CN103793042A - 一种人体运动信息交互及显示的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于穿戴式电子设备和计算机服务器的人体运动信息交互及显示的系统和方法。人体的运动信息由穿戴式电子设备内置的加速度传感器采集，采集到的运动数据通过无线通信模块上传至相近的计算机内。计算机将运动数据显示到与其相连接的大屏幕显示器，使用者通过穿戴式电子设备内置的触摸式显示屏或手腕手势对大屏幕显示器的数据显示进行无线控制。当有多个用户时，计算机根据通讯建立的先后时间对多个用户的显示优先权进行排序，控制大屏幕显示器实时显示多人连接状况，并将各用户的运动数据上传至其对应的云空间进行数据存储和计算。本发明的有益效果是提供了一种人体运动信息交互及显示的方法和系统，满足人体运动健身的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种人体运动信息交互及显示的系统和方法。
背景技术
人体运动(Physical Activity)主要由人体骨骼、肌肉产生，表现为走路、快走、跑步等多种运动行为。人体运动对维持人体健康、预防心血管疾病、防止肥胖症、减少糖尿病都非常重要。为了身体健康，每个人都需要保证每天有一定的、不同类型的、科学的运动量。但是，普通人都很难掌控自己的运动量，以及是否达到健康要求。因此，准确监控及评估人体在日常生活状态下的人体运动量，尤其是运动类型及其强度，就非常重要。它能够指导人们开展相应的运动，维持合适的运动量，从而强身健体。
人体运动评估的首要目标是识别的人体运动类型、持续时间和运动强度。最近，加速度计、陀螺仪等传感器，由于其低廉的成本和非侵入性，被用于分析、评估人体运动。研究表明，采用这些传感器再结合较好的机器学习方法，例如隐马尔可夫模型、人工神经网络、支持向量机等，即可识别人体运动的类型和强度。
为了更好的满足人体运动健身的需求，需要一套穿戴式电子设备能够提供各种传感器信息，并且可以实现人体和计算模型(计算法服务器)的运动信息交互和显示。一方面运动者可以更加直观的了解自己的运动状态，也能校正模型运动类型识别错误，提供模型的计算精度，从而获得更好的运动健身结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种人体运动信息交互及显示的系统和方法。
一种人体运动信息交互及显示的系统和方法，该系统由手腕式运动监测设备、运动信息交互及显示系统、多人信息交互控制系统和云服务器数据交互系统组成。所述的手腕式运动监测设备通过内嵌三轴加速度传感器采集人体运动数据，通过无线通讯模块将采集到的数据上传至运动信息交互及显示系统；运动信息交互及显示控制系统包含计算机服务器和与之相连的大屏幕显示器，手腕式运动检测设备集成触摸式显示屏，通过该触摸式显示屏上的确认按键或佩戴该运动监测设备的手腕手势对大屏幕显示器上显示的运动数据进行选择或确认；多人信息交互控制系统实时显示多人连接状况，根据通讯建立的先后时间对多个用户的显示优先权进行排序，用户根据其优先权通过手腕式运动检测设备对数据显示进行控制；云服务器数据交互系统内置于计算机中，当计算机接入互联网以后，各用户的运动数据自动同步至其所对应的云空间。
手腕式运动监测设备内置测量人体运动的三轴加速度传感器、对该传感器的信号进行采样和处理的微处理器系统、触摸式显示屏、传感器数据存储单元和无线通信模块。微处理器系统对三轴加速度传感器进行实时采样，简单的信号处理后保存数据到存储单元；微处理器控制无线通信模块将采样后的传感器数据上传至相近的计算机服务器；用户通过触摸式显示屏上的按键进行控制指令的确认，按键确认信号通过无线通信模块发送至计算机服务器，从而对大屏幕显示器上的数据显示进行控制。
运动信息交互及显示系统控制用户运动数据的传输路径，包括从手腕式运动监测设备上传至计算机服务器，和从计算机服务器显示数据到大屏幕显示器上；当用户接近计算机服务器的内置无线通讯模块的有效通讯距离以内并保持相对静止状态超过设定时间，所述系统控制手腕式运动监测设备采样到的运动数据自动上传至计算机服务器中对应该用户的数据空间，同时控制触摸式显示屏显示是否与大屏幕显示器查看运动数据的确认信息，当用户确认以后，所述系统控制计算机服务器将该用户运动数据显示到大屏幕显示器上；所述系统支持用户通过手腕手势进行确认：用户晃动手腕一次为“确定数据显示”，用户于设定时间内连续晃动手腕两次为“取消数据显示”；当用户于大屏幕显示器查看数据超过设定时间之后，大屏幕显示器上显示是否停止数据查看的提示，用户通过触摸式显示屏上的确认按键或者手腕手势对该提示进行确认；如用户未在设定时间之内对该提示进行确认，计算机则自动终止该用户的数据查看。
当有多人同时接近计算机并与设定时间内保持相对静止状态-用户的三轴综合加速度变化幅值和标准偏差于设定的阈值以内，多人信息交互控制系统将所述多人的账户信息循环显示与大屏幕显示器上；用户与其手腕式运动监测设备上的触摸式显示屏或手腕手势对数据显示进行确认，系统根据用户确认显示的先后时间对用户的数据显示顺序进行排序；当前用户结束数据查看之后，计算机控制大屏幕显示器显示下一用户信息；等待查看数据的用户可随时离开，当该用户超出计算机无线通讯模块的有效通讯距离外，系统自动中止该用户在数据查看中的排位。
当计算机接入互联网时，云服务器数据交互系统自动同步计算机内所有用户的运动数据至其云端对应的空间中。
本发明的有益效果是：提供了一种人体运动信息交互及显示的系统和方法，能够满足人体运动健身功能需求。
附图说明
图1是人体运动信息交互及显示的系统方框图；
图2是人体运动信息交互及显示的结构示意图；
图3是手腕式运动监测设备与运动信息交互及显示系统连接示意图；
图4是手腕式运动监测设备结构示意图；
图5是运动信息交互及显示系统结构示意图；
图6是运动信息交互及显示方法流程图；
图7是手腕式运动监测设备手势确认方式示意图；
图8是多人信息交互控制系统结构及流程示意图。
图中：手腕式运动监测设备1、运动信息交互及显示系统2、多人信息交互控制系统3、云服务器数据交互系统4、用户5、三轴加速度传感器11、无线通信模块12、触摸式显示屏13、处理器111、存储单元112、电池113、电源管理模块114、计算机服务器21、大屏幕显示器22、触摸式显示屏确认按键23、手腕式运动监测设备手势24、运动信息交互及显示流程201-207、运动监测设备手势“确定数据显示”211、运动监测设备手势“取消数据显示”212、多人信息交互控制系统流程31-34。
具体实施方式
以下结合一种具体的实施方案和附图对本发明做详细的说明。该方案采用一种手腕式运动监测设备对人体运动进行实时监测，通过无线通讯模块与计算机服务器进行运动信息的交互，运动信息随后显示在大屏幕显示器上并通过互联网上传至云空间。手腕式运动监测设备采用三轴加速度传感器(MMA7361，Freescale)。
如图1及图2所示，手腕式运动监测设备1通过内嵌三轴加速度传感器11采集用户5运动数据，通过无线通讯模块12将采集到的数据上传至运动信息交互及显示系统2；运动信息交互及显示控制系统2包含计算机服务器21和与之相连的大屏幕显示器22，手腕式运动检测设备1集成触摸式显示屏13，通过该触摸式显示屏上的确认按键23或运动监测设备1的手势211和212对大屏幕显示器22上显示的运动数据进行选择或确认；多人信息交互控制系统3实时显示多人连接状况，根据通讯建立的先后时间对多个用户的显示优先权进行排序，用户根据其优先权通过手腕式运动检测设备1对数据显示进行控制；云服务器数据交互系统4内置于计算机21中，当计算机21接入互联网以后，各用户的运动数据自动同步至其所对应的云空间4。
如图3所示的是手腕式运动监测设备1与运动信息交互及显示系统2之间的连接及通信示意图，手腕式运动监测设备1主要包含3个重要元件：三轴加速度传感器11采集人体运动数据，无线通讯模块12将采集到的数据上传至运动信息交互及显示系统2，触摸式显示屏13对系统进行控制确认。
如图4所示是手腕式运动监测设备1的具体结构示意图，该设备内置测量人体运动的三轴加速度传感器11、对该传感器的信号进行采样和处理的微处理器系统111、触摸式显示屏13、传感器数据存储单元112和无线通信模块12。其中，微处理器系统111对三轴加速度传感器11进行实时采样，简单的信号处理(比如，简单的信号滤波及降噪，离群值剔除等)后保存数据到存储单元112；微处理器111控制无线通信模块12将采样后的传感器数据上传至相近的计算机服务器；用户通过触摸式显示屏13上的按键进行控制指令的确认，按键确认信号通过无线通信模块12发送至运动信息交互及显示系统2，从而对大屏幕显示器上的数据显示进行控制；所述系统通过可充电式电池113和电源管理模块114对系统的用电进行控制和管理。本发明作者采用的一种具体实施方式包括，使用Freescale(飞思卡尔)的MMA7361作为三轴加速度传感器，TI(德州仪器)的MSP430F147做为微处理器，蓝牙模块作为无线通信模块，三星的K9F2G08U0A作为传感器数据存储单元，富晶电子的FS8853作为电源管理。其他的模块如触摸式显示屏和电池均采用市场上通用元件。
如图5所示的是运动信息交互及显示系统的结构示意图，该系统包含计算机服务器21，大屏幕显示器22与其直接连接；通过手腕式运动监测设备集成的触摸式显示屏上的确认按键23或该运动监测设备的手势24对大屏幕显示器22上显示的运动数据进行选择或确认。
如图6所示的是运动信息交互及显示的方法流程图，运动信息交互及显示系统系统控制用户运动数据的传输路径，包括从手腕式运动监测设备1上传至计算机服务器21，和从计算机服务器显示数据到大屏幕显示器22。以下为具体的方法流程：当用户接近计算机服务器的内置无线通讯模块的有效通讯距离以内并保持相对静止状态超过设定时间，所述系统控制手腕式运动监测设备采样到的运动数据自动上传至计算机服务器中对应该用户的数据空间，同时控制触摸式显示屏显示是否与大屏幕显示器查看运动数据的确认信息201；当用户确认以后，所述系统控制计算机服务器将该用户运动数据显示到大屏幕显示器上，大屏幕显示器显示已建立连接的用户头像，并依一椭圆轨道持续绕行202；所述系统支持用户通过手腕式设备的触摸式显示屏的确认按键或者通过手腕式设备的手势进行确认203：用户确认以后，该用户头像绕行至正前方并放大，显示该用户的当前运动信息204；当用户于大屏幕显示器查看数据超过设定时间之后，大屏幕显示器上显示是否停止数据查看的提示，用户通过触摸式显示屏上的确认按键或者手势对该提示进行确认205；如用户未在设定时间之内对该提示进行确认，计算机则自动终止该用户的数据查看206；当有多个用户同时处于计算机的有效距离以内时，系统将依据用户确认显示的时间对用户的先后顺序进行排序207。
如图7所示的是手腕式运动监测设备的手势确认方式示意图，其具体实现方式为通过检测三轴加速度传感器在设定时间内出现的加速度峰值的次数，用户于设定时间内晃动手腕一次为“确定数据显示”211，用户于设定时间内连续晃动手腕两次为“取消数据显示”212。
如图8所示的是多人信息交互控制系统的结构及流程示意图，该系统实时控制计算机和大屏幕显示器上显示的用户信息34，当有多人同时接近计算机并与设定时间内保持相对静止状态，所述系统将所述多人的连接状态和账户信息循环显示与大屏幕显示器上31；用户与其手腕式运动监测设备上的触摸式显示屏或手腕手势对数据显示进行确认33，所述系统根据用户确认显示的先后时间对用户的数据显示顺序进行排序32；当前用户结束数据查看之后，计算机控制大屏幕显示器显示下一用户信息；等待查看数据的用户可随时离开，当该用户超出计算机无线通讯模块的有效通讯距离外，所述系统自动中止该用户在数据查看中的排位。
上述方案只是本发明的一种具体实施方式，在符合本发明的特征下可以有多种不同应用方案，但这些应用方案只要符合本发明的特征，都应属于本发明的权利保护范围。
Claims (10)
1.一种人体运动信息交互及显示的系统和方法，其特征在于：所述系统由手腕式运动监测设备(1)、运动信息交互及显示系统(2)、多人信息交互控制系统(3)和云服务器数据交互系统(4)组成，手腕式运动监测设备(1)通过无线通信模块(12)与运动信息交互及显示系统(2)相连，手腕式运动监测设备(1)将采集的人体运动数据上传至运动信息交互及显示系统(2)并显示在运动信息交互及显示系统(2)的大屏幕显示器(22)上，手腕式运动监测设备(1)通过触摸式显示屏或佩戴该运动监测设备(1)的手腕手势对大屏幕显示器上显示的运动数据进行选择或确认，多人信息交互控制系统(3)与运动信息交互及显示系统(2)相连，多人信息交互控制系统(3)实时显示多人连接状况，根据通讯建立的先后时间对多个用户的显示优先权进行排序，用户(5)根据其优先权通过手腕式运动检测设备(1)对数据显示进行控制，云服务器数据交互系统(4)与运动信息交互及显示系统(2)相连，将用户的运动数据上传至云空间(41)进行存储和计算。
2.根据权利要求1所述的手腕式运动监测设备，其特征在于：所述系统内嵌三轴加速度传感器(11)采集人体运动数据，通过无线通讯模块(12)将采集到的数据上传至运动信息交互及显示系统，使用触摸式显示屏(13)对系统进行控制确认。
3.根据权利要求2所述手腕式运动监测设备，其特征在于：所述设备内置测量人体运动的三轴加速度传感器(11)、对该传感器的信号进行采样和处理的微处理器系统(111)、触摸式显示屏(13)、传感器数据存储单元(112)和无线通信模块(12)；微处理器系统(111)对三轴加速度传感器(11)进行实时采样，简单的信号处理后保存数据到存储单元(112)；微处理器(111)控制无线通信模块(12)将采样后的传感器数据上传至相近的计算机服务器；用户通过触摸式显示屏(13)上的按键进行控制指令的确认，按键确认信号通过无线通信模块(12)发送至运动信息交互及显示系统(2)，从而对大屏幕显示器上的数据显示进行控制；所述系统通过可充电式电池(113)和电源管理模块(114)对系统的用电进行控制和管理。
4.根据权利要求1所述的运动信息交互及显示控制系统，其特征在于：所述系统包含计算机服务器(21)和与之相连的大屏幕显示器(22)；通过手腕式运动监测设备集成的触摸式显示屏上的确认按键(23)或佩戴该运动监测设备的手腕手势(24)对大屏幕显示器上显示的运动数据进行选择或确认。
5.根据权利要求4所述的运动信息交互及显示系统，其特征在于：所述系统控制用户运动数据的传输路径，包括从手腕式运动监测设备(1)上传至计算机服务器(21)，和从计算机服务器显示数据到大屏幕显示器(22)上；当用户接近计算机服务器的内置无线通讯模块的有效通讯距离以内并保持相对静止状态超过设定时间，所述系统控制手腕式运动监测设备采样到的运动数据自动上传至计算机服务器中对应该用户的数据空间，同时控制触摸式显示屏显示是否与大屏幕显示器查看运动数据的确认信息(201)；当用户确认以后，所述系统控制计算机服务器将该用户运动数据显示到大屏幕显示器上，大屏幕显示器显示已建立连接的用户头像，并依一椭圆轨道持续绕行(202)；所述系统支持用户通过手腕式设备的触摸式显示屏的确认按键或者通过手腕式设备的手势进行确认(203)；用户确认以后，该用户头像绕行至正前方并放大，显示该用户的当前运动信息(204)；当用户于大屏幕显示器查看数据超过设定时间之后，大屏幕显示器上显示是否停止数据查看的提示，用户通过触摸式显示屏上的确认按键或者手势对该提示进行确认(205)；如用户未在设定时间之内对该提示进行确认，计算机则自动终止该用户的数据查看(206)；当有多个用户同时处于计算机的有效距离以内时，系统将依据用户确认显示的时间对用户的先后顺序进行排序(207)。
6.根据权利要求5所述的手腕式设备手势确认，其特征在于：用户于设定时间内晃动手腕一次为“确定数据显示”(211)，用户于设定时间内连续晃动手腕两次为“取消数据显示”(212)。
7.根据权利要求1所述的多人信息交互控制系统，其特征在于：所述系统实时显示多人连接状况(31)，根据通讯建立的先后时间对多个用户的显示优先权进行排序(32)，用户根据其优先权通过手腕式运动检测设备对数据显示进行控制(33)，用户选定后，大屏幕显示器显示该用户的运动数据(34)。
8.根据权利要求7所述的多人信息交互控制系统，其特征在于：当有多人同时接近计算机并与设定时间内保持相对静止状态，所述系统将所述多人的账户信息循环显示与大屏幕显示器上；用户与其手腕式运动监测设备上的触摸式显示屏或手腕手势对数据显示进行确认，所述系统根据用户确认显示的先后时间对用户的数据显示顺序进行排序；当前用户结束数据查看之后，计算机控制大屏幕显示器显示下一用户信息；等待查看数据的用户可随时离开，当该用户超出计算机无线通讯模块的有效通讯距离外，所述系统自动中止该用户在数据查看中的排位。
9.根据权利要求8所述的用户保持相对静止状态，其特征在于：用户的三轴综合加速度变化幅值和标准偏差处于设定的阈值以内。
10.根据权利要求1所述的云服务器数据交互系统，其特征在于：当计算机接入互联网时，所述系统自动同步计算机内所有用户的运动数据至其云端对应的空间中。
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