CN107754214B - 一种应用于跑步机的实时步速监控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于跑步机的实时步速监控装置及方法,所述装置包括:信号发射单元,固定在跑步机上用户的小腿上,用于发射电磁波信号;第一信号接收单元和第二信号接收单元,均用于对信号发射单元发射的单元进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;处理单元,用于基于第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器;实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配。实现了本装置使用方便,反应速度较快,能够准确且实时调节跑步者和跑步机速度的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及跑步机智能控制领域,具体地,涉及一种应用于跑步机的实时步速监控装置及方法。
背景技术
随着科技的发展和人们的健康意识的增强,健身逐渐成为热点,其中,跑步机为主流健身设备。
现有的跑步机种类繁多,跑步机的变速问题一直是困扰跑步者的主要问题,目前跑步机主要采用用户手动通过按钮或者按键调节,存在使用不便,反应迟缓的问题,也有厂商研发出了通过无刷电机采用检测电机电流和测量体重的方法得到当前大致的跑步速度,但这种方法因为是间接式测量,中间干扰因素多,因而误差也比较大。
综上所述,本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中,发现上述技术至少存在如下技术问题:
在现有技术中,现有的跑步机速度控制方式存在使用不便,反应迟缓或间接式测量,中间干扰因素多,误差较大的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种应用于跑步机的实时步速监控装置及方法,解决了现有的跑步机速度控制方式存在使用不便,反应迟缓或间接式测量,中间干扰因素多,误差较大的技术问题,实现了本装置使用方便,反应速度较快,能够准确且实时调节跑步者和跑步机速度的技术效果。
为实现上述发明目的,本申请一方面提供了一种应用于跑步机的实时步速监控装置,所述装置包括:
信号发射单元,固定在跑步机上用户的小腿上,用于发射电磁波信号;
第一信号接收单元和第二信号接收单元,均用于对信号发射单元发射的单元进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
处理单元,用于基于第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配。
其中,本申请通过计算信号发射单元与信号接收单元之间的间距变化,实时(ms级响应速度)准确(误差在厘米量级)提取跑步者的跑步速度,提供给跑步机用于调整电机速度,从而使跑步机速度与人的速度同步.现有技术只能通过电流和重量检测粗糙的间接提取人的运动速度,由于跑步机需要高度安全,故而粗糙的速度信息进行的控制会带来一定的安全隐患,只有实时准确的提取跑步者速度,才能使跑步者安全舒适的跑步。
进一步的,信号发射单元与第一信号接收单元和第二信号接收单元之间的数据传输方式、第一信号接收单元和第二信号接收单元与处理单元之间的数据传输方式、处理单元与跑步机电动机控制器之间的数据传输方式采用有线或无线传输方式。有线方式可以采用电缆等方式,无线可以采用蓝牙、电磁波等,本申请对具体的传输方式不进行限制。
进一步的,第一信号接收单元和第二信号接收单元位于跑步机侧面的同一侧,且第一信号接收单元与第二信号接收单元之间具有一定间距,第一信号接收单元和第二信号接收单元距离跑步机侧面的距离相等。
进一步的,处理单元计算出用户小腿的运动速度具体包括:
第一信号接收单元或第二信号接收单元中将接收的信号发送至处理单元,
处理单元对信号幅度进行采集并储存,分析信号幅度曲线的变化,计算出信号发射单元经过第一信号接收单元或第二信号接收单元信号接收范围的第一时间;同理计算出信号发射单元经过另一个信号接收单元信号接收范围的第二时间;将第一信号接收单元与第二信号接收单元之间的间距除以第一时间与第二时间的时间差,获得用户小腿的运动速度。
进一步的,处理单元分析信号幅度曲线的变化,根据信号幅度曲线中信号幅度最大点出现的时间,标记出信号发射单元经过第一信号接收单元和第二信号接收单元的第一时间和第二时间。小腿信号发射单元每经过一个天线形成一个最大点,这两个时间差决定的一个时间段。
进一步的,调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配的过程在跑步机用户的双腿腾空过程内完成。本申请中的第一信号接收单元和第二信号接收单元设计在人身体躯干延长线左侧或右侧,刚好小腿腾空时会依次经过第一信号接收单元和第二信号接收单元,而计算需要时间很短低于5mS,这么短的时间内小腿还没有落地。
进一步的,信号发射单元具体为信号发生器,第一信号接收单元和第二信号接收单元均为探测天线。
本申请另一方面还提供了一种应用于跑步机的实时步速监控方法,所述方法包括:
信号发射单元发射电磁波信号,信号发射单元固定在跑步机上用户小腿上;
第一信号接收单元和第二信号接收单元对信号发射单元发射的单元进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,处理单元计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配。
进一步的,处理单元计算出用户小腿的运动速度具体包括:
第一信号接收单元或第二信号接收单元中将接收的信号发送至处理单元,
处理单元对信号幅度进行采集并储存,分析信号幅度曲线的变化,计算出信号发射单元经过第一信号接收单元或第二信号接收单元信号接收范围的第一时间;同理计算出信号发射单元经过另一个信号接收单元信号接收范围的第二时间;将第一信号接收单元与第二信号接收单元之间的间距除以第一时间与第二时间的时间差,获得用户小腿的运动速度。
进一步的,处理单元分析信号幅度曲线的变化,根据信号幅度曲线中信号幅度最大点出现的时间,标记出信号发射单元经过第一信号接收单元和第二信号接收单元的第一时间和第二时间。
进一步的,调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配的过程在跑步机用户的双腿腾空过程内完成。
进一步的,第一信号接收单元和第二信号接收单元位于跑步机侧面的同一侧,且第一信号接收单元与第二信号接收单元之间具有一定间距,第一信号接收单元和第二信号接收单元距离跑步机侧面的距离相等。
本申请提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
采用交变电磁场位移幅度分析方式及相关支持硬件对跑步者腿部信标的速度和运动趋势进行计算,从而获得跑步者跑步速度和趋势的实时(ms级)数据对跑步机无刷电机进行实时速度调整,实现与跑步者完全同步的跑步速度,实现了本装置使用方便,反应速度较快,能够准确且实时调节跑步者和跑步机速度的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定;
图1是本申请中用于跑步机的实时步速监控装置的组成示意图;
图2是本申请中用于跑步机的实时步速监控方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于跑步机的实时步速监控装置及方法,解决了现有的跑步机速度控制方式存在使用不便,反应迟缓或间接式测量,中间干扰因素多,误差较大的技术问题,实现了本装置使用方便,反应速度较快,能够准确且实时调节跑步者和跑步机速度的技术效果。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在相互不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1,本申请提供了一种应用于跑步机的实时步速监控装置,所述装置包括:
信号发射单元,固定在跑步机上用户的小腿上,用于发射电磁波信号;
第一信号接收单元和第二信号接收单元,均用于对信号发射单元发射的单元进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
处理单元,用于基于第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配。
用一定间距(5-50cm不等)的天线,测量固定在跑步者小腿上的(根据设计,信标必须固定在小腿上,因为系统是以小腿的运动轨迹来分析跑步的步速信息的)信标的运动轨迹,从而计算出跑步者的速度和运动趋势.测试系统如图1。
如图(见下页附图)所示,A1,A1为探测天线,B通信电缆,C为单片机处理器,D为与跑步机处理器通信的电缆,E为固定在跑步者小腿上的信号发生器;
E发射一定强度的电磁波信号,随着跑步者小腿的运动,E以一定的速度掠过A和A1的附近,A和A1将接收到的电磁信号放大后通过B发送给C,C对该信号进行采集和幅度分析,从幅度变化的趋势当中,可以计算出E掠过A和A1正前方的时间,以一个跑步周期为例具体计算过程如下,E随小腿从后往前迈步的过程中,首先接近A1,A1接收到的信号逐渐变大,C按照每隔1ms(或更短)的时间间隔对信号幅度进行采集并储存,分析该幅度曲线的变化,当E到达A1正面垂直面时,根据场分布规律,此时A1收到最强的信号幅度,接下来E继续往前移动,A1接收到的幅度越来越小,此时C根据最大点出现的时间,标记出E经过A1的时间t1,同样道理,当E到达A时,可以测出到达时间t2,那么小腿的运动速度v=t1-t2/d(d为A,A1的间隔),此时小腿仍在往前运动,测量过程在一个跑步周期之内已经结束,为电动机提供了落地前的跑步速度信息。以上算法称为交变电磁场位移幅度分析法。
从而计算出跑步者腿部的运动速度(计算过程以ms为单位,在计算时间内人体的实际位置变化在1CM以内,不影响电动机的响应),然后C通过D将速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配,整个过程在跑步者双腿腾空过程内完成,跑步者感觉不到跑步机的速度变化。
本发明通过实时测量跑步者的速度,和实时调节跑步机的电机速度,在跑步者双脚腾空的时间内,计算并调整跑步机的实时速度,使得跑步者产生随心所欲的跑在一个跑道上的错觉,极大的改善了跑步体验,同时也避免了跑步者强制同步跑步速度带来的膝关节伤害。
实施例二
请参考图2,本申请提供了一种应用于跑步机的实时步速监控方法,所述方法包括:
信号发射单元发射电磁波信号,信号发射单元固定在跑步机上用户小腿上;
第一信号接收单元和第二信号接收单元对信号发射单元发射的单元进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,处理单元计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配。
其中,在本申请实施例中,处理单元计算出用户小腿的运动速度具体包括:
第一信号接收单元或第二信号接收单元中将接收的信号发送至处理单元,
处理单元对信号幅度进行采集并储存,分析信号幅度曲线的变化,计算出信号发射单元经过第一信号接收单元或第二信号接收单元信号接收范围的第一时间;同理计算出信号发射单元经过另一个信号接收单元信号接收范围的第二时间;将第一信号接收单元与第二信号接收单元之间的间距除以第一时间与第二时间的时间差,获得用户小腿的运动速度。
其中,在本申请实施例中,处理单元分析信号幅度曲线的变化,根据信号幅度曲线中信号幅度最大点出现的时间,标记出信号发射单元经过第一信号接收单元和第二信号接收单元的第一时间和第二时间。
其中,在本申请实施例中,调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配的过程在跑步机用户的双腿腾空过程内完成。
其中,在本申请实施例中,第一信号接收单元和第二信号接收单元位于跑步机侧面的同一侧,且第一信号接收单元与第二信号接收单元之间具有一定间距,第一信号接收单元和第二信号接收单元距离跑步机侧面的距离相等。
上述本申请实施例中的技术方案,至少具有如下的技术效果或优点:
采用交变电磁场位移幅度分析方式及相关支持硬件对跑步者腿部信标的速度和运动趋势进行计算,从而获得跑步者跑步速度和趋势的实时(ms级)数据对跑步机无刷电机进行实时速度调整,实现与跑步者完全同步的跑步速度,实现了本装置使用方便,反应速度较快,能够准确且实时调节跑步者和跑步机速度的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种应用于跑步机的实时步速监控装置,其特征在于,所述装置包括:
信号发射单元,固定在跑步机上用户的小腿上,用于发射电磁波信号;
第一信号接收单元和第二信号接收单元,均用于对信号发射单元发射的信号进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
处理单元,用于基于第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配;
其中,处理单元计算出用户小腿的运动速度具体包括:
第一信号接收单元或第二信号接收单元中将接收的信号发送至处理单元,
处理单元对信号幅度进行采集并储存,分析信号幅度曲线的变化,计算出信号发射单元经过第一信号接收单元或第二信号接收单元信号接收范围的第一时间;同理计算出信号发射单元经过另一个信号接收单元信号接收范围的第二时间;将第一信号接收单元与第二信号接收单元之间的间距除以第一时间与第二时间的时间差,获得用户小腿的运动速度;
其中,调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配的过程在跑步机用户的双腿腾空过程内完成。
2.根据权利要求1所述的应用于跑步机的实时步速监控装置,其特征在于,信号发射单元与第一信号接收单元和第二信号接收单元之间的数据传输方式、第一信号接收单元和第二信号接收单元与处理单元之间的数据传输方式、处理单元与跑步机电动机控制器之间的数据传输方式采用有线或无线传输方式。
3.根据权利要求1所述的应用于跑步机的实时步速监控装置,其特征在于,第一信号接收单元和第二信号接收单元位于跑步机侧面的同一侧,且第一信号接收单元与第二信号接收单元之间具有一定间距,第一信号接收单元和第二信号接收单元距离跑步机侧面的距离相等。
4.根据权利要求1所述的应用于跑步机的实时步速监控装置,其特征在于,处理单元分析信号幅度曲线的变化,根据信号幅度曲线中信号幅度最大点出现的时间,标记出信号发射单元经过第一信号接收单元和第二信号接收单元的第一时间和第二时间。
5.根据权利要求1所述的应用于跑步机的实时步速监控装置,其特征在于,信号发射单元具体为信号发生器,第一信号接收单元和第二信号接收单元均为探测天线。
6.一种应用于跑步机的实时步速监控方法,其特征在于,所述方法包括:
信号发射单元发射电磁波信号,信号发射单元固定在跑步机上用户小腿上;
第一信号接收单元和第二信号接收单元对信号发射单元发射的信号进行接收,并将接收的信号发送给处理单元;
基于第一信号接收单元和第二信号接收单元传输的信号,处理单元计算出用户小腿的运动速度;并将小腿运动速度信息传送给跑步机电动机控制器,实时调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配;
其中,处理单元计算出用户小腿的运动速度具体包括:
第一信号接收单元或第二信号接收单元中将接收的信号发送至处理单元,
处理单元对信号幅度进行采集并储存,分析信号幅度曲线的变化,计算出信号发射单元经过第一信号接收单元或第二信号接收单元信号接收范围的第一时间;同理计算出信号发射单元经过另一个信号接收单元信号接收范围的第二时间;将第一信号接收单元与第二信号接收单元之间的间距除以第一时间与第二时间的时间差,获得用户小腿的运动速度;
其中,调节跑步机的速度与跑步者的速度匹配的过程在跑步机用户的双腿腾空过程内完成。
7.根据权利要求6所述的应用于跑步机的实时步速监控方法,其特征在于,处理单元分析信号幅度曲线的变化,根据信号幅度曲线中信号幅度最大点出现的时间,标记出信号发射单元经过第一信号接收单元和第二信号接收单元的第一时间和第二时间。
8.根据权利要求6所述的应用于跑步机的实时步速监控方法,其特征在于,第一信号接收单元和第二信号接收单元位于跑步机侧面的同一侧,且第一信号接收单元与第二信号接收单元之间具有一定间距,第一信号接收单元和第二信号接收单元距离跑步机侧面的距离相等。
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