CN1329713A - 计步器 - Google Patents

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CN1329713A
CN1329713A CN99814020.1A CN99814020A CN1329713A CN 1329713 A CN1329713 A CN 1329713A CN 99814020 A CN99814020 A CN 99814020A CN 1329713 A CN1329713 A CN 1329713A
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内森·派尔斯
乔尔·M·麦克特
陈穗荣
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NORMO Inc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G01C22/006—Pedometers

Abstract

一种计步器,通过基于相对跨步速率计算实际步长来改善精度。计步器包括腰部或腿部安装的步数计数器,用于传送数据到腕部安装的显示单元的发送器,以及用于计算必须的基本数值及实际跨步速率和长度的数据处理器。计步器也可以与心脏监控装置相互作用。

Description

计步器
本发明一般涉及计步器，其具有腰部安装的步数计数器和发送器，以及腕部安装的接收器和显示器。本发明也涉及一种距离计算装置，其基于将基本步长和基本跨步速率转换为用于计算行走距离的实际步长的算法计算出行走或跑动的距离。
计步器是公知的，其包括用于判定个人运动的距离的装置或算法。例如，美国专利4,371,945公开了一种电子计步器，其通过电子测量用户所作的每一跨步的长度来计算距离。步长通过绑在一条腿上的超声波模块产生的超声波和戴在另一条腿上的超声波探测器来测量。一程序来补偿各种测量误差，并且在由VHF电波从腿部传送到腕部后在腕部安装的显示器上显示结果。
美国专利4,771,394公开了一种带有鞋跟安装的电子装置的电脑鞋，该电子装置具有惯性脚部冲击计数器、计时器、发声装置、电池和用于计算时间和脚部冲击以计算作为跨步时间函数的距离和运动时间的门阵列。虽然认识到了步长和跨步速度的重要关系，但在这个专利中的鞋需要来自至少15项测试跑或走的数据，并且该数据必须由用户以通过预定距离的脚部冲击和消耗的时间成对地输入。此外，用户必须对时间进行调整以适应开始和停止的次数，并且所计算的脚部冲击数被增加1％以克服惯性跨步计数器的固有误差。鞋上安装的装置易于被冲击、污染物或水损坏，还需要与其对接的室内计算机。未公开将数据传送到腕部安装的显示装置或是给用户提供实时数据的搭载计算装置的装置。
美国专利4,855,942公开了一种计步器以及热量测量装置，其包括腕部安装的步数计数器以及固定的步长以计算所运动的距离。腕部安装的步数计数器已公知为不准确，是由于他们将臂的每次运动假设为一步。即使具有误差校验，这种装置提供的精度比腿或腰部安装的步数计数器的差。此外，固定的步长未对随着运动速度步长变化的事实加以考虑。
美国专利5,117,444公开一种计步器和带有两种标定模式的标定方法。首先，用户运动过一预定的“半段距离”，用于这种装置计算并存储在该距离内的跨步数量。其次，用户运动第二段距离，步数计数器将实际步数与内存中的步数对比，并且将目前的行程存储值增大整个单位距离的十分之一。在步长和跨步速率之间没有相关，其需要在与跑不同的行走时用户重新标定该装置。
美国专利5,475,725公开了具有计步器功能的脉冲计数器，以断定用户的步调和脉冲速率。计数器利用脉冲波形基本数据与实际脉冲波形数据比较。
美国专利5,476,427公开了一种步调显示装置，其利用在连续试验中对于运动过预设的距离的基本速率。该装置计算步数以及速率，并且将实际步数与对用户显示的数据相比较，用于将目前的跑动速率与先前的速率相比较。
从而，需要一种简单，但高精度的计步器，其在容易读取的腕部安装装置上显示运动距离、步调、速度、心率以及其他重要信息。
本发明通过提供一种装置来克服了现有技术中的问题和缺点，该装置包括腰部、胸部或腿部安装的跨步计数装置、发送器和提供高精度的运动距离和其他信息的腕部安装的接收器/显示装置。该装置包括存储来自预定距离运动的基本步长和速率数据并将其与实际跨步速率数据相比较以计算出实际运动的距离、速度和步调的计算机。本发明认识到了步长和跨步速率互相依赖的关系，并利用该关系提供更佳的距离计算精度。
本发明也提出了改善在腕部安装的显示器上显示相关数据，该显示器接收来自戴在身体其他部分，如腿部、腰部和胸部的装置的数字信号。可以传送编码信号的发送器是理想的，是由于他们不会与附近的其他用户所配戴的类似装置相干扰。
本装置的精度可以利用两个不同的发明来改善。两个方法都利用了基于实际跨步速率调整步长的算法。这两个方法被公知为移位曲线(shiftingcurve)法和专门曲线(unique curve)法。移位曲线法利用单一算法，该算法被调整以匹配个人的跑步或行走特征。这个算法被定义为：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率－基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N为平均值或从多个样本中推导的值。
这个方法也包括用于计算实际步长的变型方法，其包括的步骤为：计算第一次用户跑预定距离的时间；计算在用户第一次跑动中的总的步数；将第一次跑动的距离被步数除以得到基本步长；将步数被第一次跑动的时间除以得到基本跨步速率；在用户的第二次跑中计算步数以获得实际跨步速率；利用公式计算实际步长：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率－基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N为平均值或从多个样本中推导的值。
平均值的变化可以由基本跨步速率与实际跨步速率比较以确定差值的百分比来改善；且当实际跨步速率≤基本跨步速率×1.02时用N＝1，而当实际跨步速率＞基本跨步速率×1.02时用N＝3。一个实施例利用跑过已知距离的多个样本以推导出对于每个人的精确的N值。
优选的方法被称为专门曲线方法，其对于每个人产生一专门或定制曲线，反映跨步速率和步长之间在两个或多个采样点的独特的关系，以及在各点之间、之上或之下的变化率，以获得对应递增的跨步速率的精确的步长。
本方法通过以下步骤可以用于只对于行走的本发明中：两次已知距离的行走，但是以显著不同的步调—一次相对慢而另一次相对块。在该已知距离上由计步器记得的步数然后可以用于计算两次行走的每秒步率，通过两个速率的内插和外插产生曲线或表，以获得对于该用户所行走的任一合理速率的步长。这个步长然后可以用于计算由本发明计步器的用户所行走的高精度的距离。
当只用于跑步，或用于跑和走二者时，用于计算步长的专门曲线法与上面的行走的方法类似，除了要以各种速率在一段固定的距离上进行总共五次走和跑。获得的这五次每秒步速率用于产生通过在五次速率和步长之间内插和外插导出的曲线。该曲线(或表)可以在随后的旅途中使用以求出对于给定运动速率的非常精确的步长。该曲线对于每个用户是单一的，并且以这种方式，可以从给定的运动速率中计算出非常精确的步长，以计算所运动的距离，精确的速度、最佳的心率、在给定心率下的最佳锻炼时间等。
图1是根据本发明的计步器的示意图。
如图1所示，本发明目的在于一种改进的计步器20，其包括：腰、胸或腿上安装的步数计数器24、以及腕或腰上安装的显示单元26。可以包括一可选的胸部安装的心脏监视器28。所有这些装置的元件安装在适宜的壳体内。计步器20包括一数据处理器30，其安装在与步数计数器24或显示单元26相同的壳体内。
步数计数器24为一惯性装置或任何诸如压电装置的适宜装置，其计算用户迈步的数量。迈步的数量直接或经由一发送器34传输到数据库32中。数据库32与步数计数器24或显示单元26装在一起。
发送器34安装在步数计数器壳体内，并优选地是30英寸到36英寸传输范围内的Rf遥测信号发送器。另外，发送器可以为具有编码功能的无线或有线数字发送器，以限制或消除其他类似装置的干扰。无线传输范围设定在30英寸到36英寸之间以提供足够的范围来从用户的腰部向腕部传输信号，而并非过于远而引起与附近的其他Rf或数字装置干扰。
发送器34将原始数据或计算出的距离、步调等传输到腕部安装的显示单元接收器40。接收器40将原始数据信号转发至数据处理器30，或将计算出的数据信号直接传送到如LCD或LED的显示板42。
类似地，心率监视器28包括传输心率数据到显示单元26的发送器44。心脏监视器发送器44可以以与步数计数器24相同或不同的频率传输，且传输到显示单元26内相同或不同的接收器。心率发送器22优选地为Rf，但可以由于上述的原因为数字的。心率发送器44的范围也应在30英寸和36英寸之间，以确保与接收器的有效传输，并同时限制外界干扰。
数据处理器30也可以包括可编程逻辑控制器，个人电脑，可编程只读存储器或其他适宜的处理器。数据处理器30包括数据库32，以存放在用于计算实际距离、速度和心率算法中使用的步长和步调的历史数据，以用于数据实时转化成对用户有用的信息。
数据处理器30也可以包括闭环或模糊逻辑程序以连续或间歇地用最近计算出的跨步速率和长度代替基本跨步速率和长度，以使长期调整趋势被存放在基本跨步数据库内。合并入趋势的能力可以进一步增强距离和步调计算的准确性。
显示单元26也可以包括诸如键盘、按钮、旋钮等的操作者接口46，其使用户可以开始或停止时钟48(或跑表)并触发在计步器内的各种使用模式，如采样模式和工作模式。这些元件中任一个可以为声音触发的。
供计步器20使用的移位曲线方法要求用户操纵“采样模式”并开始走或跑一段预定的距离，如一英里或1600米，优选地是在已知尺寸的跑道上进行。在完成这段距离时，按下操作者接口46上的停止按钮。数据处理器30被编程为用计得的跨步数去除这个距离而计算出平均步长。这个值被存储在数据库32内作为基本步长。
同样，数据处理器30被编程为用由时钟48测得的跑或走的时间去除跨步数以得到基本跨步速率。
数据处理器30优选地包括在采样模式期间询问用户跑的距离的程序。在采样模式中，通过提供各选项或能够使用任意距离，计步器20为各种身体条件的用户使用或为使用不同已知距离的路线提供了最大的灵活性。从而，可以要求用户输入在采样模式中使用的距离，并然后给出一列选项，如400米、440码、1600米或1英里，或单纯要求输入在采样模式期间用户将行走的已知的任一距离。
本发明完全利用了较快行走速率和较长步长之间的关系。换句话说，用户移动得越快，步长越长。在跑或走的轨迹中，用户的跨步速率，或由此的步长将改变并且在快速移动时将走过更多地面，而在缓慢移动时将走过较少地面。
明显地，在计算运行的距离中使用固定的平均步长会导致使用现有计步器的误差。尤其为事实的是如果用户改变步调，或改善状况或速度而达到在给定跑步上的步长显著增加的点。在现有装置中的误差补偿器不能对于步调的变化而调整。用这种老式装置，用户需要定期重新标定，以近似获得准确的读数，并在锻炼期间不能改变步调以不会降低准确性。
一些装置可以对于行走和跑动提供不同的设定，但是没有一种方法用于对跨步速率的逐渐变化自动调整，而后者将引入错误的步长数据，随着时间或距离的过去误差将显著地积累到达到失效的大小。
为了进行校淮，用户触发“用户模式”，其中数据处理器30基于来自步数计数器24和时钟48计算实际跨步速率。例如，除了触发“用户模式”外不需用户作其他事情，就可以每5秒钟计算出实际跨步速率，同时所有的计算由数据处理器自动完成。然后，在实际跨步速率和基本跨步速率之间的变化百分比由数据处理器30计算出以决定实际的步长。同样，如果实际跨步速率比基本跨步速率大，那么实际步长也长于基本步长。如果实际的每秒步数低于基本每秒步数，那么实际的步长就比基本步长短。以下的算法提供了一种用于比较实际和基本跨步速率的方法，以获得准确的实际步长。
首先，在实际跨步速率和基本跨步速率之间进行比较以决定实际跨步速率是否小于或等于基本跨步速率乘以1.02。步长由以下计算：
实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率－基本跨步速率)N)/基本跨步速率)
式中：当实际跨步速率小于或等于基本跨步速率乘以1.02时，N＝1，而当实际跨步速率大于基本跨步速率乘以1.02时，N＝3，虽然在1到3之间的其他N值也可使用。
上述算法对于诸如行走或缓步的从脚跟到脚趾的动作较准确，而对于疾跑(只有脚趾)不准确。
计算实际步长的移位曲线方法的第三种变型利用不同步调的三个不同的走或跑样本。这是移位曲线方法的最准确的变型。利用这个变型，对每个人的N值是唯一的。通过推导出对于每个人的N值，这个值更准确地反映了步长随步调变化的实际变化。在适当的热身后，用户在跑道上以正常步调完成采样跑或走。这个第一样本S1将建立基本步长和基本每秒步数。
S1样本：
S1步长＝基本步长＝距离/步数
S1每秒步数或S1每秒步数＝基本每秒步数＝每秒步数
以正常步调跑或走完第一段后，用户以较快的跑或走步调，但不是疾跑的步调跑或走过相同轨迹且相同距离。用户不应以脚趾跑动，而维持正常的脚跟到脚趾的缓步形式。这就是S2样本。S2样本的目的是计算对于每个人的N2值，该值反映了每秒步数的增加对这个人的步长的影响。由于每秒步数的增加，一些个人的步数比其他人的长，且通过求出N2的值，这个相对增加可被量化以适用于更精确并对每个人定制的算法。
S2样本：
为了求出在实际每秒步数＞基本每秒步数时算法所用的N2值
N2＝((S2步长×S1每秒步数)－(S1步长×S1每秒步数))/(S1步长(S2每秒步数－S1每秒步数))
由于距离是已知的，则可以求出这个值，且快速步长(S2步长)和快速每秒步数(S2每秒步数)可以从第二样本中算出。
完成快速跑或走之后，用户以比正常跑或走慢的步调跑过相同的轨迹和相同的距离。这个步调不能超过第一样本步调。其为S3样本。S3样本的目的是计算对于每个人的N3值，该值反映了每秒步数的减小对每个人步长的影响。随每秒步数的减小，一些个人的步数将比其他人缩短很多，并且通过求出N3值，这个相对减小可被量化以适用于更淮确并对每个人定制的算法。
S3样本：
为了求出在实际每秒步数＜基本每秒步数时算法所用的N3值
N3＝((S3步长×S1每秒步数)－(S1步长×S1每秒步数))/(S1步长(S2每秒步数－S1每秒步数))
由于距离是已知的，这个值可以算出，并且慢速步长(S3步长)和慢速每秒步数(S3每秒步数)可以从第三样本中算出。
一旦完成了三次采样且信息自动计算并存储在数据处理器30中，那么以下的公式就可用于速度和距离的最准确的测量。
如果：实际每秒步数小于或等于基本每秒步数
那么：步长＝基本步长＋基本步长×(((实际每秒步数－基本每秒步数)N)/基本每秒步数)
且N＝N3(被存储的数据)
如果实际每秒步数＞基本每秒步数
那么：步长＝基本步长＋基本步长×(((实际每秒步数－基本每秒步数)N)/基本每秒步数)
且N＝N2(存储的数据)
用于计算步长，以及由其产生的距离、速度和步调的第三种变型是比固定步长计步器更准确的方法。这个装置和方法同时也实用、方便且具有较低的制造成本。如果随着培训和锻炼，个人的跑步或行走样式有所提高(如所见的显著提高多倍)，那么每3到6个月通过重复三次采样来重新标定他们的装置的对于他们来说是有益的。如果过一段时间后没有显著提高，则不需重新标定。
应指出，上述的任一单独的步长或步调实际上可以为来自测试跑的多个步长或步调的平均值，以进一步改进实际步长值计算的精度。
第四标定工作阶段可以加入到上述的公式中，但是另一方法可以提供更加准确的计算和结果。如上所述，步长取决于步行者或跑步者所采取的每秒跨步数，而相对每秒步数的步长变化程度根据不同的个人而变化。
本发明也使用了专门曲线方法。当用于行走时只包括以下步骤：进行两次已知距离但以显著不同步调的行走，一次相对慢而另一次相对快。在已知距离上由计数器计算的步数可以与每次行走时间结合以计算每次行走的每秒步数。然后这些速率可以用于通过内插和外插两个速率来生成曲线或表以获得对于任一个用户行走的合理速率的步长。而这个步长可以用于计算由本发明的计步器的用户所行走的高度精确的距离。
当只用于跑步时，用于计算步长的方法除了在跑步中要获取的点外与上述行走方法类似，并且优选地是达到三次跑动。当用于行走和跑步二者时，除了在行走和跑步中应获得的点外方法是相同的，且优选地是完成两次行走及三次跑动。利用后者的方法，在一固定的距离上以变化的速率总共要进行五次行走或跑动。获得的五个每秒跨步速率用于通过在五个速率和步长之间内插和/或外插生成曲线。该曲线(或表)可用于随后的旅途中以对应给定的跨步速率求出非常准确的步长。曲线对于每个用户是唯一的，并且以这种方式可以从给定跨步速率中算出准确的步长以计算行进的距离、最佳的心率、以及在给定心率下的最佳锻炼时间等。
从而，利用这种标定的专门曲线方法，对特定的个人可以生成一曲线。选择第一可选的标定对于只将计步器用于行走的个人是优选的，这只需要两次标定行走，一次为正常速度，而另一次为快速。
在优选实施例中，理想的是在显示屏的上排显示标定选项以及选择码，而在显示屏的下排显示采样步调的说明。适宜的LCD显示屏可以传送必须的信息以指导用户如何进行标定行走或跑动。
在选择了标定选项以及路线后，用户淮备开始为此选项的两次标定行走。此时，LCD显示器将显示“行走”。
随后是以下步骤：
1.按下模式按钮以选择正确的标定工作阶段距离后，显示器将显示用户现在必须以他们的普通的行走步调完成第一段；
2.当按下开始按钮，“行走”这个词将不再显示，而是显示目前的标定值；
3.当按下停止按钮，显示器将显示标定结果5秒钟，5秒后这个结果将消失，而显示器将指导用户现在以他或她的最快行走步调完成第二段。这段应尽可能快地完成，而不要中断而成为跑步。“快速行走”将显示在显示器上；
4.当按下开始按钮后，快速行走这个词将消失，而将显示目前的标定值；
5.当按下停止按钮，显示器将显示标定结果5秒钟，如果存在错误，那么以错误码将错误信息显示在显示器上。如果没有错误，那么显示器将闪烁“OK“五次，并然后自动退出标定模式而返回到跑表模式。然后计步器就准备使用了。
如果计步器用于行走和跑步二者，可随后进行以下步骤：
在选择标定选项和路线后，用户就准备开始选项(跑和走)所需的五次标定行走/跑步了。
指导1到4与正在上面的第一次的4个步骤相同。
6.当按下停止，显示器将显示标定结果五秒。五秒后，显示将变化以指导用户必须以较慢的跑动步调完成跑动。这个显示的跑动步调尽可能地慢，而不要行走。显示器上将显示“慢跑”。
7.当按下开始按钮，慢跑字样将消失，而将显示目前的标定值。
8.当按下停止按钮，显示器将显示标定结果五秒。五秒后，显示将变化以指导用户必须以常规的跑动步调完成跑动。显示器上将显示“跑”。
9.当按下开始按钮，跑的字样将消失，而将显示目前的标定值。
10.当按下停止按钮，显示器将显示标定结果五秒。五秒后，显示将变化以指导用户必须以快速的跑动步调完成跑动，跑步者应跑一段距离，在完成这项跑动前不应减慢。在标定过程中无法保持恒定的速度将产生错误。显示器上将显示“快跑”。
11.当按下开始按钮，“快跑”字样将消失，而将显示目前的标定值。
12.当按下停止按钮，显示器将显示标定结果5秒钟，如果存在错误，那么以错误码和“错误”信息将显示在显示器上。如果没有错误，那么显示器将闪烁“OK”五次，并然后自动退出标定模式而返回到跑表模式。现在计步器就准备使用了。
为了确保标定正确进行，数据处理器将进行以下的错误校验。
错误1如果T1＜T2＋20秒(400米)或+4秒(100米)或+60秒(1600米)
如果T2＜T3＋20秒(400米)或+4秒(100米)或+60秒(1600米)
如果T3＜T4＋10秒(400米)或+2秒(100米)或+15秒(1600米)
如果T4＜T5＋10秒(400米)或+2秒(100米)或+15秒(1600米)
错误2如果T1＞T2，且SPS1＞SPS2
如果T2＞T3，且SPS2＞SPS3
如果T3＞T4，且SPS3＞SPS4
如果T4＞T5，且SPS4＞SPS5
那么将读出错误2。重复标定。
错误3未保持恒定的步调。如果在标定跑步过程中，五次第二平均SPS与总的平均SPS变动超过±0.20，将读出错误3，而应重复标定。
没有错误如果没有错误，用户就可以准备使用计步器了。数据处理器将完成所有的所需计算。显示器将闪动五次“OK”，且转换回跑表模式。
一旦上述数据被采集到计步器中，利用以下步骤将其转化成有用的步长数据。
1.数据处理器将创建查询表以找到对于每秒步数率(SPS)内每0.05cm的变化的调整的步长值。
2.SPS表范围为从1.50到3.00(只对于行走)或到对于跑动的3.50。
3.在标定工作阶段完成后，数据处理器将在查询表内存储对于第一次行走或跑动(S1)和第二次行走或跑动(S2)的值。
4.数据处理器被编程以便随后进行以下计算：
a.S2步长－S1步长＝Δ步长
b.S2 SPS(每秒步数)－S1 SPS＝ΔSPS/0.05＝分段因子
c.Δ步长/分段因子＝变化率值(ROCV)
5.对于小于S1(正常行走步数)SPS的SPS每减少0.05，从每个对应的步长值中减去变化率值。
6.对于大于S1(正常行走步数)SPS的SPS每增加0.05，将每个对应的步长值加上变化率值。
样本1
    时间     步数     SPS     步长
S1行走     272     545     2.00     73.30
S2快走     210     479     2.28     83.50
    SPS     步长     变化率值
    1.50     56.30
    1.55     58.00
    1.60     59.70
    1.65     61.40
    1.70     63.10
    1.75     64.80
    1.80     66.50
    1.85     68.20
    1.90     69.90
    1.95     71.60
    S1     2.00     73.30     1.70
    2.05     75.00
    2.10     76.70
    2.15     78.40
    2.20     80.10
    2.25     81.80
    S2     2.30     83.50
    2.35     85.20
    2.40     86.90
    2.45     88.60
    2.50     90.30
    2.55     92.00
    2.60     93.70
    2.65     95.40
    2.70     97.10
    2.75     98.80
    2.80     100.50
    2.85     102.20
    2.90     103.90
    2.95     105.60
    3.00     107.30
黑体字代表S1和S2的标定值。
当计步器只用于跑步或用于行走和跑步二者时，理想的是更多的数据点。以下的示例使用了从正常行走到快跑的五个数据点。
这个选项是由将计步器只用于跑步，以及用于跑和走的人选择。每个人应完成五次相同距离的路线。这五个采样标定运动的顺序为：
1.正常行走
2.快走
3.慢跑
4.正常跑
5.快跑
通过以不同的步调五次完成相同的距离，数据处理器将在各点之间内插值计算，并利用相同的变化率对以下的(非常慢)或以上的(非常快)的任一点外插值计算。建立标定的第一部分要求用户设定厘米或英寸，以及路线长度，优选地为400米。100米的样本趋于在计算出的步长和实际步长之间产生较大的偏差。此外，1600米对于要保持恒定的步调来说距离起于过长。从而，以下的标定步骤可以用于本发明的计步器。
数据处理器将执行以下的所有所需的计算。
A.在标定工作阶段完成后，数据处理器将对应S1到S5的值存储在查询表内。
B.查询表的SPS范围为1.50到3.50。
C.创建查询表值的公式为：
i. S2步长－S1步长＝Δ步长
ii. S2 SPS(每秒步数)－S1 SPS＝ΔSPS/0.05＝分段因子
iii. Δ步长/分段因子＝变化率值(ROCV)
D.数据处理器将创建查询表以求出对应于SPS值每变化0.05的调整后的步长值。
E.在五个采样点S1到S5的每一个中重复这个公式，将有四个不同的ROCV值。
F.对于小于S1(正常行走步调)SPS的SPS每减小0.05，就从每个相应的步长值中减去变化率值ROCV1。
G.对于大于S1(正常行走步调)SPS而小于S2的SPS每减小0.05，就在每个相应的步长值上加上变化率值ROCV1。
H.对于下一个样本到S5中的每一个重复这样作。
I.大于S5，对于大于S5的SPS每增加0.05，就在每个相应的步长值上加上变化率值ROCV4。
样本2
    时间     步数     SPS     步长
    行走     237     468     1.95     85.4
    快走     189     437     2.3     91.5
    慢跑     125     350     2.8     114.2
    正常跑     102     303     3     132
    快跑     81     257     3.15     155.6
    SPS     步长     变化率
    1.50     77.67
    1.55     78.54
    1.60     79.41
    1.65     80.28
    1.70     81.15
    1.75     82.02
    1.80     82.89
    1.85     83.76
    1.90     84.63
    1.95     85.50     0.87
    2.00     86.37
    2.05     87.24
    2.10     88.11
    2.15     88.98
    2.20     89.85
    2.25     90.72
    2.30     91.50     2.25
    2.35     93.75
    2.40     96.00
    2.45     98.25
    2.50     100.50
    2.55     102.75
    2.60     105.00
    2.65     107.25
    2.70     109.50
    2.75     111.75
    2.80     114.00     4.5
    2.85     118.50
    2.90     123.00
    2.95     127.50
    3.00     132.00     7.87
    3.05     139.87
    3.10     147.74
    3.15     155.60
    3.20     163.47
    3.25     171.34
    3.30     179.21
    3.35     187.08
    3.40     194.95
    3.45     202.82
    3.50     210.69
样本3
    时间     步数     SPS     步长
    行走     237     522     2.20     76.60
    快走     179     452     2.55     88.40
    慢跑     145     401     2.76     99.70
    正常跑     132     368     2.79  108.60
快跑 106  310  2.92  129.00
    SPS     步长     变化率
    1.80
    1.85
    1.90
    1.95
    2.00     69.84
    2.05     71.53
    2.10     73.22
    2.15     74.9l
    2.20     76.60     1.69
    2.25     78.29
    2.30     79.98
    2.35     81.67
    2.40     83.36
    2.45     85.05
    2.50     86.74
    2.55     88.40     2.82
    2.60     91.22
    2.65     94.04
    2.70     96.86
    2.75     99.70     8.9
    2.80     108.60     6.8
    2.85     115.40
    2.90     122.20
    2.95     129.00
    3.00     135.80
    3.05     142.60
    3.10     149.40
    3.15     156.20
    3.20     163.00
样本4
    时间     步数     SPS     步长
    行走
    快走
    慢跑     153.3     384     2.50     104.1
   正常跑     123.1     324     2.63     123.4
    快跑     96.2     266     2.77     150.3
    SPS     步长     变化率
    1.95
    2.00
    2.05
    2.10
    2.15
    2.20     65.52
    2.25     71.95
    2.30     78.83
    2.35     84.81
    2.40     91.24
    2.45     97.67
    2.50     104.10     6.43
    2.55     110.53
    2.60     116.96
    2.65     123.40     13.45
    2.70     136.85
    2.75     150.30
    2.80     163.75
    2.85     177.20
    2.90     190.65
    2.95
    3.00
    3.05
    3.10
    3.15
    3.20
黑体字的值表示实际测试的标定值。
除了在上述的每个步调采取单元标定外，可以对每个步调采取一系列两个或三个标定，且用平均标定曲线来创建查询表。利用平均标定有可能改善
样本5
Figure A9981402000251
精度。以下是说明这种方法的一个示例性的曲线，且它说明了精度在2％之内是有可能的。
本装置的其他变型也可以合并入测量高度变化的高度计。那么，当高度增加时可以调整(缩短)步长，而在高度降低时可以增长步长。这个调整可以用平均值实现，就象我们在选项2中所使用的，或由通过跑或走过丘陵路线上的已知的距离所导出的值来实现。这个装置可以使用两个电池，以便当替换一个电池时不会丢失标定数据。
一旦计算出对于每个特定的时间段的实际步长，这个值可以乘上该时间段内的步数以获得对于该时间段的总的距离，以存储在数据库文件中以用于特定的行走或跑动，并且对于步长已算出的其他时间段，可以加上其他的时间步长或距离。当完成行走或跑步后，用户操纵操作者接口46，以要求在显示单元上显示出总的距离。也可以连续显示运动过的距离。
由于运动过的距离可以精确地计算，因此计步器20也具有例如计算速度(英里每小时)或步调(分每英里)的能力，包括在该特定行走或跑步过程中的平均速度和步调。此外，计步器20可以包括用于与个人电脑或计算装置连接的接口以创建较大的训练历史、趋势等。
如上所述，其他特征可以包括跑表、星期、日期和时间显示、以及心率显示。同样，应理解，上面使用的所有的距离和时间段都可以在长度和测量单位上变化(英制、公制、秒、分、小时等)。
利用这种复杂并精确的方法计算运动的步调和距离，用户可以决定最佳的锻炼长度和步调。数据处理器可以计算出最佳的锻炼条件，或是培训者/教练可以输入最佳条件。一旦这些条件是已知的，计步器可以在锻炼过程中提醒用户是否符合最佳条件。声音信号或在屏幕上的消息可以用来传送这个信息。
同样，在锻炼完成后可以通过无线或有线系统将数据传送到计算机或直接传送到Intenet网站。一旦收集了这些数据，就可以用他们来提供各种对比以及创建图表来辅助单独用户的锻炼。
以上详细的描述只是为了清楚理解本发明而提供，而对其必要的限定应从所附的权利要求中获得。

Claims (54)

1.一种计步器，包括：
可安装在用户第一身体部分的步数计数器；
与步数计数器相通信的发送器，以产生对应每一步数的信号并传送信号；以及
可安装在用户第二身体部分上的接收器，以接收从发送器传送的信号并计算由步数计数器测量的距离。
2.如权利要求1所述的计步器，其中，发送器和接收器通过无线通信。
3.如权利要求1所述的计步器，其中，发送器和接收器通过导线通信。
4.如权利要求1所述的计步器，其中，传输信号是数字编码。
5.如权利要求1所述的计步器，其中，发送器传送的无线信号在30-36英寸距离范围内。
6.如权利要求1所述的计步器，其中，接收器可安装在用户的腕部。
7.如权利要求1所述的计步器，其中，接收器处理跨步计数信号并在可视屏上显示所通过的距离。
8.如权利要求1所述的计步器，其中，步数计数器可安装在用户的腿部。
9.如权利要求1所述的计步器，还包括：
心率监视器；以及
与心率监视器通信的第二发送器，以传输对应由心率监视器计算出的心率的信号到接收器，并显示计算出的心率。
10.如权利要求9所述的计步器，其中，心率信号与计步器信号在不同的频率上。
11.如权利要求9所述的计步器，其中，心率监视器可安装在用户的第三身体部分上。
12.如权利要求9所述的计步器，其中，心率和步数计数器发送器安装在单独的胸部安装壳体内。
13.如权利要求1所述的计步器，其中，计步器包括数据处理器，其被编程以通过将跨步数与步长相乘计算通过的距离，而步长根据跨步速率变化。
14.如权利要求13所述的计步器，其中，数据处理器被编程以通过执行以下步骤计算用户的实际步长：
计算第一次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第一次跑动中的总的步数；
将第一次跑动的距离被步数除以得到基本步长；
将步数被第一次跑动的时间除以得到基本跨步速率；
在用户的第二次跑时间段内计算步数以获得实际跨步速率；
利用方程计算实际步长：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率—基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N在1到3之间的范围内。
15.如权利要求13所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率小于或等于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝1计算实际步长。
16.如权利要求13所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率大于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝3计算实际步长。
17.一种计步器，包括：
步数计数器；
与步数计数器相通信的发送器，以产生对应每一步数的信号并传送信号；
可安装在用户第二身体部分上的接收器，以接收从发送器传送的信号并计算由步数计数器测量的距离；以及
数据处理器，其被编程以通过将跨步数与步长相乘计算通过的距离，而步长根据跨步速率变化。
18.如权利要求17所述的计步器，其中，发送器和接收器通过无线通信。
19.如权利要求17所述的计步器，其中，发送器和接收器通过导线通信。
20.如权利要求17所述的计步器，其中，传输信号是数字编码。
21.如权利要求17所述的计步器，其中，发送器传送的无线信号在30-36英寸距离范围内。
22.如权利要求17所述的计步器，其中，接收器可安装在用户的腕部。
23.如权利要求17所述的计步器，其中，接收器处理跨步计数信号并在可视屏上显示所通过的距离。
24.如权利要求17所述的计步器，其中，步数计数器可安装在用户的腿部。
25.如权利要求17所述的计步器，还包括：
心率监视器；以及
与心率监视器通信的第二发送器，以传输对应由心率监视器计算出的心率的信号到接收器，并显示计算出的心率。
26.如权利要求25所述的计步器，其中，心率信号与计步器信号在不同的频率上。
27.如权利要求25所述的计步器，其中，心率监视器可安装在用户的第三身体部分上。
28.如权利要求25所述的计步器，其中，心率和步数计数器发送器安装在单独的胸部安装壳体内。
29.如权利要求17所述的计步器，其中，数据处理器被编程以通过执行以下步骤计算用户的实际步长：
计算第一次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第一次跑动中的总的步数；
将第一次跑动的距离被步数除以得到基本步长；
将步数被第一次跑动的时间除以得到基本跨步速率；
在用户的第二次跑时间段内计算步数以获得实际跨步速率；
利用公式计算实际步长：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率—基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N在1到3之间的范围内。
30.如权利要求17所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率小于或等于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝1计算实际步长。
31.如权利要求17所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率大于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝3计算实际步长。
32.一种计步器，其被编程以通过执行以下步骤计算用户的实际步长：
计算第一次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第一次跑动中的总的步数；
将第一次跑动的距离被步数除以得到基本步长；
将步数被第一次跑动的时间除以得到基本跨步速率；
在用户的第二次跑时间段内计算步数以获得实际跨步速率；
利用方程计算实际步长：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率—基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N在1到3之间的范围内。
33.如权利要求32所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率小于或等于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝1计算实际步长。
34.如权利要求32所述的计步器，其中，计步器还被编程以执行以下步骤：
将实际跨步速率与基本跨步速率对比；以及
当实际跨步速率大于基本跨步速率乘以1.02时，用N＝3计算实际步长。
35.如权利要求32所述的计步器，其中，接收器处理跨步计数信号并在可视屏上显示通过的距离。
36.如权利要求32所述的计步器，还包括安装在胸部安装壳体内的心率监视器。
37.一种计步器，其被编程以通过执行以下步骤计算用户的实际步长：
计算第一次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第一次跑动中的总的步数；
将第一次跑动的距离被步数除以得到第一次跑基本步长；
将步数被第一次跑动的时间除以得到第一次跑基本跨步速率；
计算第二次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第二次跑动中的总的步数；
将第二次跑动的距离被步数除以得到第二次跑基本步长；
将步数被第二次跑动的时间除以得到第二次跑基本跨步速率；
计算第三次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第三次跑动中的总的步数；
将第三次跑动的距离被步数除以得到第三次跑基本步长；
将步数被第三次跑动的时间除以得到第三次跑基本跨步速率；
在用户的第四次跑时间段内计算步数以获得实际跨步速率；
利用以下公式计算实际步长：
实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率—基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；
式中当实际跨步速率大于第一次跑跨步速率时，N由下式算出：N＝((第二次跑步长×第一次跑跨步速率)－(第一次跑步长×第一次跑跨步速率))/(第一次跑步长×(第二次跑跨步速率－第一次跑跨步速率))，而当实际跨步速率小于或等于第一次跑跨步速率时，N由下式算出：N＝((第三次跑步长×第一次跑跨步速率)－(第一次跑步长×第一次跑跨步速率))/(第一次跑步长×(第三次跑跨步速率－第一次跑跨步速率))。
38.如权利要求37所述的计步器，其中：
第一次跑基本步长为从多个测试跑中算出的平均步长；以及
第一次跑基本跨步速率为从多个测试跑中算出的平均跨步速率。
39.如权利要求37所述的计步器，其中：
第二次跑基本步长为从多个测试跑中算出的平均步长，以及
第二次跑基本跨步速率为从多个测试跑中算出的平均基本跨步速率。
40.如权利要求37所述的计步器，其中：
第三次跑基本步长为从多个测试跑中算出的平均步长，以及
第三次跑基本跨步速率为从多个测试跑中算出的平均跨步速率。
41.如权利要求37所述的计步器，其中，第二次跑为以比第一次走或跑快的步调，而第三次跑为以比第一次走或跑慢的步调。
42.如权利要求37所述的计步器，还包括：
可安装在用户身体部分上的数据处理器，以计算实际步长；以及
与数据处理器通信并可安装在用户身体部分上的跑动数据显示装置。
43.如权利要求37所述的计步器，还包括安装在胸部安装壳体内的心率监视器。
44.一种用于计算实际步长的方法，包括以下步骤：
计算第一次用户跑预定距离的时间；
计算在用户第一次跑动中的总的步数；
将第一次跑动的距离被步数除以得到基本步长；
将步数被第一次跑动的时间除以得到基本跨步速率；
在用户的第二次跑时间段内计算步数以获得实际跨步速率；
利用公式计算实际步长：实际步长＝基本步长＋基本步长×(((实际跨步速率－基本跨步速率)N)/基本跨步速率)；式中，N在1到3之间的范围内。
45.如权利要求44所述的方法，还包括以下步骤：
比较基本跨步速率和实际跨步速率以确定偏差百分比；以及当偏差小于2％时利用N＝1，而偏差大于或等于2％时，利用N＝3。
46.如权利要求13或17所述的计步器，其中，数据处理器被编程以通过以下步骤计算用户的实际步长：
计算第一次用户走或跑预定距离的时间；
计算在用户第一次走或跑中的总的步数；
将总的步数被第一次走或跑的时间除以获得对于第一次走或跑的每秒跨步速率；
计算第二次用户走或跑预定距离的时间；
计算在用户第二次走或跑中的总的跨步数；
将总的跨步数被第二次走或跑的时间除以得到对于第二次走或跑的每秒跨步速率；
在第一次和第二次走或跑的每秒跨步速率之间内插值以获得对应在第一次和第二次走或跑的每秒跨步速率间的步长范围；
利用对应在后续的走或跑中的每秒跨步速率的步长范围计算所通过的距离。
47.如权利要求46所述的计步器，其中，数据处理器被进一步编程为：
计算第三次用户走或跑预定距离的时间；
计算第三次用户走或跑的总的跨步数；
将总的跨步数被第三次走或跑的时间除以得到对于第三次走或跑的每秒跨步速率；
在第一、第二和第三次走或跑的每秒步长速率间内插值，以获得对应每秒跨步速率范围的步长范围；以及
用对应于在后续走或跑中的每秒跨步速率的步长范围计算通过的距离。
48.如权利要求46所述的计步器，其中，数据处理器被进一步编程为执行以下步骤：
外插算出在第一和第二次走或跑的步长之上及之下的步长范围。
49.一种计步器，包括：
壳体；
安装在壳体内的步数计数器；
安装在壳体内的时钟，用于一段长度走或跑的计时；
安装在壳体内的数据处理器，以通过步长乘以跨步数计算所通过的距离，其中跨步数根据跨步速率变化。
50.如权利要求49所述的计步器，其中，数据处理器在利用以下步骤标定后计算步长：
计时第一次走或跑；
计算在第一次走或跑中的步数；
计算对于第一次走或跑的跨步速率；
计时第二次走或跑；
计算在第二次走或跑中的步数；
计算对于第二次走或跑的跨步速率；以及
比较来自第一次和第二次走或跑的跨步速率，以推导出对应跨步速率范围的步长范围。
51.如权利要求50所述的计步器，其中，标定方法还包括以下步骤：
计时第三次走或跑；
计算在第三次走或跑中的步数；
计算对于第三次走或跑的跨步速率；以及
比较来自第一、第二和第三次走或跑的跨步速率，以推导出对应跨步速率范围的步长范围。
52.如权利要求49所述的计步器，还包括：
用于监控用户在各种跨步速率下的心率的心率监视器；以及
被编程以将心率与跨步速率相对比的数据处理器。
53.如权利要求49所述的计步器，其中，数据处理器包括：
用于与另一个数据处理器通信的接口。
54.如权利要求49所述的计步器，其中，数据处理器在计步器上产生显示信息，以指导用户进行标定方法的步骤。
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