本发明涉及呼吸测量技术领域，特别涉及一种基于陀螺仪测量呼吸的方法及设备。
背景技术：
目前，为了测量人体的呼吸值，一般采用光学式呼吸传感器或压电传感器采集人体呼吸数据，处理器再通过比较复杂的计算方法对收集到的人体呼吸数据进行处理来得到准确的测量值。但是，实践表明这种测量呼吸的方式运算量比较大，只能用较快处理能力的处理器进行处理，这对于处理器的选用有了一定的限制，而且通过这种测量方式获取的测量值精度较低。
技术实现要素：
本发明提供一种基于陀螺仪测量呼吸的方法及设备，极大地降低了运算量，使得处理器的选择范围变大，并且提高了测量值的精度。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于陀螺仪测量呼吸的方法，包括以下步骤：当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz；将x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz传输至处理器；通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行处理；获取人体的呼吸值。
优选地，当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz之前，该方法还包括以下步骤：设置陀螺仪的采集频率。
优选地，获取人体的呼吸值之后，该方法还包括以下步骤：将人体的呼吸值发送至与测量呼吸的设备无线连接的电子设备。
优选地，通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行处理，包括以下步骤：通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行预设时长的定积分，得到x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz；对x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz进行rc高通滤波，得到x轴的滤波值fgx、y轴的滤波值fgy以及z轴的滤波值fgz；计算预设时长内x轴的滤波值fgx的绝对值的平均值mfgx、y轴的滤波值fgy的绝对值的平均值mfgy以及z轴的滤波值fgz的绝对值的平均值mfgz。
优选地，获取人体的呼吸值，包括以下步骤：确定mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值，并将最大数值对应的轴作为目标计算轴；将最大数值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，并搜索有效的呼吸数据作为人体的呼吸值。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于陀螺仪测量呼吸的设备，包括：数据采集单元，用于当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz；数据传输单元，用于将x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz传输至处理器；数据处理单元，用于通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行处理；获取单元，用于获取人体的呼吸值。
优选地，一种基于陀螺仪测量呼吸的设备还包括：频率设置单元，用于当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，数据采集单元通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz之前，设置陀螺仪的采集频率。
优选地，一种基于陀螺仪测量呼吸的设备还包括：发送单元，用于在获取单元获取人体的呼吸值之后，将人体的呼吸值发送至与测量呼吸的设备无线连接的电子设备。
优选地，数据处理单元包括：定积分子单元，用于通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行预设时长的定积分，得到x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz；高通滤波子单元，用于对x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz进行rc高通滤波，得到x轴的滤波值fgx、y轴的滤波值fgy以及z轴的滤波值fgz；计算子单元，用于计算预设时长内x轴的滤波值fgx的绝对值的平均值mfgx、y轴的滤波值fgy的绝对值的平均值mfgy以及z轴的滤波值fgz的绝对值的平均值mfgz。
优选地，获取单元包括：确定子单元，用于确定mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值，并将最大数值对应的轴作为目标计算轴；搜索子单元，用于将最大数值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，并搜索有效的呼吸数据作为人体的呼吸值。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
通过本发明，极大地降低了测量人体呼吸值的运算量，进而使得处理器的选择范围扩大，并且测量的人体的呼吸值的精度得到了提高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。附图中：
图1是根据本发明实施例的一种基于陀螺仪测量呼吸的方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种基于陀螺仪测量呼吸的设备的结构框图；
图3是根据本发明实施例一的另一种基于陀螺仪测量呼吸的方法的流程图；
图4是本发明实施例中采集的三个轴向的原始数据的示意图；
图5是本发明实施例中对三个轴向的原始数据进行积分的示意图；
图6是本发明实施例中三个轴向的带通滤波值的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明附图，对本发明技术方案进行描述，但所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于陀螺仪测量呼吸的方法，图1是根据本发明实施例的一种基于陀螺仪测量呼吸的方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤s101：当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz；
步骤s102：将x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz传输至处理器；
步骤s103：通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行处理；
步骤s104：获取人体的呼吸值。
在实施过程中，在步骤s101之前，需要设置陀螺仪的采集频率。
在步骤s103中，通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行预设时长的定积分，得到x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz；对x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz进行rc高通滤波，得到x轴的滤波值fgx、y轴的滤波值fgy以及z轴的滤波值fgz；计算预设时长内x轴的滤波值fgx的绝对值的平均值mfgx、y轴的滤波值fgy的绝对值的平均值mfgy以及z轴的滤波值fgz的绝对值的平均值mfgz。
在步骤s104中，首先确定mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值，并将最大数值对应的轴作为目标计算轴；再将最大数值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，并搜索有效的呼吸数据作为人体的呼吸值。
在步骤s104之后，可进一步将人体的呼吸值发送至与测量呼吸的设备无线连接的电子设备。
通过上述步骤，通过陀螺仪采集人体的体动原始数据，再通过处理器对采集到的人体体动原始数据进行处理，以获取到准确的人体呼吸值，这样可以提高测量人体呼吸值的精度，并且处理器对采集到的人体体动原始数据进行处理的步骤比较简单，极大地降低了运算量，进而扩大了处理器的选择范围，使得测量呼吸的设备的制作成本降低，扩大了使用范围。
本发明实施例还提供了一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20，用于实现上述一种基于陀螺仪测量呼吸的方法中。
图2是根据本发明实施例的一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20的结构框图，如图2所示，该设备20包括：数据采集单元201，用于当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz；数据传输单元202，用于将x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz传输至处理器；数据处理单元203，用于通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行处理；获取单元204，用于获取人体的呼吸值。
对于一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20，还包括：频率设置单元205，用于当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，数据采集单元201通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz之前，设置陀螺仪的采集频率。
对于一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20，还包括：发送单元206，用于在获取单元204获取人体的呼吸值之后，将人体的呼吸值发送至与测量呼吸的设备无线连接的电子设备。
对于一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20，数据处理单元203包括：定积分子单元2031，用于通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行预设时长的定积分，得到x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz；高通滤波子单元2032，用于对x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz进行rc高通滤波，得到x轴的滤波值fgx、y轴的滤波值fgy以及z轴的滤波值fgz；计算子单元2033，用于计算预设时长内x轴的滤波值fgx的绝对值的平均值mfgx、y轴的滤波值fgy的绝对值的平均值mfgy以及z轴的滤波值fgz的绝对值的平均值mfgz。
对于一种基于陀螺仪测量呼吸的设备20，获取单元204包括：确定子单元2041，用于确定mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值，并将最大数值对应的轴作为目标计算轴；搜索子单元2042，用于将最大数值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，并搜索有效的呼吸数据作为人体的呼吸值。
需要说明的是，装置实施例中描述的一种基于陀螺仪测量呼吸的设备对应于上述的方法实施例，其具体的实现过程在方法实施例中已经进行过详细说明，在此不再赘述。
为了使本发明的技术方案和实现方法更加清楚，下面将结合优选的实施例对其实现过程进行详细描述。
实施例一
本实施例提供另一种基于陀螺仪测量呼吸的方法，也就是通过陀螺仪采集人体的体动原始数据，再通过处理器对体动原始数据进行处理得到人体呼吸值。
图3是根据本发明实施例一的另一种基于陀螺仪测量呼吸的方法的使用流程图，包括以下步骤：
步骤s301：测量呼吸的设备设置陀螺仪的采集频率；
本发明实施例中，测量呼吸的设备中设置有陀螺仪，用于采集人体的体动原始数据，测量呼吸的设备中还可以设置加速度传感器，同样也可以采集人体的体动原始数据，本发明实施例不做限定，具体的，在采集人体体动原始数据之前需要为陀螺仪设置采集频率，可以将陀螺仪的采集频率设置为10hz；
步骤s302：当测量呼吸的设备置于人体胸腹腔上时，测量呼吸的设备通过陀螺仪采集x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz；
本发明实施例中，测量呼吸的设备必须放置在人体的胸腹腔上，这样才能够根据采集到的人体体动原始数据计算出准确的人体呼吸值，人体可以保持坐、躺、站等姿势，但是不能进行大幅度动作，测量呼吸的设备可以通过放置于胸前的口袋固定在人体胸腔上，也可以粘于胸口，还可以利用绑带固定在人体胸腔上，本发明实施例不做限定；测量呼吸的设备可以贴紧人体的胸腹腔的皮肤表面，也可以非接触的隔着衣物固定在人体的胸腹腔上，这样可以减少人体的不适感并且使得测量呼吸的设备的使用范围得到了扩展；
作为一种可选的实施方式，测量呼吸的设备可以是可穿戴式的，并且测量呼吸的设备中的电源可以是内置电池，在使用时开启测量呼吸的设备，这样更加方便用户的使用，测量呼吸的设备的体积小，便于携带，进而扩大了测量呼吸的设备的使用范围；
作为一种可选的实施方式，人体每次呼吸都会引起胸腹腔之上身体的跳动，因此通过陀螺仪分别从三个轴向上来采集人体的体动原始数据，即角加速度值，这样可以更加全面的采集到人体的体动原始数据，也能够更加准确的测量人体的呼吸值，提高测量的精度；
步骤s303：测量呼吸的设备将x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz传输至处理器；
本发明实施例中，测量呼吸的设备中的陀螺仪与处理器有线连接，当测量呼吸的设备在通过陀螺仪采集到人体的体动原始数据之后，就将原始数据传输至处理器，再通过处理器对原始数据进一步进行处理；
步骤s304：测量呼吸的设备通过处理器对x轴上人体的体动原始数值gx、y轴上人体的体动原始数值gy以及z轴上人体的体动原始数据gz进行预设时长的定积分，得到x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz；
本发明实施例中，处理器需要先分别对x轴、y轴、z轴上采集的原始数据进行定积分，为了避免瞬时值的干扰，需要对x轴、y轴、z轴上采集的原始数据进行预设时长的定积分，预设时长可以根据测量的呼吸值的精度最高时进行定积分的时长来设定，其中，预设时长可以为20秒，也可以为25秒，本发明实施例不做限定；
步骤s305：测量呼吸的设备对x轴的积分值igx、y轴的积分值igy以及z轴的积分值igz进行rc高通滤波，得到x轴的滤波值fgx、y轴的滤波值fgy以及z轴的滤波值fgz；
作为一种可选的实施方式，上述rc高通滤波为仿硬件rc高通滤波，其数值运算量极小，降低处理器的整体运算量，其中，滤波公式为y[n]＝a*x[n]+(1-a)*y[n-1]，截止频率fl＝a*f/(2π)，对于每个轴向都可以将加权常数a设置为a＝0.628和a＝6，计算滤波值，再将计算的两个滤波值相减得到带通滤波值；
步骤s306：测量呼吸的设备计算预设时长内x轴的滤波值fgx的绝对值的平均值mfgx、y轴的滤波值fgy的绝对值的平均值mfgy以及z轴的滤波值fgz的绝对值的平均值mfgz；
步骤s307：测量呼吸的设备确定mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值，并将最大数值对应的轴作为目标计算轴；
作为一种可选的实施方式，mfgx、mfgy以及mfgz中的最大数值对应的轴向上的呼吸信号最强烈，所以将最大数值对应的轴作为目标计算轴，这样计算的呼吸值准确度更高，同时这种计算方式只需要计算x轴、y轴、z轴中任一个轴向上的数据就能够准确的得到人体的呼吸值，节省了计算时间，进一步的减少了运算量，使得测量呼吸的设备可以快速准确的得到人体的呼吸值；
步骤s308：测量呼吸的设备将最大数值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，并搜索有效的呼吸数据作为人体的呼吸值；
本发明实施例中，测量呼吸的设备将最大值的二分之一确定为处理目标计算轴的呼吸包络线的阈值，计算0.1秒内包络线的最大值和最小值的差值，如果该差值大于上述阈值，则证明该0.1秒内有一个有效呼吸值；
步骤s309：测量呼吸的设备将人体的呼吸值发送至与测量呼吸的设备无线连接的电子设备。
本发明实施例中，测量呼吸的设备中还设置有无线通信模块，测量呼吸的设备在测量人体呼吸值之前就与外部的电子设备建立了通信连接关系，其中，外部的电子设备可以是用户携带的手机，也可以是与测量呼吸的设备配套使用的电子设备，这样当测量呼吸的设备通过处理器计算出人体的呼吸值之后就可以将人体呼吸值发送至电子设备，方便用户实时查看自身的呼吸值。
综合上述，通过上述实施例，通过陀螺仪采集人体的体动原始数据，再通过处理器对采集到的人体的体动原始数据进行处理得到准确的人体呼吸值，可以提高测量人体呼吸值的精度，并且减少了处理数据的运算量，使得测量呼吸的设备可以快速准确的测量人体的呼吸值。