液晶顯示屏、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的單片機(jī)分別連接液晶顯示器、信號(hào)放大及AD處理電路、晶振復(fù)位電路、蜂鳴器和電源，所述的壓力傳感器通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接，其特征在于，所述的壓力傳感器內(nèi)嵌設(shè)有熱敏電阻，該熱敏電阻通過信號(hào)放大及AD處理電路與單片機(jī)連接；壓力傳感器將壓力和溫度的電壓信號(hào)輸入信號(hào)放大及AD處理電路，通過信號(hào)放大及AD處理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的壓力和溫度的電壓信號(hào)及事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過液晶顯示器進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的事先存儲(chǔ)的輸入?yún)?shù)包括使用者身高、體重、平均步幅以及所想要進(jìn)行的步行或跑步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)步數(shù)據(jù)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法具體為:通過標(biāo)定壓力獲取不同溫度點(diǎn)下壓力信號(hào)作為訓(xùn)練樣本，通過訓(xùn)練樣本完成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的修正；基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)步數(shù)據(jù)計(jì)算方法具體為:通過放大、A/D轉(zhuǎn)換將壓力傳感器采集的壓力和溫度的電壓信號(hào)作為訓(xùn)練后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，訓(xùn)練后BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為壓力值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括步行或跑步步數(shù)、距離及期間所燃燒的卡路里。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，當(dāng)BP利經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的壓力值大于設(shè)定值時(shí)，步數(shù)加1 ;距離1的計(jì)算公式為:1 = nXe,其中，η為步數(shù)，e為平均步幅；期間所燃燒的卡路里的計(jì)算公式為:K=0.43Xh+0.57Xm+0.26Xv+0.92Xt_108.44式中，K為所燃燒的卡路里，h為身高,m為體重，v為步頻，v=n/t, t為時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的液晶顯示器為點(diǎn)陣字符液晶顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的單片機(jī)還連接有開始/停止按鍵和功能鍵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的功能鍵包括模式選擇鍵、加一鍵、減一鍵和計(jì)步模式直接切換鍵。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的模式選擇鍵可選擇的模式包括正常顯示模式、時(shí)間調(diào)整模式、參數(shù)輸入模式和計(jì)步能耗模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌式多功能計(jì)步器，其特征在于，所述的壓力傳感器為壓電薄膜傳感器。
【文檔編號(hào)】G01C22/00GK103674052SQ201310586780
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】江友華, 黃志敏, 葉尚興, 付澤勛, 孔祥啟 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院