CN106345099B - 一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法，该系统包括：脉搏信号采集装置，用于采集和处理跑步者的脉搏信号；肌电信号采集装置，用于采集和处理跑步者腿部的肌电信号；处理器，用于对接收的数据进行处理，并与跑步机的控制系统进行数据通讯；脉搏信号采集装置、肌电信号采集装置分别与处理器进行数据通讯，脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别将采集并经处理的数据传输给处理器，处理器对接收的数据进行处理，并将相应的处理结果传输给跑步机的控制系统，使跑步机的控制系统控制跑步机调整速度和/或坡度。本发明使跑步机能够根据跑步者的运动强度和运动疲劳程度自动控制跑步机的速度和/或坡度，帮助跑步者达到最佳的锻炼效果。

Description

一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及跑步机领域，特别是涉及一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法。

背景技术

电动跑步机是通过电机带动跑带使人以不同的速度或坡度被动的跑步或走动以体验不同的跑步环境，是一项全身性的运动方式。因其运动方式几乎没有蹬伸动作，这样与陆地上相比，可以减小运动强度，提高运动量，比陆地多跑1/3的路程，这对于提高使用者的心肺功能、肌耐力以及减肥都具有非常好的效果。因此，跑步机也深受广大健身爱好者的欢迎,是一种较好的有氧运动方式。

电动跑步机一般是通过测量心率反映运动强度，并给出最大心跳率和目标心率参考表，由运动者自己或教练选择电动跑步机的速度或坡度。然而，由于人的个体差异，用这种方式很难达到最佳的锻炼效果。另外，最佳运动一般涉及两个指标：运动强度和运动疲劳，只有将两个指标平衡起来，才能达到最佳的锻炼效果。

目前，并没有能够依据运动者的运动强度和运动疲劳来控制跑步机调整速度和/或坡度以提高跑步者的锻炼效果的任何系统或装置出现。

发明内容

本发明提供了一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法，其能依据运动者的运动强度和运动疲劳来控制跑步机调整速度和/或坡度，从而提高跑步者的锻炼效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高锻炼效果的跑步健身系统，包括：

脉搏信号采集装置，用于采集和处理跑步者的脉搏信号；

肌电信号采集装置，用于采集和处理跑步者腿部的肌电信号；

处理器，用于对接收的数据进行处理，并与跑步机的控制系统进行数据通讯；

脉搏信号采集装置、肌电信号采集装置分别与处理器进行数据通讯，脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别将采集并经处理的数据传输给处理器，处理器对接收的数据进行处理，并将相应的处理结果传输给跑步机的控制系统，使跑步机的控制系统控制跑步机调整速度和/或坡度。

进一步的，所述脉搏信号采集装置包括能固定于手腕上的第一固定本体、安装于该第一固定本体的脉搏波采集及处理电路，该脉搏波采集及处理电路包括采集器、阻抗变换电路、滤波电路和放大电路，采集器的输出接至阻抗变换电路的输入，阻抗变换电路的输出接至滤波电路的输入，滤波电路的输出接至放大电路的输入。

进一步的，所述肌电信号采集装置包括能固定于腿上的第二固定本体、安装于该第二固定本体的肌电采集及处理电路，该肌电采集及处理电路包括采集器、阻抗变换电路、滤波电路和放大电路，采集器的输出接至阻抗变换电路的输入，阻抗变换电路的输出接至滤波电路的输入，滤波电路的输出接至放大电路的输入。

进一步的，所述脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别安装有ZigBee发射模块，所述处理器对应安装有与ZigBee发射模块相匹配的ZigBee接收模块。

进一步的，所述阻抗变换电路包括第一运算放大器、一电容和两电阻，电容的一端连接所述采集器的输出，另一端通过其中一电阻连接第一运算放大器的同相输入端；另一电阻的一端连接第一运算放大器的同相输入端，另一端接地，第一运算放大器的输出端连接所述滤波电路的输入；第一运算放大器的电源正输入端用于连接电源，电源负输入端接地。

进一步的，所述滤波电路包括第二运算放大器、两电阻和两电容，其中一电阻的一端连接所述阻抗变换电路的输出，另一端通过其中一电容连接第二运算放大器的反相输入端；另一电阻的一端连接其中一电阻的另一端，另一电阻的另一端和另一电容的一端分别连接第二运算放大器的同相输入端，另一电容的另一端接地；第二运算放大器的反相输入端连接其输出端，第二运算放大器的输出端连接所述放大电路的输入。

进一步的，所述放大电路包括第三运算放大器和两电阻，其中一电阻的一端连接所述滤波电路的输出，其中一电阻的另一端和另一电阻的一端分别连接第三运算放大器的反相输入端，另一电阻的另一端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的同相输入端接地，输出端构成所述放大电路的输出。

进一步的，所述脉搏波采集及处理电路还包括整形电路，所述放大电路的输出接至该整形电路的输入。

进一步的，所述采集器包括屏蔽层、电极、设于屏蔽层内的第一电路和设于屏蔽层外的第二电路，电极露出屏蔽层外，第一电路包括场效应管、两二极管、一电容和一电阻，场相应管的栅极连接电极，源极通过电阻接地，漏极为电源连接端，电容的一端连接场效应管的源级，另一端构成肌电信号采集器的输出端，两二极管的负极相连接，且该两二极管的正极分别连接场效应管的栅极和地端；第二电路包括两电阻和可调电阻，其中一电阻连接于场效应管的漏极和电容的另一端之间，另一电阻和可调电阻串联连接于电容的另一端和地端之间。

一种提高锻炼效果的跑步健身系统的实现方法，它包括如下步骤：

脉搏信号采集装置采集和处理跑步者运动前的的脉搏信号，肌电信号采集装置采集和处理跑步者运动前的腿部肌电信号；

脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别将处理所得的脉搏数据和肌电数据传输给处理器，由处理器进行储存，并设为基准数据；

脉搏信号采集装置实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时的脉搏信号，并传输给处理器，肌电信号采集装置实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时腿部的肌电信号，并传输给处理器；

处理器对实时接收的数据与储存的基准数据进行比较，并根据比较结果发送命令给跑步机的控制系统，由跑步机的控制系统调整跑步机的速度和/或坡度。

进一步的，所述处理器将基准数据传输给跑步机的控制系统，由跑步机的控制系统根据基准数据设定跑步机的初始速度和坡度；

若处理器接收的频率数据和肌电数据分别位于其基准数据的浮动范围内，且保持一段预设的时间，或接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围内，且保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐增加速度和/或坡度；若处理器接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机降低速度和/或坡度；

若跑步机的控制系统已经按照预先设置的次数降低跑步机的速度和/或坡度，且处理器接收的肌电数据仍在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐降低速度和坡度，直至停机，或者，使控制系统控制跑步机停机。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置，能够分别用于采集和处理跑步者的脉搏信号和腿部的肌电信号，这两个信号分别能够反应跑步者的运动强度和运动疲劳两个指标，并经处理器处理，且处理器将相应的处理结果传输给跑步机的控制系统，使跑步机的控制系统控制跑步机调整速度和/或坡度，从而使跑步机能够根据跑步者的运动强度和运动疲劳程度自动控制跑步机的速度和/或坡度，帮助跑步者达到最佳的锻炼效果；

2、本发明的脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别能够准确反应跑步者的脉搏跳动的情况和肌电信号频率升降的情况，且电路结构简单，成本低，并便于佩戴；

3、本发明进一步设置ZigBee发射模块和ZigBee接收模块作为脉搏信号采集装置、肌电信号采集装置与处理器的通讯桥梁，具有性能稳定、功耗低、传输快等特点。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的腕带的结构示意图；

图3是本发明的脉搏信号采集装置的原理框图；

图4本发明的脉搏波采集及处理电路的电路结构示意图；

图5是本发明的腿套的结构示意图；

图6是本发明的肌电信号采集装置的原理框图；

图7是本发明的肌电采集及处理电路的电路结构示意图；

图8是本发明的电源电路的电路结构示意图；

图9是本发明的ZigBee发射模块的电路结构示意图；

图10是本发明的ZigBee接收模块的电路结构示意图。

具体实施方式

实施例，请参见图1-图7所示，本发明的一种提高锻炼效果的跑步健身系统，包括：

脉搏信号采集装置10，用于采集和处理跑步者的脉搏信号；

肌电信号采集装置20，用于采集和处理跑步者腿部的肌电信号；

处理器30，用于对接收的数据进行处理，并与跑步机的控制系统进行数据通讯；

脉搏信号采集装置10、肌电信号采集装置20分别与处理器30进行数据通讯，脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20分别将采集并经处理的数据传输给处理器30，处理器30对接收的数据进行处理，并将相应的处理结果传输给跑步机的控制系统，使跑步机的控制系统控制跑步机调整速度和/或坡度。

本实施例中，如图2-图4所示，所述脉搏信号采集装置10包括能固定于手腕上的第一固定本体，该第一固定本体具体为腕带11。所述脉搏信号采集装置10还包括安装于该腕带11的脉搏波采集及处理电路13、电源电路15和无线传输模块。该脉搏波采集及处理电路13包括采集器131、阻抗变换电路132、滤波电路133、放大电路134和整形电路135，采集器131的输出接至阻抗变换电路132的输入，阻抗变换电路132的输出接至滤波电路133的输入，滤波电路133的输出接至放大电路134的输入，放大电路134的输出接至整形电路135的输入，整形电路135的输出接至无线传输模块的输入。电源电路15用于为脉搏波采集及处理电路13和无线传输模块进行供电。

本实施例中，所述脉搏波采集及处理电路13以一片低功耗精密4运放的TLV2244芯片为核心。具体，该脉搏波采集及处理电路13的各部分电路的电路结构如图4所示：

所述脉搏信号采集装置10的采集器131具体为透射遮光式光电传感器，如图4所示，其包括红外发光二极管LED、光敏三极管VT和三个电阻R1、R2、R3，红外发光二极管LED的正极通过电阻R1连接电源电路5和电阻R2的一端，电阻R2的另一端通过电阻R3连接光敏三极管VT的集电极，光敏三极管VT的发射级和红外发光二极管LED的负极分别接地。红外发光二极管LED的波长稳定性好，遮光式的装置减少了外界光的干扰。测试时，被测的腕动脉正好处在红外发光二极管LED和光敏三极管VT之间，红外发光二极管LED发出的光线通过人手腕照射到在光敏三极管VT的感光窗口上，随着动脉血管脉压波动的变化，其透光度也随其变化，这样光敏三极管VT的电流也发生波动性变化，间接检测出脉搏信号。

所述阻抗变换电路132即为一电压跟随器，其主要作用是进行阻抗变换，加大该电路带负载的能力，其实质是对电流进行动态放大，随后级电路电流的变化进行放大。该阻抗变换电路132包括第一运算放大器A1、一电容C1和两电阻R4、R5，电容C1的一端连接所述采集器131的输出(即连接所述光敏三极管VT的集电极)，另一端通过其中一电阻R4连接第一运算放大器A1的同相输入端；另一电阻R5的一端连接第一运算放大器A1的同相输入端，另一端接地，第一运算放大器A1的输出端连接所述滤波电路133的输入。第一运算放大器A1的电源正输入端用于连接电源，电源负输入端接地。

由于前级电路输出信号比较微弱，且存在其它高频干扰，所以需经滤波电路进行滤波处理。如图4所示，该滤波电路133为低通滤波电路，其包括第二运算放大器A2、两电阻R6、R7和两电容C2、C3，其中一电阻R6的一端连接所述阻抗变换电路32的输出(即第一运算放大器A1的输出端)，另一端通过其中一电容C2连接第二运算放大器A2的反相输入端；另一电阻R7的一端连接其中一电阻R6的另一端，另一电阻R7的另一端和另一电容C3的一端分别连接第二运算放大器A2的同相输入端，另一电容C3的另一端接地；第二运算放大器A2的反相输入端连接其输出端，第二运算放大器A2的输出端连接所述放大电路134的输入。

所述放大电路134包括第三运算放大器A3和两电阻R8、R9，其中一电阻R8的一端连接所述低通滤波电路33的输出(即第二运算放大器A2的输出端)，其中一电阻R8的另一端和另一电阻R9的一端分别连接第三运算放大器A3的反相输入端，另一电阻R9的另一端连接第三运算放大器A3的输出端，第三运算放大器A3的同相输入端接地，输出端连接所述整形电路35的输入。经滤波电路133输出的信号为微弱脉压波动信号，需经过放大电路134放大处理，该放大电路134的放大倍数为100倍。

所述整形电路135包括第四运算放大器A4、一电容C4和三个电阻R10、R11、R12，第四运算放大器A4的反相输入端连接所述放大电路34的输出(即第三运算放大器A3的输出端)；其中一电阻R10的一端连接第四运算放大器A4的反相输入端，另一端通过电容C4接地；其余两个电阻R11、R12相串联连接于其中一电阻R10的另一端与第四运算放大器A4的输出端之间，第四运算放大器A4的同相输入端连接其余两个电阻R11、R12之间的串联连接点，第四运算放大器A4的输出端构成整形电路35的输出。该整形电路135通过电阻R10、R11、电容C4的充放电过程，可将前级电路输出的脉压峰以外的各种波动信号电平保持在一定的幅度，确保在脉压波动期间准确地输出矩形波。

本实施例中，如图5-图7所示，所述肌电信号采集装置20包括能固定于腿上的第二固定本体，该第二固定本体具体为腿套21。所述肌电信号采集装置20还包括安装于该腿套21的肌电采集及处理电路23、电源电路25和无线传输模块。该肌电采集及处理电路23包括采集器231、阻抗变换电路232、滤波电路233和放大电路234，采集器231的输出接至阻抗变换电路232的输入，阻抗变换电路232的输出接至滤波电路233的输入，滤波电路233的输出接至放大电路234的输入，放大电路234的输出接至无线传输模块的输入。电源电路235用于为肌电采集及处理电路和无线传输模块进行供电。

所述肌电采集及处理电路23同样以一片低功耗精密4运放的TLV2244芯片为核心。具体，该肌电采集及处理电路的各部分电路的电路结构如图7所示：

所述肌电采集及处理电路的采集器231设有屏蔽层2311，能防止外部干扰，其还包括电极2312、设于屏蔽层2311内的第一电路和设于屏蔽层2311外的第二电路，电极2312露出屏蔽层2311外，第一电路包括场效应管BG、两二极管D1、D2、一电容C0和一电阻R1，场相应管BG的栅极连接电极2312，源极通过电阻R1接地，漏极为电源连接端，电容C0的一端连接场效应管BG的源级，另一端构成肌电信号采集器31的输出端，两二极管D1、D2的负极相连接，且该两二极管D1、D2的正极分别连接场效应管BG的栅极和地端；第二电路包括两电阻R2、R3和可调电阻Rx，其中一电阻R3连接于场效应管BG的漏极和电容C0的另一端之间，另一电阻R2和可调电阻Rx串联连接于电容C0的另一端和地端之间。该肌电采集及处理电路的采集器231拾取到的肌电信号经OUT1送入阻抗变换电路232。

阻抗变换电路232即为一电压跟随器，其主要作用是进行阻抗变换，加大该电路带负载的能力，其实质是对电流进行动态放大，随后级电路电流的变化进行放大。该阻抗变换电路232包括第一运算放大器A1、一电容C1和两电阻R4、R5，电容C1的一端连接所述采集器231的输出(即连接所述OUT1)，另一端通过其中一电阻R4连接第一运算放大器A1的同相输入端；另一电阻R5的一端连接第一运算放大器A1的同相输入端，另一端接地，第一运算放大器A1的输出端连接所述滤波电路233的输入。第一运算放大器A1的电源正输入端用于连接电源，电源负输入端接地。

由于前级电路输出信号比较微弱，且存在其它高频干扰，所以需经滤波电路进行滤波处理。如图7所示，该滤波电路233为低通滤波电路，其包括第二运算放大器A2、两电阻R6、R7和两电容C2、C3，其中一电阻R6的一端连接所述阻抗变换电路32的输出(即第一运算放大器A1的输出端)，另一端通过其中一电容C2连接第二运算放大器A2的反相输入端；另一电阻R7的一端连接其中一电阻R6的另一端，另一电阻R7的另一端和另一电容C3的一端分别连接第二运算放大器A2的同相输入端，另一电容C3的另一端接地；第二运算放大器A2的反相输入端连接其输出端，第二运算放大器A2的输出端连接所述放大电路234的输入。

所述放大电路234包括第三运算放大器A3和两电阻R8、R9，其中一电阻R8的一端连接所述低通滤波电路233的输出(即第二运算放大器A2的输出端)，其中一电阻R8的另一端和另一电阻R9的一端分别连接第三运算放大器A3的反相输入端，另一电阻R9的另一端连接第三运算放大器A3的输出端，第三运算放大器A3的同相输入端接地，输出端输出端构成所述放大电路34的输出。经滤波电路233输出的信号为微弱的肌电频率信号，需经过放大电路34放大处理，该放大电路34的放大倍数为100倍。

本实施例中，所述脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20所安装的电源电路15、25均为可充电式电源电路，且所述腕带11和腿套21分别设有与该电源电路相适配的充电接口12、22，该充电接口具体为USB接口。所述电源电路15、25的电路结构如图8所示，其由电池BT、U4稳压集成电路及周围元件构成3.3V电压输出。

本实施例中，所述处理器30对应安装有能与所述无线传输模块进行无线通讯的无线传输模块，具体，所述脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20所安装的无线传输模均为ZigBee发射模块14、24，所述处理器30对应安装的无线传输模块为与ZigBee发射模块14、24相匹配的ZigBee接收模块。

本实施例中，所述脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20所安装的ZigBee发射模块14、24的电路结构如图9所示，其由芯片U2、芯片U3及其外围电路组成，其中芯片U2是由型号为AD7718的芯片构成的A/D(模/数)变换器，它具有10路通道的24位模数转换模块，支持4线SPI和I2C主从模式等特点；芯片U3是型号为CC2420的射频芯片，该射频芯片是一款符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz射频芯片，只需极少外部元器件，即可确保短距离通信的有效性和可靠性，系统成本低，性能稳定且功耗极低。利用此芯片开发的ZigBee发射模块支持数据传输率高达250kb/s，码片速率达2MChip/s，可以实现多点对多点的快速组网。该CC2420射频芯片可以通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、COn)设置芯片的工作模式，并实现读/写缓存数据，读/写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP管脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。

所述脉搏信号采集装置10中，其整形电路135输出的交流信号由芯片U2的AIN1、AIN2端输入，进行A/D(模/数)变换，变换后经过芯片U3为核心的ZigBee发射电路调制为2.4GHz高频信号，再由ZigBee发射模块14的无线输出天线发射输出。

所述肌电信号采集装置20，其放大电路134输出的交流信号由芯片U2的AIN1、AIN2端输入，进行A/D(模/数)变换，变换后经过芯片U3为核心的ZigBee发射电路调制为2.4GHz高频信号，再由ZigBee发射模块24的无线输出天线发射输出。

所述处理器30所安装的ZigBee接收模块的电路结构如图10所示，其主要由设为接收模式的射频芯片U5组成，该射频芯片U5的型号同样为CC2420。所述处理器30具体安装于跑步机，其核心部件为芯片U6，该芯片U6采用PIC18F4620型单片机，该单片机为2.0～5.5V宽工作电压，内嵌用于存储数据的3986字节SRAM和用于存储程序代码的64K字节Flash，且支持4线SPI主从模式，方便与CC2420射频芯片连接。

如图1所示，跑步机的控制系统主要包括仪表控制板(上控板)40和马达控制板(下控板)50，其中，仪表控制板(上控板)40连接有操作面板和安全开关，用于供人为通过操作面板设定跑步机的速度和坡度。马达控制板(下控板)50采用仪表连接线与仪表控制板(上控板)40进行连接，该马达控制板(下控板)50为跑步机的速度马达和升降马达的控制器，用于控制速度马达和升降马达动作与否，该速度马达和升降马达分别为直流马达。马达控制板(下控板)50采用DC电源进行供电，市电依次经电源线、AC电源插座、AC电源开关、过载保护器转化为DC电源后，为马达控制板(下控板)50进行供电。这里，DC表示直流，AC表示交流。

根据电动跑步机的运动机理，跑步者主要的运动部位是在腿部。腿部运动疲劳的指标是腿部肌肉的乳酸堆积，造成肌肉收缩减弱。因此，只要检测肌肉的生物电指标，就可以判断运动疲劳，预防运动损伤。根据实验研究：在完成相同负荷的条件下，肌肉疲劳时肌电的振幅值增加，因为肌肉疲劳时，肌肉不得不动用更多的肌纤维参加运动以保持相同的肌力。由于肌肉疲劳会降低放电的频率，可通过观察肌电信号频率的升降来判断所测肌肉的疲劳程度。因此，本发明采用肌电信号采集装置20来采集和处理跑步者腿部的肌电信号。

由于脉搏的跳动次数与心率的次数基本一致。因此，本发明采用通过检测脉搏的跳动次数来判断跑步者的运动强度。

本发明的一种提高锻炼效果的跑步健身系统的实现方法为：

跑步者佩戴所述腕带和腿套，脉搏信号采集装置10采集和处理跑步者运动前的脉搏信号，肌电信号采集装置20采集和处理跑步者运动前的腿部肌电信号；

脉搏信号采集装置10将处理所得的脉搏数据和肌电信号采集装置20将处理所得的肌电数据分别通过各自的ZigBee发射模块无线传输给处理器30的ZigBee接收模块的射频芯片U5，该射频芯片U5对接收的数据进行处理(即将接收的数据还原为脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20处理所得的数据，即脉搏次数和肌电频率)后，通过4线SPI接口传输给处理器30的芯片U6，该芯片U6对脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20初始采集和处理的数据进行储存，并设为基准数据，后续采集的数据将与该基准数据进行比较；

处理器30将基准数据传输给跑步机的控制系统，由跑步机的控制系统根据基准数据设定跑步机的初始速度和坡度；跑步机对其初始速度和坡度的设定基准为：根据跑步者运动前的脉搏次数和肌电频率的高低进行分档设定：脉搏次数和肌电频率高的，初始速度和坡度也相应较高，脉搏次数和肌电频率低的，初始速度和坡度也相应较低；跑步机的初始速度和坡度当然也可以由人为进行设定；

脉搏信号采集装置10实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时的脉搏信号，并传输给处理器30，肌电信号采集装置20实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时的腿部的肌电信号，并传输给处理器30；

处理器30的芯片U6将实时接收的数据(即脉搏信号采集装置10和肌电信号采集装置20实时采集的数据)与其储存的基准数据进行比较，并根据比较结果发送命令给跑步机的控制系统的仪表控制板(上控板)，再经过马达控制板(下控板)调整跑步机的速度和/或坡度(当速度和坡度均进行调整时，速度优先)，使跑步者的脉搏次数和肌电频率分别回归正常范围，达到降低跑步者运动强度、缓解运动疲劳的目的。

跑步初期，一般跑步者的脉搏次数会增加，然后保持，跑步者腿部的肌电频率没有显著变化。跑步中期，跑步者的脉搏和肌电没有显著变化，若脉搏有变化，肌电不变，则要重新调整跑步机的速度/或坡度。因此，上述调整过程具体如下：若处理器接收的频率数据和肌电数据分别位于其基准数据的浮动范围内且保持一段预设的时间，或接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围内，且保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐增加速度和/或坡度，从而使跑步者以一定的运动强度进行锻炼。所述基准数据的浮动范围即为预先设定的一个数值范围，即正常值范围，基准数据在该数值范围内，若频率数据和肌电数据落入该数值范围内，则说明频率数据和肌肉电数据没有显著变化。

跑步后期，跑步者的肌电频率会增加，脉搏次数可能没有显著变化，也可能增加或减少，此时，以肌电频率为主，防止疲劳。因此，上述调整过程还包括：若处理器接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机降低速度和/或坡度。

若跑步机的控制系统已经按照预先设置的次数(该次数可以为一次、两次，甚至更多次)降低跑步机的速度和/或坡度，且处理器接收的肌电数据仍在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐降低速度和坡度，直至停机，或者，使控制系统控制跑步机直接停机，从而避免跑步者过度运动而出现运动损伤。

所述跑步机每次增/减速度、坡度的幅度可以进行预先设置。

本发明的一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法，其能够根据跑步者的运动强度和运动疲劳情况，灵活调整跑步机的速度和/或坡度，从而延长跑步者利用跑步机进行运动的时间，使跑步者获得最佳的锻炼效果。

在其它实施例中，所述第一固定本体也可以是腕套或其它能固定于手腕上的装置。

在其它实施例中，所述第二固定本体也可以是腿带或其它能固定于腿上的装置。

在其它实施例中，所述无线传输模块也可以是蓝牙模块或其它无线传输装置。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种提高锻炼效果的跑步健身系统及其实现方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (11)

1.一种提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：包括：

脉搏信号采集装置，用于采集和处理跑步者的脉搏信号；

肌电信号采集装置，用于采集和处理跑步者腿部的肌电信号；

处理器，用于对接收的数据进行处理，并与跑步机的控制系统进行数据通讯；

脉搏信号采集装置、肌电信号采集装置分别与处理器进行数据通讯，脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别将采集并经处理的数据传输给处理器，处理器对接收的数据进行处理，并将相应的处理结果传输给跑步机的控制系统，使跑步机的控制系统控制跑步机调整速度和/或坡度。

2.根据权利要求1所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述脉搏信号采集装置包括能固定于手腕上的第一固定本体、安装于该第一固定本体的脉搏波采集及处理电路，该脉搏波采集及处理电路包括采集器、阻抗变换电路、滤波电路和放大电路，采集器的输出接至阻抗变换电路的输入，阻抗变换电路的输出接至滤波电路的输入，滤波电路的输出接至放大电路的输入。

3.根据权利要求1所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述肌电信号采集装置包括能固定于腿上的第二固定本体、安装于该第二固定本体的肌电采集及处理电路，该肌电采集及处理电路包括采集器、阻抗变换电路、滤波电路和放大电路，采集器的输出接至阻抗变换电路的输入，阻抗变换电路的输出接至滤波电路的输入，滤波电路的输出接至放大电路的输入。

4.根据权利要求1所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别安装有ZigBee发射模块，所述处理器对应安装有与ZigBee发射模块相匹配的ZigBee接收模块。

5.根据权利要求2或3所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述阻抗变换电路包括第一运算放大器、一电容和两电阻，电容的一端连接所述采集器的输出，另一端通过其中一电阻连接第一运算放大器的同相输入端；另一电阻的一端连接第一运算放大器的同相输入端，另一端接地，第一运算放大器的输出端连接所述滤波电路的输入；第一运算放大器的电源正输入端用于连接电源，电源负输入端接地。

6.根据权利要求2或3所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述滤波电路包括第二运算放大器、两电阻和两电容，其中一电阻的一端连接所述阻抗变换电路的输出，另一端通过其中一电容连接第二运算放大器的反相输入端；另一电阻的一端连接其中一电阻的另一端，另一电阻的另一端和另一电容的一端分别连接第二运算放大器的同相输入端，另一电容的另一端接地；第二运算放大器的反相输入端连接其输出端，第二运算放大器的输出端连接所述放大电路的输入。

7.根据权利要求2或3所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述放大电路包括第三运算放大器和两电阻，其中一电阻的一端连接所述滤波电路的输出，其中一电阻的另一端和另一电阻的一端分别连接第三运算放大器的反相输入端，另一电阻的另一端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的同相输入端接地，输出端构成所述放大电路的输出。

8.根据权利要求2所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述脉搏波采集及处理电路还包括整形电路，所述放大电路的输出接至该整形电路的输入。

9.根据权利要求3所述的提高锻炼效果的跑步健身系统，其特征在于：所述采集器包括屏蔽层、电极、设于屏蔽层内的第一电路和设于屏蔽层外的第二电路，电极露出屏蔽层外，第一电路包括场效应管、两二极管、一电容和一电阻，场相应管的栅极连接电极，源极通过电阻接地，漏极为电源连接端，电容的一端连接场效应管的源级，另一端构成肌电信号采集器的输出端，两二极管的负极相连接，且该两二极管的正极分别连接场效应管的栅极和地端；第二电路包括两电阻和可调电阻，其中一电阻连接于场效应管的漏极和电容的另一端之间，另一电阻和可调电阻串联连接于电容的另一端和地端之间。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的提高锻炼效果的跑步健身系统的实现方法，其特征在于：它包括如下步骤：

脉搏信号采集装置采集和处理跑步者运动前的的脉搏信号，肌电信号采集装置采集和处理跑步者运动前的腿部肌电信号；

脉搏信号采集装置和肌电信号采集装置分别将处理所得的脉搏数据和肌电数据传输给处理器，由处理器进行储存，并设为基准数据；

脉搏信号采集装置实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时的脉搏信号，并传输给处理器，肌电信号采集装置实时采集和处理跑步者在跑步机上运动时腿部的肌电信号，并传输给处理器；

处理器对实时接收的数据与储存的基准数据进行比较，并根据比较结果发送命令给跑步机的控制系统，由跑步机的控制系统调整跑步机的速度和/或坡度。

11.根据权利要求10所述的提高锻炼效果的跑步健身系统的实现方法，其特征在于：所述处理器将基准数据传输给跑步机的控制系统，由跑步机的控制系统根据基准数据设定跑步机的初始速度和坡度；

若处理器接收的频率数据和肌电数据分别位于其基准数据的浮动范围内，且保持一段预设的时间，或接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围内，且保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐增加速度和/或坡度；若处理器接收的肌电数据在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机降低速度和/或坡度；

若跑步机的控制系统已经按照预先设置的次数降低跑步机的速度和/或坡度，且处理器接收的肌电数据仍在其基准数据的浮动范围之上并保持一段预设的时间，则处理器发送命令给跑步机的控制系统，使控制系统控制跑步机逐渐降低速度和坡度，直至停机，或者，使控制系统控制跑步机停机。