CN103801048B - 一种智能跳绳及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于体育器械制造技术领域，本发明提供一种智能跳绳，包括：手柄和绳索，所述手柄内还包括：控制模块、传感器模块、无线传输模块以及供电模块；所述供电模块的输出端连接所述控制模块的输入端；所述传感器模块的输出端连接所述控制模块的输入端；所述控制模块的输出端连接所述无线传输模块的输入端，所述控制模块根据传感器模块采集的运动参数获得运动曲线，并根据所述运动曲线获取运动消耗能量值，且将所述运动参数和所述运动消耗能量值通过所述无线传输模块发送给智能终端。本发明实在计算卡路里上采用与传统方式不同的更加准确的算法，能够准确计算出各种运动形式下的准确运动量和能量消耗。

Description

一种智能跳绳及控制方法

技术领域

本发明属于体育器械制造技术领域，尤其涉及一种智能跳绳及控制方法。

背景技术

目前，对于跳绳参与者而言，通常需要在跳绳过程中自己对跳绳次数进行统计，很容易出现错误，造成对跳绳成绩的影响。现有技术中存在一种带显示屏的跳绳，可以对跳绳的次数进行记录，并显示在显示屏上，但是由于现有的带显示屏的跳绳的计数方式很容易产生机械磨损和机械疲劳，因此使跳绳的使用寿命大大降低，并且现有的带显示屏的跳绳按键过多，设置不方便，同时使用功能单一，不具有计算消耗运动量的功能，并且不能把数据导出，也不能实时传输到电脑、手机或其他智能设备上进行管理和分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种智能跳绳及控制方法，以解决现有技术中带显示屏的跳绳使用寿命短以及使用功能单一的缺陷。

本发明实施例提供一种智能跳绳，包括：手柄和绳索，所述手柄内还包括：控制模块、传感器模块、无线传输模块以及供电模块；

所述供电模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述供电模块为所述智能跳绳供电；

所述传感器模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述传感器模块用于用户在使用所述智能跳绳时采集用户的运动参数；

所述控制模块的输出端连接所述无线传输模块的输入端，所述控制模块根据传感器模块采集的运动参数获得运动曲线，并根据所述运动曲线获取运动消耗能量值，且将所述运动参数和所述运动消耗能量值通过所述无线传输模块发送给智能终端。

所述传感器模块包括旋转计数器、重力加速度传感器以及温度传感器；

所述旋转计数器用于计算用户的跳绳次数；

所述温度传感器用于检测用户的体表温度；

所述重力加速度传感器用于检测用户在运动过程中的重力加速度；

所述运动参数包括所述跳绳次数、体表温度及所述重力加速度。

所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分运算得到运动消耗的能量值。

所述控制模块包括曲线获取单元、判断单元以及计算单元；

所述曲线获取单元用于根据传感器模块采集的运动参数得出运动曲线；

所述判断单元用于判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值，是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

所述计算单元用于分别计算无氧运动消耗能量值和有氧运动消耗能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗能量值。

所述智能跳绳还包括近场通信模块，所述近场通信模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述近场通信模块用于与智能终端进行数据交互以使所述智能终端识别所述智能跳绳的类型和品牌。

本发明另一实施例提供一种智能跳绳的控制方法，包括以下步骤：

传感器模块采集用户的运动参数；

控制模块根据采集的运动参数获得运动曲线；

控制模块根据所述运动曲线获取运动消耗能量值；

无线传输模块将所述运动参数和所述运动消耗能量值发送给智能终端。

所述采集用户的运动参数的步骤具体为：采集用户的跳绳次数、用户的体表温度以及用户在运动过程中的重力加速度。

所述控制模块根据所述运动曲线获取运动消耗能量值的步骤具体为：所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分得到运动消耗的能量值。

所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分运算得到运动消耗的能量值的步骤具体为：

判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值；

是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

分别计算无氧运动消耗的能量值和有氧运动消耗的能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗能量值。

所述无氧运动消耗的能量值为所述有氧运动消耗的能量值为 $\mathrm{\η}{\∫}_{t_1}^{t_2}h\left(t\right)\mathrm{dt};$

其中，t为人体运动的时间，t1为人体运动的起始时间，t2为人体运动的结束时间，η为有氧运动的权值，μ为无氧运动的权值。

本发明实施例智能跳绳在计算卡路里上采用与传统方式不同的更加准确的算法，采用运动曲线积分法计算运动量，能够准确计算出各种运动形式下的准确运动量和能量消耗，并通过区分有氧和无氧量计算方法，成功的解决了运动定性和定量分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种智能跳绳的实施例结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种智能跳绳的另一实施例结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种智能跳绳的控制模块内部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种智能跳绳的运动与时间曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的一种智能跳绳的控制方法实施例结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例一种智能跳绳，请参阅图1，包括：手柄和绳索，所述手柄内还包括：控制模块102、传感器模块103、无线传输模块104以及供电模块101；

所述供电模块101的输出端连接所述控制模块102的输入端，所述供电模块101为所述智能跳绳供电；

所述传感器模块103的输出端连接所述控制模块102的输入端，所述传感器模块103用于用户在使用所述智能跳绳时采集用户的运动参数；

所述控制模块102的输出端连接所述无线传输模块104的输入端，所述控制模块102根据传感器模块103采集的运动参数得出运动曲线，并根据所述运动曲线获取运动消耗能量值，且将所述运动参数和所述运动消耗能量值通过所述无线传输模块104发送给智能终端。

所述控制模块102可以包括微处理器（MCU），该MCU可以包括中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、只读存储模块（read-only memory，ROM）、随机存储模块（random access memory，RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D converter）、以及复数输入/输出。当然，控制模块102也可以采用其它形式的集成电路，如：特定用途集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC）或现场可程序化门阵列（Field Programmable GateArray，FPGA）等。

请参阅图2，所述传感器模块103包括旋转计数器111、重力加速度传感器113以及温度传感器112；

所述旋转计数器111用于计算用户的跳绳次数；

所述温度传感器112用于检测用户体的表温度；

所述重力加速度传感器113用于检测用户在运动过程中的重力加速度；

所述运动参数包括所述跳绳次数、体表温度及所述重力加速度。

所述控制模块102对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分运算得到运动消耗的能量值。例如人体的运动时间为t，控制模块102通过对该段时间内的运动曲线函数进行积分可以得到运动消耗的能量值。

具体的，请参阅图3，所述控制模块102包括曲线获取单元121、判断单元122以及计算单元123；

所述曲线获取单元121用于根据传感器模块103采集的运动参数得出运动曲线；

所述判断单元122用于判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值，

是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

所述计算单元123用于分别计算无氧运动消耗能量值和有氧运动消耗能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗的能量值。

本发明实施例智能跳绳采用曲线积分法实现的运动消耗能量值的精确计算，在计算的过程中将运动分为有氧运动和无氧运动，其中，有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼，其运动时间较长，运动强度在中等或中上等，例如长跑、骑单车、爬山以及太极等都是有氧运动。无氧运动是高强度、瞬时性强的运动，持续时间短，例如短跑和举重等是无氧运动。根据这个可以看出有氧运动和无氧运动的区别是：有氧运动时间长并且强度低，无氧运动时间短并且强度高。人体在运动过程中，通过手环内置的重力感应加速度模块可以采集到运动参数，该参数中人体运动的幅度和时间可以反映出运动的状态，请参阅图4，其形成的运动曲线可以直观的看出：有氧运动曲线波峰低并且时间较长，无氧运动曲线波峰高并且时间短。通过该特征即可区分有氧运动和无氧运动。计算相应时间段的曲线面积即可算出此时间段消耗的能量，再与有氧运动和无氧运动的权值相乘，即可获得准确的数据。

假设人体运动的时间为t，人体运动的起始时间为t1，人体运动的结束时间为t2，，波峰高度为h。有氧运动的权值是η，无氧运动的权值是μ，曲线函数为h(t)。曲线变化较快的则是无氧运动，在数学上表现为函数的二阶微分值较大，假设无氧运动方程的二阶微分阀值为α，则就表示为无氧运动，反之则为有氧运动。

则运动消耗的能量是：

$w=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&eta;}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}h\left(t\right)\mathrm{dt}& \frac{{\mathrm{dh}}^2\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}<\mathrm{\&alpha;}\\ \mathrm{\&mu;}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}h\left(t\right)\mathrm{dt}& \frac{{\mathrm{dh}}^2\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}>\mathrm{\&alpha;}\end{array}\right.$

式中分别为有氧运动和无氧运动的能量消耗计算方程式，其中为有氧运动消耗能量值的计算公式，为无氧运动消耗能量值的计算公式。

本发明实施例智能跳绳在计算卡路里上采用与传统方式不同的更加准确的算法，采用运动曲线积分法计算运动量，能够准确计算出各种运动形式下的准确运动量和能量消耗。根据加速度参数区分有氧和无氧量计算方法，成功的解决了运动定性和定量分析。

本发明实施例智能跳绳中传感器模块103检测佩戴者的运动信息并将其传送到控制器；控制器使用超低功耗主控MCU，用于接收和存储传感器模块103所采集的信息以及协助蓝牙模块或无线传输模块工作；无线传输模块用于使用户的智能跳绳和智能终端例如智能手机或pc或电视端之间进行无线通信连接，实现所述智能跳绳与上述设备之间的交互传输。

所述智能跳绳还包括近场通信模块105，所述近场通信模块105的输出端连接所述控制模块102的输入端，所述近场通信模块105用于与智能终端进行数据交互以使所述智能终端识别跳绳的类型和品牌。

本发明实施例一种智能跳绳，能够与智能手机应用或pc端应用或电视端或机顶盒端的应用实现无线同步连接、实现手机等设备同步显示，管理，分析跳绳上传的数据的功能，并将分析的输出上传到我们提供的网站平台，实现记录、分析和管理，分享和应用运动数据的功能。

本发明的跳绳，还可以通过蓝牙4.0技术（或者其他蓝牙技术、wifi技术以及体感技术等无线技术）实现和智能终端例如智能电视、电脑、平板电脑、苹果手机、安卓手机以及机顶盒等设备端的运动互动效果，提升了用户的运动乐趣。

本发明另一实施例提供一种智能跳绳的控制方法，请参阅图5，包括以下步骤：

S201、传感器模块采集用户的运动参数；

S202、控制模块根据采集的运动参数获得运动曲线；

S203、控制模块根据所述运动曲线获取运动消耗能量值；

S204、无线传输模块将所述运动参数和所述运动消耗能量值发送给智能终端。

所述S201的步骤具体为：采集用户的跳绳次数、用户的体表温度以及用户在运动过程中的重力加速度。

所述S203的步骤具体为：所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分得到运动消耗的能量值。

所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分得到运动消耗的能量值的步骤具体为：

判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值；

是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

分别计算无氧运动消耗的能量值和有氧运动消耗的能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗能量值。

所述无氧运动消耗能量值为所述有氧运动消耗能量值为 $\mathrm{\&eta;}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}h\left(t\right)\mathrm{dt};$

其中，t为人体运动的时间，t1为人体运动的起始时间，t2为人体运动的结束时间，η为有氧运动的权值，μ为无氧运动的权值。

所述采集用户的运动参数的步骤之前还包括：与智能终端进行数据交互，使智能终端识别所述智能跳绳的类型和品牌。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种智能跳绳，其特征在于，包括：手柄和绳索，所述手柄内还包括：控制模块、传感器模块、无线传输模块以及供电模块；

所述供电模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述供电模块为所述智能跳绳供电；

所述传感器模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述传感器模块用于用户在使用所述智能跳绳时采集用户的运动参数；

所述控制模块的输出端连接所述无线传输模块的输入端，所述控制模块根据传感器模块采集的运动参数获得运动曲线，并根据所述运动曲线获取运动消耗能量值，且将所述运动参数和所述运动消耗能量值通过所述无线传输模块发送给智能终端；

所述传感器模块包括旋转计数器、重力加速度传感器以及温度传感器；

所述旋转计数器用于计算用户的跳绳次数；

所述温度传感器用于检测用户的体表温度；

所述重力加速度传感器用于检测用户在运动过程中的重力加速度；

所述运动参数包括所述跳绳次数、体表温度及所述重力加速度；

所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分运算得到运动消耗的能量值。

2.如权利要求1所述的智能跳绳，其特征在于，所述控制模块包括曲线获取单元、判断单元以及计算单元；

所述曲线获取单元用于根据传感器模块采集的运动参数得出运动曲线；

所述判断单元用于判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值，是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

所述计算单元用于分别计算无氧运动消耗能量值和有氧运动消耗能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗能量值。

3.如权利要求1所述的智能跳绳，其特征在于，还包括近场通信模块，所述近场通信模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述近场通信模块用于与智能终端进行数据交互以使所述智能终端识别所述智能跳绳的类型和品牌。

4.一种权利要求1所述的智能跳绳的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

传感器模块采集用户的运动参数；

控制模块根据采集的运动参数获得运动曲线；

控制模块根据所述运动曲线获取运动消耗能量值；

无线传输模块将所述运动参数和所述运动消耗能量值发送给智能终端；

所述采集用户的运动参数的步骤具体为：采集用户的跳绳次数、用户的体表温度以及用户在运动过程中的重力加速度；

所述控制模块根据所述运动曲线获取运动消耗能量值的步骤具体为：所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分运算得到运动消耗的能量值。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制模块对所得到的运动曲线在一段时间内进行积分得到运动消耗的能量值的步骤具体为：

判断曲线函数的二阶微分是否大于预设值；

是，则判定用户所做运动为无氧运动，否，则用户所做运动为有氧运动；

分别计算无氧运动消耗的能量值和有氧运动消耗的能量值，并对无氧运动消耗能量值与有氧运动消耗能量值进行求和运算以得到运动消耗能量值。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述无氧运动消耗的能量值为所述有氧运动消耗的能量值为

其中，t为人体运动的时间，t1为人体运动的起始时间，t2为人体运动的结束时间，η为有氧运动的权值，μ为无氧运动的权值。