专利名称：可全方位接收无线计步信号的无线计步器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种无线计步器，特别是关于一种具有三个接收天线而可佩挂腰部，全方位接收无线计步信号的无线计步器。
背景技术：
由于现代工商业社会的忙碌以及人们对于适当运动的日渐重视，使得各项运动器材应运而生。而在运动的同时，运动者为了要准确掌握运动量及了解运动者本身的身体状况，故也有各种不同型态的人体信号感应器被研发出来。
在各类型人体信号感应器或运动信号感应器中，计步器(Pedometer)由于佩挂方便、操作简易、可量测步行或跑步的步数，故目前已被广泛地使用。在不同的计步器产品设计中，有设计成可贴附结合在使用者鞋子上等不同方式，也有些是设计成无线的方式。
例如在其中一种无线式计步器的设计中，其是将计步器的发射器挂系于人体的腰带上，以在使用者在走路时感测其行走的步伐数。而该计步器的接收器则可以佩戴于使用者的手腕部。故当使用者在走路或跑步时，该发射器可将步伐数以无线方式传送至该接收器，使用者即可由该接收器上的显示器观看到行走的累计步数。
在传统的单轴无线式计步器设计中，其发射器配置有单一个发射天线，而在接收器中则配置有单一个接收天线。图1显示现有技术中以单一发射天线对应于单一接收天线的磁场分布示意图。在此种单轴无线式计步器的设计中，当发射信号源加于发射天线1时，会在该发射天线1的外围形成电磁场11，该电磁场11可被位在有效范围中的接收天线所感应接收。
发明内容
前述的现有技术中，单轴式接收天线的位置方向必须与发射天线平行，才具有最佳信号接收效果。然而，该无线信号的接收技术使用于实际的应用领域中时，却经常无法保持接收天线的位置方向与发射天线平行的相对位置关系，故使得信号的接收经常会有无法接收到信号、或是接收到的信号微弱的状况。
特别是在该无线信号的接收技术若是使用于动态应用领域中时，其无法接收到信号以及信号微弱的状况更为严重。例如，当该无线信号的接收技术应用在目前广泛使用的无线计步器(Wireless Pedometer)的应用场合中，由于无线计步器的腕式接收器是穿戴于使用者的手腕上，而发射器是佩载在腰际或其它人体部位。在此种无线计步器的设计中，会因为使用者在行走或进行不同的运动时，由于手部的摆动而使该接收器相对于该发射器的接收方向受到变动，因而导致发射器端的天线与接收器端的天线无法随时保持平行时的最佳接收状况，而无法顺利接收到无线计步信号。
传统单轴式接收天线的发射器与接收器间，除了两者的平行角度关系会影响到接收器所接收到的信号强弱之外，发射器与接收器间的距离也会影响到接收器接收信号的强弱，由于所接收到的信号较弱，故经常会造成无法编码、无法辨识的问题。
再者，发射器与接收器间的距离远近，会造成接收器所接收的信号宽度变化，当发射器与接收器间的距离太远时，信号宽度会变得很窄，无法读取信号，也无法编码。
为了改善上述的单轴式天线的缺失，在美国发明专利第4625733号揭露出一种具有三个发射线圈及三个接收线圈的人体信号量测装置，虽然可以增强三个发射线圈及三个接收线圈之间信号耦合的强度，但该发射器的三个线圈与接收器的三个接收天线之间反而会产生彼此磁场互相干扰、抵减的问题，在实际的应用中，在某些角度可能有信号增强的效果，但在其它某些角度时，则反而会有信号互相干扰、抵减的状况。
缘此，本发明的主要目的即是提供一种全方位无线计步器，以使无线计步器的使用，可具备全方位接收的功能，而使无线计步器不再受到接收器的接收天线位置方向必须与发射器的发射天线平行的限制。
本发明的另一目的是提供一种具有三个接收天线的全方位接收的无线计步器，其通过该接收天线被安排成X、Y、Z三轴方向，故可针对不同方向的无线计步信号产生谐振作用，以在该接收器的接收方向受到变动时，仍可以正常接收到发射器所发射出的无线计步信号。
本发明的另一目的是提供一种可全方位接收无线计步信号而且不会有相邻两个计步器受到信号干扰或计步不正确的无线计步器。本发明中以特殊及低成本方式来进行无线信号的编码及译码。
本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段是在无线计步器的接收器中配置有三个接收天线，分置于X、Y、Z三轴方向，可针对该无线计步器的发射器的发射天线所发射出的不同方向无线计步信号产生谐振作用，其产生的谐振信号经接经一接收器控制电路的处理后得到一步数值的信号，并由一显示器予以显示。
相较于现有技术，本发明有效克服了传统无线计步器的接收器的接收天线位置方向必须与发射器的发射天线平行，否则会有无法接收到信号、或是接收到的信号微弱的问题。当本发明应用于可佩戴于使用者手腕的腕式无线计步器的应用场合中时，由于本发明具有全方位接收的功能，故不会遇到因为使用者在进行不同的运动时而使该接收器的接收方向受到变动而导致无法顺利接收到无线计步信号的问题。
再者，在采用本发明的三轴式接收天线架构时，因同时接收三天线的信号，故接收到的信号宽度大小足以让控制电路读取及辨识信号，故可顺利编码，以辨识出每个信号的高态与低态。
故本发明的设计可以有效克服传统设计中，发射器与接收器间的角度所造成信号较弱的因素，而仅与该发射器与接收器间的距离的因素有关，故在整体的信号接收效能方面，本发明具有较佳的信号接收效果，又能排除发射器与接收器间的角度所造成信号较弱的变量。
本发明所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。
图1显示现有技术中以单一发射天线对应于单一接收天线的磁场分布示意图；图2A～图2C显示一使用者佩载本发明全方位无线计步器的示意图；图3显示本发明全方位无线计步器中的接收器以三个接收天线来接收发射器所发出的电磁场的配置示意图；图4显示本发明全方位无线计步器中的发射器的控制电路图；图5显示本发明全方位无线计步器中的接收器的控制电路图；图6显示本发明所采用的无线信号编码及译码的波形示意图。
主要组件符号说明1 发射天线11 电磁场2 接收天线3 使用者4 发射器40 发射器控制电路41 发射天线42 电磁场43 振动检测单元44 电阻
45 电容46 放大滤波电路47 微控器48 振荡电路5 接收器50 接收器控制电路51、52、53 接收天线51a、52a、53a 电容54 放大电路55 滤波电路56 整形电路57 微控器58 显示器Q1、Q2、Q 3晶体管具体实施方式
首先参阅图2A、图2B、图2C所示，其是分别显示一使用者3佩载本发明全方位无线计步器在进行步行时的示意图。本发明的全方位无线计步器是由一发射器4(Wireless Transmitter)及一接收器5(WirelessReceiver)所组成，其中该发射器4可佩挂在使用者3的腰际或其它部位，而该接收器5是被戴于使用者的手腕，该接收器5上设有液晶显示器58，可供使用者观看该接收器5所接收到的步数值。
图3显示本发明全方位无线计步器中的接收器以三个接收天线来接收发射器所发出的电磁场的配置示意图。在本发明的发射器中具有一发射天线41，而接收器中设计有三支接收天线51、52、53，构成X、Y、Z三平面轴。
为了随时保持该接收器最佳接收方向，本发明利用三轴的接收天线51、52、53，分置于X、Y、Z三轴方向，构成一立体全方位的接收空间，达成信号接收的最佳效果。
图4显示本发明全方位无线计步器中的发射器4的控制电路图，其包括有一振动检测单元43，可接收到使用者走路或跑步时的震动信号。该振动检测单元43所检测到的震动信号会被送至一发射器控制电路40中进行处理。该检测到的震动信号经过一由电阻44、电容45组成的反弹跳电路(De-bouncing Circuit)、再经一放大滤波电路46后，送出信号至微控器47进行编码。经过微控器47编码后的信号会控制一晶体管Q2，再由发射天线41、晶体管Q1及相关电容、电阻组成的振荡电路48产生振荡信号，再经由该发射天线发射出无线计步信号。
图5显示本发明全方位无线计步器中的接收器5的控制电路图，其包括有三轴或三个排列成X、Y、Z的接收天线51、52、53，其分别与并联连接的电容51a、52a、53a组成三个谐振电路，针对不同方向的电磁场信号作谐振作用，其产生的谐振信号会由接收器控制电路50予以处理。也就是，该产生的谐振信号经晶体管Q3后，由一放大电路54、滤波电路55、及整形电路56顺序地进行信号的放大、滤波、及整形处理成符合预定准位的标准信号，再由微控器57进行译码，如此即可得到一步数值的信号，并由显示器58显示该步数值。
当两个计步器同时在相邻位置使用时，任一个计步器的发射器所发射出的无线信号可能会被另一台计步器的接收器予以接收到，尤其是本发明中的接收器是以三轴或三个排列成X、Y、Z的接收天线来接收发射器的信号，至少会有其中一个接收天线可能会与相邻计步器的发射天线相平行，而接收到该相邻计步器所发射出的信号，如此即造成了相邻计步器之间的信号干扰及计步不正确的问题。
为解决噪声及两者以上的无线计步器同时使用的场合，本发明以特殊及低成本方式来进行无线信号的编码及译码。图6显示本发明所采用的无线信号编码及译码的波形示意图。在发射端编码方面，本发明的编码方式为(1)发射器以每一完整的一个信号周期T来代表高态信号“1”或低态信号“0”，也就是T＝T1+T2，其中T1代表高态信号的时间，而T2代表低态信号的时间。
(2)发射器以机台辨识码(ID Code)来作为机台的辨识，取代了已知的以地址(Address)及资料码(Data Code)来辨识机台的方式，可减少每一信号传送时的信号长度，可避免两者信号互相冲突。
例如，当有四个计步器在相邻位置同时使用时(a)第一个计步器的机台辨识码(ID Code)为11，也就是第一个计步器的发射器在使用者每走一步时，该发射器会预设时间ΔT中，发射出三个辨识码讯号；(b)第二个计步器的机台辨识码(ID Code)为10，也就是第二个计步器的发射器在使用者每走一步时，该发射器会预设时间ΔT中，发射出二个连续的辨识码讯号；(c)第三个计步器的机台辨识码(ID Code)为01，也就是第三个计步器的发射器在使用者每走一步时，该发射器会预设时间ΔT中，发射出二个辨识码信号，但该两个辨识码讯号间隔一低态准位的讯号；(d)第四个计步器的机台辨识码(ID Code)为00，也就是第四个计步器的发射器在使用者每走一步时，该发射器会预设时间ΔT中，发射出一个辨识码讯号；(3)每一计步器有一个机台辨识码，而发射天线依据机台辨识码的延迟时间来作不同的时间延迟发射，避免两者信号互相冲突(a)第一个计步器在预设时间ΔT之后，具有一延迟时间400ms；(b)第二个计步器在预设时间ΔT之后，具有一延迟时间300ms；
(c)第三个计步器在预设时间ΔT之后，具有一延迟时间200ms；(d)第四个计步器在预设时间ΔT之后，具有一延迟时间100ms。
而在本发明的接收器译码方式为(1)依据完整的信号周期T＝T1+T2来确认每一信号是否正确。
(2)依据机台辨识码辨别使用者的身份，及计算每一步的速度。
(3)依据每一机台辨识码及预设的延迟时间来正确辨别正确的发射器信号源。
通过上述的本发明实施例可知，本发明确提供一种可全方位接收无线计步信号的无线计步器，本发明极具产业上的利用价值。惟以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡习于此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。
权利要求
1.一种可全方位接收无线计步信号的无线计步器，包括有一发射器，具有一振动检测单元、一发射器控制电路、一振荡电路、一发射天线，该振动检测单元可检测使用者走路或跑步时的震动信号，经该发射器控制电路后，经振荡电路产生振荡信号，再经由该发射天线发射出无线计步信号；一接收器，具有三个接收天线，分置于不同轴向，以针对不同方向的无线计步信号产生谐振作用，其产生的谐振信号经一接收器控制电路的处理后得到一步数值的信号。
2.如权利要求1所述的可全方位接收无线计步信号的无线计步器，其特征在于，其中该三个接收天线分别与并联连接的电容组成三个谐振电路，且该三个谐振电路再予串联连接。
3.如权利要求1所述的可全方位接收无线计步信号的无线计步器，其特征在于，其中该三个接收天线分置于X、Y、Z三轴方向。
4.如权利要求1所述的可全方位接收无线计步信号的无线计步器，其特征在于，其中该发射器的发射天线在发射无线计步信号时，其编码方式为发射器以每一完整的一个信号周期来代表高态信号或低态信号。
5.如权利要求4所述的可全方位接收无线计步信号的无线计步器，其特征在于，其中该发射器的发射天线在发射无线计步信号时，其编码方式更包括发射器以机台辨识码来作为机台的辨识。
6.如权利要求4所述的可全方位接收无线计步信号的无线计步器，其特征在于，其中该发射器的发射天线在发射无线计步信号时，其每一计步器有一个机台辨识码，而发射天线依据机台辨识码的延迟时间来作不同的时间延迟发射，避免两者信号互相冲突。
全文摘要
一种可全方位接收无线计步信号的无线计步器，包括有一发射器及一接收器，其中该发射器具有一振动检测单元、一发射器控制电路、一振荡电路、一发射天线，该振动检测单元可检测使用者走路或跑步时的震动信号，经该发射器控制电路后，经振荡电路产生振荡信号，再经由该发射天线发射出无线计步信号。一接收器，具有三个接收天线，分置于X、Y、Z三轴方向，可针对不同方向的无线计步信号产生谐振作用，其产生的谐振信号经一接收器控制电路的处理后得到一步数值的信号，并由一显示器予以显示。
文档编号G01C22/00GK1779731SQ20041009612
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月26日 优先权日2004年11月26日
发明者陈侑郁 申请人:陈侑郁