CN103801050B - 一种哑铃 - Google Patents
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Abstract
本发明属于健身器材技术领域，尤其涉及一种哑铃。本发明提供的哑铃，包括：微控制器，与微控制器相连接的电源模块、传感器模块以及无线传输模块，电源模块，用于提供电源；传感器模块采集用户运动数据和体感数据，微控制器传感器模块采集的运动数据和体感数据计算用户运动消耗的能量，无线传输模块将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备，实现了哑铃与用户进行交互，能够实时采集用户运动参数以及用户消耗的能量。
Description
技术领域
本发明属于健身器材技术领域，尤其涉及一种哑铃。
背景技术
近年来随着人们生活与消费水平的提高，健康成为人们关注的热门话题。每个人都想拥有一个健康的身体，健身已成为现代人生活的一种时尚。而现在人们的居住空间越来越少，购买健身器材也已经成为健身的一种重要平台。
哑铃是体育健身器械中最常用的一种器械，结构简单但用途很多。传统哑铃没有智能控制，无法与用户进行交互。用户使用后无法知道其带来的健身效果，不方便用户合理健身。比如说用户用于状态，消耗多少卡路里，都无法得知。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包括传感器模块、微控制器以及无限传输模块的哑铃，旨在解决现有的哑铃无法与用户进行交互，不能获取运动参数以及用户消耗的能量的问题。
本发明提供了一种哑铃，包括：
微控制器，与所述微控制器相连接的电源模块、传感器模块以及无线传输模块；
所述电源模块，用于提供电源；
所述传感器模块，用于采集用户运动数据和体感数据；
所述微控制器，用于根据所述的运动数据和体感数据计算用户运动消耗的能量；
所述无线传输模块，用于将所述用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备。
进一步的，所述传感器模块还包括：
重力加速度传感器模块以及脉搏传感器模块；
所述重力加速度传感器模块，用于检测哑铃运动时的加速度；
所述脉搏传感器，用于检测用户的脉搏次数。
进一步的，所述微控制器，还包括曲线绘制单元以及计算单元；
所述曲线绘制单元，用于根据加速度传感器输出的信号绘制加速度曲线；
所述计算单元，用于根据加速度曲线计算用户运动消耗的能量。
进一步的，所述计算单元还包括：判断单元、第一计算子单元、第二计算子单元；
所述判断单元，用于根据所述加速度曲线判断用户运动为有氧运动还是无氧运动；
所述第一计算子单元，用于当用户运动为有氧运动时，根据第一计算公式计算用户运动消耗的能量；
所述第二计算子单元，用于当用户运动为无氧运动时，根据第二计算公式计算用户运动消耗的能量。
进一步的，所述判断单元还包括：
判断子单元，用于根据加速度曲线二阶微分判断用户运动为有氧运动还是无氧运动，当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值大于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为无氧运动；当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值小于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为有氧运动，其中n为大于1的整数。
进一步的，所述第一计算公式为：其中w1为用户运动消耗的能量，η为大于0的第一权值，h(t)表示加速度曲线函数。
进一步的，所述第二计算公式为：其中w2为用户运动消耗的能量，μ为大于0的第二权值，h(t)表示加速度曲线函数。
进一步的，所述哑铃还包括：近场通信NFC模块，所述NFC模块，用于识别运动器材的类型、品牌以及用户身份。
进一步的，所述哑铃还包括：报警提示模块，用于当用户脉搏次数超过预设值时，报警提醒用户运动过于剧烈。
进一步的，所述哑铃还包括：显示模块1，用于将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量在显示屏幕上进行显示。
本发明提供的哑铃，包括：微控制器，与微控制器相连接的电源模块、传感器模块以及无线传输模块，电源模块，用于提供电源；传感器模块采集用户运动数据和体感数据，微控制器传感器模块采集的运动数据和体感数据计算用户运动消耗的能量，无线传输模块将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备，实现了哑铃与用户进行交互，能够实时采集用户运动参数以及用户消耗的能量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的哑铃装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的图1中计算单元112的结构框图。
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。
图1示出了本发明实施例提供的一种哑铃的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参照图1，该哑铃包括：微控制器11，与所述微控制器11相连接的电源模块12、传感器模块13以及无线传输模块14。
电源模块12，用于为整个系统提供电源，包括为其他各模块提供电源。传感器模块13，用于采集用户运动数据和体感数据。进一步的，传感器模块13还包括：重力加速度传感器模块131以及脉搏传感器模块132。重力加速度传感器模块131，用于检测哑铃运动时的加速度。脉搏传感器模块132，用于检测用户的脉搏次数。这样通过重力加速度传感器模块131，能够得到哑铃相应的加速度变化，进而可以得知哑铃的运动状态和方向，具体的，重力加速度传感器模块131根据哑铃运动和方向改变输出信号的电压值。在哑铃不运动或不受重力作用的状态下(0g),其输出为一初始电压值。如果用户沿着某一个方向举起哑铃运动，输出电压就会根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变，即不同的电压值对应不同的加速度。通过脉搏传感器模块132可以获知用户的脉搏次数。
进一步的，微控制器11，还包括曲线绘制单元111以及计算单元112。
曲线绘制单元111，用于根据加速度传感器输出的信号绘制加速度曲线。计算单元112，用于根据加速度曲线计算用户运动消耗的能量。
无线传输模块14，用于将所述用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备，可以发送给用户的手机、个人电脑PC、电视以及机顶盒等设备。
图2为图1中计算单元112的结构框图，计算单元112还包括：判断单元1121、第一计算子单元1122以及第二计算子单元1123。
判断单元1121，用于根据上述加速度曲线判断用户运动为有氧运动还是无氧运动。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,长跑、骑单车、爬山、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，短跑、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：有氧运动时间长强度低，无氧运动时间短强度高。人体在运动过程中，通过哑铃内置的重力加速度传感器模块可以采集到运动参数，该参数中人体运动的加速度和时间可以反映出运动的状态，其形成的运动曲线可以直观的看出：有氧运动曲线波峰低、时间较长，无氧运动曲线波峰高、时间短。使用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。曲线变化较快的则是无氧运动，在数学上表现为函数的2阶微分值较大，假设无氧运动方程的2阶微分大于预设阀值则就表示为无氧运动，反之则为有氧运动。
具体的，判断单元1121还包括判断子单元11211，用于根据加速度曲线二阶微分判断用户运动为有氧运动还是无氧运动，当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值大于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为无氧运动；当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值小于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为有氧运动，其中n为大于1的整数。
第一计算子单元1122，用于当用户运动为有氧运动时，根据第一计算公式计算用户运动消耗的能量。上述第一计算公式为：其中w1为用户运动消耗的能量，η为大于0的第一权值，h(t)表示加速度曲线函数。第一计算子单元在实际计算时，通过采样t1至t2时间段内加速度曲线h(t)的函数值，进行累计求和得到h(t)在时间段t1至t2的积分值，然后将得到的积分值乘以第一权值η得到第一时间段用户运动消耗的能量。第一权值η为一先验值，是经过大量对有氧运动能量消耗量测量实验的得出来的。
第二计算子单元1123，用于当用户运动为无氧运动时，根据第二计算公式计算用户运动消耗的能量。所述第二计算公式为：其中w2为用户运动消耗的能量，μ为大于0的第二权值，h(t)表示加速度曲线函数。第二计算子单元在实际计算时，通过采样t1至t2时间段内加速度曲线h(t)的函数值，进行累计求和得到h(t)在时间段t1至t2的积分值，然后将得到的积分值乘以第二权值μ得到第一时间段用户运动消耗的能量。第二权值μ为先验值，是经过大量对无氧运动能量消耗量测量实验的得出来的。
进一步的，上述哑铃还包括：近场通信NFC模块15，NFC模块15与微控制器11相连接，用于识别运动器材的类型、品牌以及用户身份。NFC模块15可以识别哑铃以及其他运动器材的类型、品牌，比如器材条码等，同时NFC模块15还能识别用户身份，具体的NFC模块15通过识别用户的健身卡ID、或者手机ID等来识别用户是否为被允许使用哑铃的用户。
进一步的，上述哑铃还包括：报警提示模块16，报警提示模块16与微控制器11相连接，用于当用户脉搏次数超过预设值时，报警提醒用户运动过于剧烈。
进一步的，上述哑铃还包括显示模块17，用于将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量以及绘制的加速度曲线在显示屏幕上进行显示。
在本发明中提供了一种哑铃，包括：微控制器，与微控制器相连接的电源模块、传感器模块以及无线传输模块，电源模块，用于提供电源；传感器模块采集用户运动数据和体感数据，微控制器传感器模块采集的运动数据和体感数据计算用户运动消耗的能量，无线传输模块将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备，实现了哑铃与用户进行交互，能够实时采集用户运动参数以及用户消耗的能量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种哑铃，其特征在于，包括：
微控制器，与所述微控制器相连接的电源模块、传感器模块以及无线传输模块；
所述电源模块，用于提供电源；
所述传感器模块，用于采集用户运动数据和体感数据；
所述微控制器，用于根据所述的运动数据和体感数据计算用户运动消耗的能量；
所述无线传输模块，用于将所述用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量发送给终端设备；
所述传感器模块还包括重力加速度传感器模块、曲线绘制单元以及计算单元；
所述重力加速度传感器模块，用于检测哑铃运动时的加速度；
所述曲线绘制单元，用于根据加速度传感器输出的信号绘制加速度曲线；
所述计算单元，用于根据加速度曲线计算用户运动消耗的能量；
所述计算单元包括判断单元，该判断单元用于根据所述加速度曲线判断用户运动为有氧运动还是无氧运动。
2.如权利要求1所述的哑铃，其特征在于，所述传感器模块还包括：
用于检测用户的脉搏次数的脉搏传感器模块。
3.如权利要求2所述的哑铃，其特征在于，所述计算单元还包括：
第一计算子单元、第二计算子单元；
所述第一计算子单元，用于当用户运动为有氧运动时，根据第一计算公式计算用户运动消耗的能量；
所述第二计算子单元，用于当用户运动为无氧运动时，根据第二计算公式计算用户运动消耗的能量。
4.如权利要求1所述的哑铃，其特征在于，所述判断单元还包括：
判断子单元，用于根据加速度曲线二阶微分判断用户运动为有氧运动还是无氧运动，当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值大于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为无氧运动；当加速度曲线对应的第一时间内有连续n个时刻的二阶微分值小于第一阈值，则判定第一时间内对应的运动为有氧运动，其中n为大于1的整数。
5.如权利要求3所述的哑铃，其特征在于，所述第一计算公式为：其中w1为用户运动消耗的能量，η为大于0的第一权值，h(t)表示加速度曲线函数。
6.如权利要求3所述的哑铃，其特征在于，所述第二计算公式为：其中w2为用户运动消耗的能量，μ为大于0的第二权值，h(t)表示加速度曲线函数。
7.如权利要求1-6之一所述的哑铃，其特征在于，所述哑铃还包括：近场通信NFC模块，所述NFC模块，用于识别运动器材的类型、品牌以及用户身份。
8.如权利要求1-6之一所述的哑铃，其特征在于，所述哑铃还包括：报警提示模块，用于当用户脉搏次数超过预设值时，报警提醒用户运动过于剧烈。
9.如权利要求1-6之一所述的哑铃，其特征在于，所述哑铃还包括：显示模块，用于将用户运动数据、体感数据以及用户运动消耗的能量在显示屏幕上进行显示。
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