CN105323316B - 一种基于耳机的智能健身指导系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耳机的智能健身指导系统及方法，本发明专利通过使用健身专家系统实时对用户的传感器数据进行分析，并且通过耳机以语音的方式将分析结果和健身建议反馈至用户，实现了实时的、智能化的健身指导。具体地，系统由手机端、耳机端、手机端与耳机端的连接线组成。手机端的健身专家系统根据音频采集模块、传感器组以及手机内置传感器组所采集到的数据以及用户信息，结合健身指导课件进行实时分析。控制中心将分析结果转化为音频数据，并通过控制模块以及耳机端的传感器数据采集装置控制模块发送至耳机端的耳机控制模块，并最终通过音频输出模块将健身指导信息以声音的形式反馈给用户。

Description

一种基于耳机的智能健身指导系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于耳机的智能健身指导系统及方法，属于智能耳机技术领域。

背景技术

随着生活水平的提高，人们的保健意识不断增强，健身运动渐成时尚，越来越多的人投入到以体育锻炼为主要形式的健身运动中去。值得注意的是，不恰当的健身方式和强度不仅不会提高身体素质，反而会损害人体健康，因此科学有效的健身指导尤为重要。科学有效的健身指导应具有实时性、针对性、指导性、反馈有效性等特点。其中，实时性即用户数据的变化与记录保持一致，用户获取到的指导信息是即时的；针对性即用户获取到的指导信息是针对个人的、具有个性化的；指导性即用户获取到的指导信息是科学有效的、具有指导意义的；反馈有效性即用户获取到指导信息的方式是容易被注意到的、便捷的，指导信息的内容是易于被接受的。目前，真人健身教练资源稀缺且价格昂贵，因此越来越多的人开始使用智能的健身指导系统达到健身指导的目的。

如今已经提出了不少关于健身指导的系统、方法以及应用。

部分智能健身教练系统绑定在健身器械上,通过传感器测量用户的基本身体信息，然后经过计算和分析给出健身方案的建议，并通过显示屏播放示范视频。该系统能在健身方案制定和健身示范方面给予一定的指导，但是只能针对特定健身器械，作用单一成本较高，且在运动过程中没有针对实时用户状况的健身指导。

在申请号为201110282664.8的发明专利申请中披露了一种能够感测运动状态并以语音进行播报的运动状态的语音提示系统及其方法，通过感测运动状态并分析产生提示文件，并通过语音引擎将提示文件的文字内容转换成提示语音以进行播放，用户不需停下当前运动、查看设备就可通过语音播报捕获到自己的运动状态信息。该系统具有实时性和针对性且使用了有效的语音反馈，然而，未能满足指导性要求，即系统只是给出了运动状态信息，没有给出任何建设性的健身指导。

随着智能手机的感知、计算、通信能力进一步提高，健身类应用软件也越来越多，如咕咚运动、Nike Training、Run Keeper等，该类应用软件均可通过传感器数据的采集和分析有效记录用户的运动情况，但在用户反馈方面普遍使用手机屏幕来进行用户提示，用户为了获取到反馈信息需要专门拿出手机进行查看，虽然部分应用使用了语音提示功能，但仅限于事先设定好的提示内容和简单提示规则，如运动达到设定时长或路程时给予运动阶段提示，指导性不强。

因此，上述智能健身指导系统的解决方案与提供科学有效的健身指导的要求仍存在较大的差距，主要体现在反馈信息缺乏指导性、实时性不强、反馈效果不佳等方面。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种基于耳机的智能健身指导系统及方法，解决了现有系统存在的数据处理和反馈不及时，反馈效果不佳的问题，重点地解决了智能的指导建议匮乏的问题。

一种基于耳机的智能健身指导系统，包括手机端、耳机端、手机端和耳机端的连接线；

手机端包括智能手机、手机内置传感器组、控制中心和健身专家系统；

手机内置传感器组内置在智能手机中，手机内置传感器组采集用户自身或所处环境相关的数据，数据输出至控制中心，通过控制模块存储到存储模块；

控制中心包含存储模块、语音分析模块、语音合成模块和控制模块；

控制模块接收耳机端或手机内置传感器组的传感器数据后，保存至存储模块，存储模块存储耳机端所采集到的传感器数据、手机内置传感器组的数据、用户的个人信息和系统设置；

语音分析模块将用户的语音指令转换成相应文本信息；

控制模块实时调用健身专家系统进行用户健身状况的决策分析，然后接收语音合成模块传回的语音反馈结果，中断用户的语音播放，并将该语音反馈结果传输至耳机端，最后恢复用户的语音播放；另外，控制模块分析输入的语音信号，若检测出该信号为用户发出的语音指令，则调用语音分析模块分析指令内容，并进行相应的操作；

控制模块接收用户输入的课件，并将其传入到健身专家系统中，经过知识获取后成为知识库中的知识；

健身专家系统接收控制模块的控制信号，根据控制信号以及存储模块中已存储的传感器信息、用户个人信息进行综合的决策分析，然后将包含运动分析结果和健身建议的反馈文本信息传输至语音合成模块；

耳机端包括音频输出模块、音频采集模块、耳机控制模块、传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块；

音频输出模块、耳机控制模块位于耳机中，音频采集模块位于麦克风中，传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块位于传感器数据采集装置中；

音频输出模块，将反馈音频信号以语音形式反馈给用户，语音输出通过耳机实现；

音频采集模块采集声音信息，包括用户自身或环境相关的语音信息以及用户的语音指令；

耳机控制模块控制耳机信号和麦克风信号传输，音频信号经耳机控制模块传输至音频输出模块，音频采集模块采集到的语音数据经耳机控制模块传送至传感器采集装置；传感器采集装置采集用户自身或所处环境相关的数据；传感器组采集到数据后实时传输到临时存储模块进行存储；临时存储模块实现传感器原始数据的临时存储功能，该模块为一个缓冲区，新采集到的传感器数据临时存入，等待数据上传完毕即从缓冲区里删除；传感器数据采集装置控制模块接收手机端的音频信号和控制信号，接收麦克风的音频信号，并传输音频信号到耳机；传感器数据采集装置控制模块向传感器组发送控制信号，接收临时存储模块的传感器数据，向临时存储模块发送清除数据的命令；传感器数据采集装置控制模块将传感器数据实时传输到手机端，传感器数据包括传感器组采集到的数据和麦克风采集到的语音信号；

手机端和耳机端的通过连接线进行连接。

一种基于耳机的智能健身指导系统的智能健身指导方法，具体的实现步骤如下：

步骤一：系统初始化；

步骤二：用户基本信息录入；

把用户的基本信息录入到系统手机端的存储模块中，包括两种主要的录入方式，一是用户通过操作手机直接输入自身的基本信息，二是通过耳机端传感器采集装置及麦克风和手机内置的传感器组收集相应的传感器数据后经过分析处理得到用户的信息；其中，方式二所述的传感器数据包含用户的语音信息，用户的语音信息经过手机端的语音分析模块分析后转换成相应的命令，手机端的控制模块通过执行命令完成对应用户基本信息的设置；

步骤三：健身课件录入；

不同的健身项目对应不同的健身课件，部分健身课件对应的知识内置于系统的知识库中，另外，用户能够通过操作手机输入新的健身课件或更新当前的知识库；健身课件经手机端的控制模块发送到健身专家系统的知识获取机构中，经过学习后课件转变成知识被存储到知识库中；

步骤四：传感器数据采集；

系统实时通过耳机端传感器数据采集装置的传感器组、耳机端的麦克风和手机端手机内置传感器组采集与用户相关的传感器数据；

步骤五：传感器数据的传输和存储；

耳机端传感器数据采集装置的传感器组和耳机端的麦克风采集到的传感器数据经过耳机线传输到手机端的控制模块，然后存储于手机端的存储模块中；手机端手机内置传感器的传感器组采集到的传感器数据经手机端控制模块，然后存储于手机端的存储模块中；数据的传输和存储过程与数据的采集过程同步进行；

步骤六：健身专家系统的决策分析；

健身专家系统获取手机端存储模块中的传感器数据和用户基本信息，通过综合的分析和推理，若判断需要向用户提供反馈信息，则生成关于用户健身的文本反馈信息，包括结果分析和指导建议；

步骤七：判断是否生成用户反馈，若无，转步骤四；

步骤八：反馈文本信息转换成反馈音频信号；

通过语音合成技术，将健身专家系统给出文本形式的分析结果和健身建议转换成语音形式；

步骤九：中断用户的语音播放，反馈音频信号发送至耳机端；

若当前用户正在边听音乐边锻炼，则需要通过手机端的控制模块中断用户自身的语音播放，并保留相应的状态环境参数；判定当前语音信道未被占用后，反馈音频信号通过耳机线传输到耳机端的传感器数据采集装置，然后再通过有线或者无线的方式传输至耳机听筒，用户即可接收到关于自身当前健身状况的分析结果和建议，并进行合适地调整以达到科学健身的目的；

继续用户的语音播放；若在播放反馈信息之前，用户正在收听其他音频消息，则在提示信息播放完毕后，手机端的控制模块根据已保存的关于用户语音的状态环境参数，继续进行用户的语音播放；转步骤四。

本发明的优点在于：

(1)交互性：采用声动交互的方式实现人机互动，用户运动情况被传输给系统，系统根据运动情况通过耳机将指导反馈传输给用户，而且，耳机小巧轻便于携带，利用耳机来进行声音反馈更加容易被用户注意和接收，同时，声音反馈能传达丰富的内容，因此，体现了良好的双向交互性；

(2)智能化：拥有真人教练般科学的指导，系统包含复杂的健身专家系统模块，其具有诊断和提出调整建议的功能，能够有效帮助用户在运动中调整健身策略；

(3)实时性：一方面是传感器数据的实时收集、存储与分析，另一方面是一旦生成新的指导信息立即反馈给用户，具有极小的时延性。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的耳机端的结构框图；

图3是本发明的手机端的结构框图；

图4是本发明的健身专家系统的结构框图；

图5是本发明的方法的流程图。

图中：

1 用户音频信号	2 音频信号	3 控制信号
			4 音频信号	5 用户音频信号	6 反馈音频信号
7 数据采集控制信号	8 传感器数据	9 实时传感器数据
			10 用户个人信息	11 音频信号	12 用户相关信息
13 反馈文本信息

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种基于耳机的智能健身指导系统，如图1所示，包括手机端、耳机端以及手机端和耳机端的连接线。

手机端如图1和图3所示，包含智能手机、手机内置传感器组、控制中心和健身专家系统。

手机内置传感器组内置在智能手机中，手机内置传感器组采集GPS传感器、加速度传感器、陀螺仪、温度计、湿度计、气压计、脉搏计、血压计等传感器所采集到的数据，数据输出至控制中心，通过控制模块存储到存储模块；手机内置传感器组用以完成传感器原始数据的采集工作，采集用户自身或所处环境相关的数据；

控制中心如图3所示，包含存储模块、语音分析模块、语音合成模块和控制模块。

控制模块接收耳机端或手机内置传感器组的传感器数据后，保存至存储模块，存储模块实现手机端的数据存储功能，用于耳机端所采集到的传感器数据、手机内置传感器组的数据、用户的个人信息和系统设置。

语音分析模块用于把用户的语音指令转换成相应文本信息。

控制模块实时调用健身专家系统进行用户健身状况的决策分析，然后接收语音合成模块传回的语音反馈结果，中断用户的语音播放，并将该语音反馈结果传输至耳机端，最后恢复用户的语音播放；另外，控制模块分析输入的语音信号，若检测出该信号为用户发出的语音指令，则调用语音分析模块分析指令内容，并进行相应的操作；

控制模块还实现健身课件录入的功能，控制模块接收用户输入的课件，并将其传入到健身专家系统中，经过知识获取后成为知识库中的知识。

健身专家系统，用以完成用户健身状况的分析和健身指导建议的提出；健身专家系统接收控制模块的控制信号，根据控制信号以及存储模块中已存储的传感器信息、用户个人信息进行综合的决策分析，然后将包含运动分析结果和健身建议的反馈文本信息传输至语音合成模块。

耳机端如图2所示，包括音频输出模块、音频采集模块、耳机控制模块、传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块；

音频输出模块、耳机控制模块位于耳机中，音频采集模块位于麦克风中，传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块位于传感器数据采集装置中。

音频输出模块，用以将反馈音频信号以语音形式反馈给用户。语音输出通过耳机实现。音频采集模块，用以采集声音信息，一方面，其作为一个传感器，采集用户自身或环境相关的语音信息；另一方面，其作为一个语音采集装置，收集用户的语音指令。

耳机控制模块，用以控制耳机信号和麦克风信号传输；音频信号经耳机控制模块传输至音频输出模块，音频采集模块采集到的语音数据经耳机控制模块传送至传感器采集装置。传感器组，用以完成传感器原始数据的采集工作，模块所使用的传感器可采集用户自身或所处环境相关的数据，可以是但不仅限于GPS传感器、加速度传感器、陀螺仪、温度计、湿度计、气压计、脉搏计、血压计等传感器所采集到的数据；传感器组采集到数据后会实时传输到临时存储模块进行存储。临时存储模块，用以实现传感器原始数据的临时存储功能，该模块为一个缓冲区，新采集到的传感器数据临时存入，等待数据上传完毕即从缓冲区里删除。传感器数据采集装置控制模块，用于控制传感器数据的采集和传输、控制音频信号的传输；控制模块接收手机端的音频信号和控制信号，接收麦克风的音频信号，并传输音频信号到耳机；控制模块向传感器组发送控制信号，接收临时存储模块的传感器数据，向临时存储模块发送清除数据的命令；重要的，控制模块将传感器数据实时传输到手机端，传感器数据包括传感器组采集到的数据和麦克风采集到的语音信号。

手机端和耳机端的连接线为四段耳机的耳机线，连接线的一端与传感器数据采集装置直接连接，另一端为标准的四段耳机插头，该耳机插头连接到手机的耳机插口。

本发明的一种基于耳机的智能健身指导方法，实现方法主要包括以下几个关键过程，第一，耳机端传感器采集装置的传感器组、耳机端麦克风和手机内置传感器组实时采集传感器数据，并实时传输至存储模块进行存储，为数据的实时分析提供基础；第二，健身专家系统实时结合采集到的传感器数据和用户个人信息进行决策分析，并在适当的时候给与用户反馈信息。第三，健身专家系统提供的反馈信息经过语音合成后变成音频信号，通过耳机反馈至用户。如图5所示，具体的实现步骤如下：

步骤一：系统初始化。即对系统中包含的各个模块进行初始化的操作。

步骤二：用户基本信息录入。即把用户的基本信息录入到系统手机端的存储模块中，为智能分析提供基础，包括两种主要的录入方式，一是用户通过操作手机直接输入自身的基本信息，二是通过耳机端传感器采集装置及麦克风和手机内置的传感器组收集相应的传感器数据后经过分析处理得到用户的信息。其中，方式二所述的传感器数据可以包含用户的语音信息，用户的语音信息经过手机端的语音分析模块分析后转换成相应的命令，手机端的控制模块通过执行命令完成对应用户基本信息的设置。

步骤三：健身课件录入。不同的健身项目对应不同的健身课件，一方面，部分健身课件对应的知识内置于系统的知识库中，另一方面，用户可以通过操作手机输入新的健身课件或更新当前的知识库。健身课件经手机端的控制模块发送到健身专家系统的知识获取机构中，经过学习后课件转变成知识被存储到知识库中，为后续的分析决策提供依据。

步骤四：传感器数据采集。系统实时通过耳机端传感器数据采集装置的传感器组、耳机端的麦克风和手机端手机内置传感器组采集与用户相关的传感器数据。

步骤五：传感器数据的传输和存储。耳机端传感器数据采集装置的传感器组和耳机端的麦克风采集到的传感器数据经过耳机线传输到手机端的控制模块，然后存储于手机端的存储模块中；手机端手机内置传感器的传感器组采集到的传感器数据经手机端控制模块，然后存储于手机端的存储模块中。数据的传输和存储过程与数据的采集过程同步进行。

步骤六：健身专家系统的决策分析。健身专家系统获取手机端存储模块中的传感器数据和用户基本信息，通过综合的分析和推理，若判断需要向用户提供反馈信息，则生成关于用户健身的文本反馈信息，包括结果分析和指导建议。

步骤七：判断是否生成用户反馈，若无，转步骤四；

步骤八：反馈文本信息转换成反馈音频信号。该步骤通过语音合成技术，将健身专家系统给出文本形式的分析结果和健身建议转换成语音形式。

步骤九：中断用户的语音播放，反馈音频信号发送至耳机端。若当前用户正在边听音乐边锻炼，则需要通过手机端的控制模块中断用户自身的语音播放，并保留相应的状态环境参数。判定当前语音信道未被占用后，反馈音频信号通过耳机线传输到耳机端的传感器数据采集装置，然后再通过有线或者无线的方式传输至耳机听筒，用户即可接收到关于自身当前健身状况的分析结果和建议，并进行合适地调整以达到科学健身的目的。

继续用户的语音播放。若在播放反馈信息之前，用户正在收听其他音频消息，则在提示信息播放完毕后，手机端的控制模块根据已保存的关于用户语音的状态环境参数，继续进行用户的语音播放。转步骤四。

实施例：

本发明的系统由手机端、耳机端和两者之间的连接线三个部分组成。

手机为普通智能手机，是人们日常生活中会随身携带的装置。手机内置传感器组可接收数据采集控制信号7并根据指令要求采集传感器数据，其将采集到的传感器数据8实时进行传输。健身专家系统是一个具有智能特点的计算机程序，能够解决健身指导的问题。控制中心接收手机的实时传感器数据9和用户个人信息10并存储，控制中心实时将存储的用户相关信息12(包括实时传感器数据、用户个人信息、历史运动记录)发送至健身专家系统，健身专家系统进行分析后将反馈文本信息(包括分析结果和健身指导建议)13发送至控制中心，控制中心立即将反馈文本信息转换成音频信号11并传输至用户端。

耳机端包括耳机、麦克风和传感器数据采集装置。耳机为普通的耳机，既可以是有线耳机，也可以是无线耳机。麦克风为连接在耳机上的麦克风，其既是一个重要的传感器也是采集用户语音需求的装置，麦克风实时采集用户的音频信号4并传输到耳机。传感器数据采集装置，该装置一方面实时采集用户传感器数据，另一方面用于实时传递音频信号，其与耳机的传输信道分为2路，5为麦克风收集到的用户音频信号，6为反馈音频信号。

手机端和耳机端之间的连接线为四段耳机的耳机线，连接线的一端与传感器数据采集装置直接连接，另一端为标准的四段耳机插头，该耳机插头连接到手机的耳机插口。连接线中一段用于接地，其余三段用于传输，1为麦克风收集到的用户音频信号，2为音频信号(包括反馈音频信号和普通音频信号)，3为手机端对耳机端的控制信号。

耳机端包括音频输出模块、音频采集模块、耳机控制模块、传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块。

音频输出模块，包含于耳机中，用以将反馈音频信号以语音形式反馈给用户。语音输出通过耳机实现，第一，耳机小巧轻便，在运动时便于随身携带；第二，耳机具有良好的反馈效果，视觉反馈要求用户停下运动、拿出设备、查看屏幕，触觉反馈要求用户特别记忆各种震动代表的意义，而声音反馈可以通过不同提示音区分不同类型的提示，可以通过详细的语音播报传达丰富的提示内容；第三，通过使用耳机，用户还可以一边健身一边听音乐。

音频采集模块，包含于麦克风中，用以采集声音信息，一方面，其作为一个传感器，采集用户自身或环境相关的语音信息，针对该语音信息也可以对用户的呼吸频率和幅度进行分析，也可以对用户所处的环境进行分析；另一方面，其作为一个语音采集装置，收集用户的语音指令，以实现双向的语音交互。

耳机控制模块，包含于耳机中，用以控制耳机信号和麦克风信号传输。音频信号经耳机控制模块传输至音频输出模块，音频采集模块采集到的语音数据经耳机控制模块传送至传感器采集装置。

传感器组，包含于传感器数据采集装置中，用以完成传感器原始数据的采集工作，模块所使用的传感器可采集用户自身或所处环境相关的数据，可以是但不仅限于GPS传感器、加速度传感器、陀螺仪、温度计、湿度计、气压计、脉搏计、血压计等，一系列原始数据的采集为健身分析与指导的功能提供了数据依据，体现了系统的个性化要求。传感器组采集到数据后会实时传输到临时存储模块进行存储。

临时存储模块，包含于传感器数据采集装置中，用以实现传感器原始数据的临时存储功能。该模块为一个缓冲区，新采集到的传感器数据临时存入，待数据上传完毕即从缓冲区里删除。

传感器数据采集装置控制模块，包含于传感器数据采集装置中，用于控制传感器数据的采集和传输、控制音频信号的传输。控制模块接收手机端的音频信号和控制信号，接收麦克风的音频信号，并传输音频信号到耳机；控制模块向传感器组发送控制信号，接收临时存储模块的传感器数据，向临时存储模块发送清除数据的命令；重要的，控制模块将传感器数据实时传输到手机端，传感器数据包括传感器组采集到的数据和麦克风采集到的语音信号。

手机端包括手机内置传感器组、健身专家系统、存储模块、语音分析模块、控制模块、语音合成模块。

手机内置传感器组，用以完成传感器原始数据的采集工作，模块所使用的传感器可采集用户自身或所处环境相关的数据，其包含手机中部分或所有自带的传感器，具体根据分析需求选取不同传感器。手机内置传感器组的数据经控制模块保存到存储模块。

健身专家系统，用以完成用户健身状况的分析和健身指导建议的提出。健身专家系统是专门用于健身指导的专家系统，其具有智能化的特点，其包含健身教练专家的大量知识，拥有类似人类健身教练专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际问题。健身专家系统接收控制模块的控制信号，根据控制信号以及存储模块中已存储的传感器信息、用户个人信息进行综合的决策分析，然后将包含运动分析结果和健身建议的反馈文本信息传输至语音合成模块。

存储模块，包含于控制中心中，用以实现手机端数据的存储功能。该模块存储的数据主要包括三大类，一是传感器原始数据，该传感器原始数据可来自于手机内置传感器组，也可来自于耳机端数据采集装置和麦克风；二是用户的个人信息，用户的个人信息可通过手机屏幕录入到系统中，也可以通过分析传感器数据(语音和非语音)得到结果后存入存储模块中；三是系统设置，系统的设置通过手机屏幕录入或语音输入的方式实现。

语音分析模块，包含于控制中心中，用于把用户的语音指令转换成相应文本信息。

语音合成模块，包含于控制中心中，用于将文本信息转换成相应的语音信息。该模块使用到语音合成技术(Text to Speech，TTS)，在本系统中，实现了将健身专家系统的文本反馈信息转换成用户易于接受的语音信息。

控制模块，包含于控制中心中，用于统筹各个模块的工作。控制模块接收耳机端和手机内置传感器组的传感器数据后，保存至存储模块；控制模块实时调用健身专家系统进行用户健身状况的决策分析，然后接收语音合成模块传回的语音反馈结果，中断用户的语音播放，并将该语音反馈结果传输至耳机端，最后恢复用户的语音播放，该过程实现了实时的分析和反馈；另外，控制模块分析输入的语音信号，若检测出该信号为用户发出的语音指令，则调用语音分析模块分析指令内容，并进行相应的操作；控制模块还实现健身课件录入的功能，控制模块接收用户输入的课件，并将其传入到健身专家系统中，经过知识获取后成为知识库中的知识。

专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。专家系统由接口、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成，如图4所示。

在本发明中，接口是健身专家系统与控制中心进行信息交流的中介。接口的功能是识别与解释用户向系统提供的命令、问题和数据等信息，并把这些信息转化为系统的内部表示形式。另一方面，接口也将系统得出的运动分析结果和健身指导建议发送至系统的控制中心。

知识库用来存放健身教练专家提供的知识，具有科学性和权威性。专家系统的问题求解过程是通过知识库中的知识来模拟健身教练专家的思维方式的，因此，知识库是专家系统质量是否优越的关键所在，即知识库中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。

推理机用于记忆所采用的规则和控制策略的程序，使整个健身专家系统能够以逻辑方式协调地工作。推理机能够根据知识进行推理和导出结论，而不是简单地搜索现成的答案。

解释器能够向用户解释专家系统的行为，包括解释推理结论的正确性以及系统输出其它候选解的原因。

综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用于存储领域或问题的初始数据和推理过程中得到的中间数据(信息)，即被处理对象的一些当前事实。

知识获取是专家系统知识库是否优越的关键，通过知识获取，可以扩充和修改知识库中的内容，也可以实现自动学习功能。新的课件可以被添加到知识库中，主要通过知识获取来实现。

本发明所采用的健身专家系统对用户的健身情况进行全面综合的分析，即控制中心提供数据信息，就可以从健身专家系统获取到专家水平的结论，该结论用于指导用户进一步的健身行为，实现了良好的智能化与交互性。

本系统能够实时采集用户的健身信息，系统中包含的健身专家系统能在合适的时候给予用户科学的建议和提示，该提示通过耳机以语音的方式反馈至用户，能够实时与用户进行双向的声动交互，是一个智能化的真人健身教练模拟系统。

Claims (2)

1.一种基于耳机的智能健身指导系统，包括手机端、耳机端、手机端和耳机端的连接线；

手机端包括智能手机、手机内置传感器组、控制中心和健身专家系统；

手机内置传感器组内置在智能手机中，手机内置传感器组采集用户自身或所处环境相关的数据，数据输出至控制中心，通过控制模块存储到存储模块；

控制中心包含存储模块、语音分析模块、语音合成模块和控制模块；

控制模块接收耳机端或手机内置传感器组的传感器数据后，保存至存储模块，存储模块存储耳机端所采集到的传感器数据、手机内置传感器组的数据、用户的个人信息和系统设置；

语音分析模块将用户的语音指令转换成相应文本信息；

控制模块实时调用健身专家系统进行用户健身状况的决策分析，然后接收语音合成模块传回的语音反馈结果，中断用户的语音播放，并将该语音反馈结果传输至耳机端，最后恢复用户的语音播放；另外，控制模块分析输入的语音信号，若检测出该信号为用户发出的语音指令，则调用语音分析模块分析指令内容，并进行相应的操作；

控制模块接收用户输入的课件，并将其传入到健身专家系统中，经过知识获取后成为知识库中的知识；

健身专家系统接收控制模块的控制信号，根据控制信号以及存储模块中已存储的传感器信息、用户个人信息进行综合的决策分析，然后将包含运动分析结果和健身建议的反馈文本信息传输至语音合成模块；

耳机端包括音频输出模块、音频采集模块、耳机控制模块、传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块；

音频输出模块、耳机控制模块位于耳机中，音频采集模块位于麦克风中，传感器组、临时存储模块、传感器数据采集装置控制模块位于传感器数据采集装置中；

音频输出模块，将反馈音频信号以语音形式反馈给用户，语音输出通过耳机实现；

音频采集模块采集声音信息，包括用户自身或环境相关的语音信息以及用户的语音指令；

耳机控制模块控制耳机信号和麦克风信号传输，音频信号经耳机控制模块传输至音频输出模块，音频采集模块采集到的语音数据经耳机控制模块传送至传感器采集装置；传感器采集装置采集用户自身或所处环境相关的数据；传感器组采集到数据后实时传输到临时存储模块进行存储；临时存储模块实现传感器原始数据的临时存储功能，该模块为一个缓冲区，新采集到的传感器数据临时存入，等待数据上传完毕即从缓冲区里删除；传感器数据采集装置控制模块接收手机端的音频信号和控制信号，接收麦克风的音频信号，并传输音频信号到耳机；传感器数据采集装置控制模块向传感器组发送控制信号，接收临时存储模块的传感器数据，向临时存储模块发送清除数据的命令；传感器数据采集装置控制模块将传感器数据实时传输到手机端，传感器数据包括传感器组采集到的数据和麦克风采集到的语音信号；

手机端和耳机端的通过连接线进行连接；所述的连接线为四段耳机的耳机线，连接线的一端与传感器数据采集装置直接连接，另一端为标准的四段耳机插头，该耳机插头连接到手机的耳机插口。

2.基于权利要求1所述的一种基于耳机的智能健身指导系统的智能健身指导方法，具体的实现步骤如下：

步骤一：系统初始化；

步骤二：用户基本信息录入；

把用户的基本信息录入到系统手机端的存储模块中，包括两种录入方式，一是用户通过操作手机直接输入自身的基本信息，二是通过耳机端传感器采集装置及麦克风和手机内置的传感器组收集相应的传感器数据后经过分析处理得到用户的信息；其中，方式二所述的传感器数据包含用户的语音信息，用户的语音信息经过手机端的语音分析模块分析后转换成相应的命令，手机端的控制模块通过执行命令完成对应用户基本信息的设置；

步骤三：健身课件录入；

不同的健身项目对应不同的健身课件，部分健身课件对应的知识内置于系统的知识库中，另外，用户能够通过操作手机输入新的健身课件或更新当前的知识库；健身课件经手机端的控制模块发送到健身专家系统的知识获取机构中，经过学习后课件转变成知识被存储到知识库中；

步骤四：传感器数据采集；

系统实时通过耳机端传感器数据采集装置的传感器组、耳机端的麦克风和手机端手机内置传感器组采集与用户相关的传感器数据；

步骤五：传感器数据的传输和存储；

耳机端传感器数据采集装置的传感器组和耳机端的麦克风采集到的传感器数据经过耳机线传输到手机端的控制模块，然后存储于手机端的存储模块中；手机端手机内置传感器的传感器组采集到的传感器数据经手机端控制模块，然后存储于手机端的存储模块中；数据的传输和存储过程与数据的采集过程同步进行；

步骤六：健身专家系统的决策分析；

健身专家系统获取手机端存储模块中的传感器数据和用户基本信息，通过综合的分析和推理，若判断需要向用户提供反馈信息，则生成关于用户健身的文本反馈信息，包括结果分析和指导建议；

步骤七：判断是否生成用户反馈，若无，转步骤四；

步骤八：反馈文本信息转换成反馈音频信号；

通过语音合成技术，将健身专家系统给出文本形式的分析结果和健身建议转换成语音形式；

步骤九：中断用户的语音播放，反馈音频信号发送至耳机端；

若当前用户正在边听音乐边锻炼，则需要通过手机端的控制模块中断用户自身的语音播放，并保留相应的状态环境参数；判定当前语音信道未被占用后，反馈音频信号通过耳机线传输到耳机端的传感器数据采集装置，然后再通过有线或者无线的方式传输至耳机听筒，用户即可接收到关于自身当前健身状况的分析结果和建议，并进行调整以达到科学健身的目的；

继续用户的语音播放；若在播放反馈信息之前，用户正在收听其他音频消息，则在提示信息播放完毕后，手机端的控制模块根据已保存的关于用户语音的状态环境参数，继续进行用户的语音播放；转步骤四。