CN108721826A - 智能跳绳、跳绳计数方法及装置 - Google Patents

智能跳绳、跳绳计数方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种智能跳绳、跳绳计数方法及装置，智能跳绳包括绳索和手柄；手柄设有两个分别设于绳索的两端；手柄包括设于中部设有转轴，转轴和绳索连接；转轴上设有磁铁，手柄还包括霍尔传感器，霍尔传感器设于转轴周向外侧并与磁铁相对应，以使转轴旋转时磁铁经过霍尔传感器；手柄还包括加速度传感器和处理器，处理器连接霍尔传感器和加速度传感器；处理器根据由霍尔传感器和加速度传感器获取的信息进行处理，判断跳绳是单跳还是双跳；手柄还包括显示屏，显示屏电连接处理器。本发明的智能跳绳、跳绳计数方法及装置，智能跳绳设有加速度传感器，能通过加速度的变化以及摇绳的次数判断出是单跳还是双跳，智能跳绳使用更方便，用户体验更好。

Description

智能跳绳、跳绳计数方法及装置
技术领域
本发明涉及到跳绳领域，特别是涉及到一种智能跳绳、跳绳计数方法及装置。
背景技术
智能跳绳具有基本的计数功能，可以记录平均速率、最快频率、总次数、总时长等数据，还能根据跳绳次数、身体基本信息，计算出卡路里消耗等参数。且在一些商品中有独立显示屏，直接显示，在另一些商品中具有ble模块，配合手机APP来显示这些信息。
但是现今的智能跳绳只能计算跳绳的绳索的挥动次数，并以挥动次数为起跳次数，当遇到双跳的情况时，无法直接给出起跳次数。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种可以计数双跳的智能跳绳、跳绳计数方法及装置。
本发明提出一种智能跳绳，包括绳索和手柄；手柄设有两个，分别设于绳索的两端；手柄包括设于中部的转轴，转轴和绳索连接；转轴上设有磁铁，手柄还包括霍尔传感器，霍尔传感器设于转轴周向外侧并与磁铁相对应，以使转轴旋转时磁铁经过霍尔传感器；手柄还包括加速度传感器和处理器，处理器连接霍尔传感器和加速度传感器；处理器根据由霍尔传感器和加速度传感器分别获取的信息进行处理，以判断跳绳时是单跳还是双跳、以及记录起跳次数。
进一步地，手柄还包括轴承；轴承连接转轴，以减少转轴转动时的摩擦。
进一步地，轴承设有两个，分别套设在转轴的外侧。
本发明还提出了一种跳绳计数方法，应用于上述的智能跳绳，包括：
根据霍尔传感器获得的电压变化曲线获得霍尔传感器被触动的次数，同时，根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数；
根据霍尔传感器被触动的次数与加速度变化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，所述跳绳模型包括是单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
根据所述跳绳模型、霍尔传感器被触动的次数以及加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
进一步地，根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数的步骤包括：
通过加速度传感器获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值；
将XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形；
通过加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
进一步地，通过所述加速度变化示意波形获得加速度变化周期数的步骤之前，包括：
将加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
进一步地，将加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期的步骤，包括：
计算加速度变化示意波形的相邻两个采样点的斜率变化；
根据斜率变化识别波峰和波谷；
将相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设置为一个加速度变化周期。
本发明还提出了一种跳绳计数装置，应用于上述的智能跳绳，包括：
数据采集模块，用于根据霍尔传感器获得的电压变化曲线获得霍尔传感器被触动的次数，同时，根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数；
数据处理模块，用于根据霍尔传感器被触动的次数与加速度变化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，跳绳模型包括单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
计数模块，用于根据跳绳模型、霍尔传感器被触动的次数以及加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
进一步地，数据采集模块包括：
加速度采集子模块，用于通过加速度传感器获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值；
加速度融合子模块，用于将XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形；
波形判断子模块，用于通过加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
进一步地，数据采集模块还包括：
标准判断子模块，用于将所述加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
本发明智能跳绳、跳绳计数方法及装置，智能跳绳设有加速度传感器，能通过加速度的变化以及摇绳的次数判断出是单跳还是双跳，智能跳绳使用更方便，用户体验更好。
附图说明
图1是本发明智能跳绳中手柄一实施例的内部结构的结构示意图；
图2是本发明跳绳计数方法中霍尔传感器被触动的电压变化示意图；
图3是本发明跳绳计数方法中加速度变化周期的波形示意图；
图4是本发明跳绳计数方法一实施例的步骤示意图；
图5是本发明跳绳计数方法另一实施例的步骤示意图；
图6是本发明跳绳计数方法第三实施例的步骤示意图；
图7是本发明跳绳计数方法中步骤S13a的一实施例的步骤示意图；
图8是本发明跳绳计数装置一实施例的结构示意图；
图9是本发明跳绳计数装置另一实施例的结构示意图；
图10是本发明跳绳计数装置第三实施例的结构示意图；
图11是本发明跳绳计数装置中标准判断子模块的一实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
参照图1，本发明智能跳绳一实施例，包括绳索20和手柄；手柄设有两个，分别设于绳索20的两端；手柄包括设于中部的转轴101，转轴101和绳索20连接；转轴101上设有磁铁102，手柄还包括霍尔传感器103，霍尔传感器103设于转轴101周向外侧并与磁铁102相对应，以使转轴101旋转时磁铁102经过霍尔传感器103；手柄还包括加速度传感器104和处理器，处理器连接霍尔传感器103和加速度传感器104；处理器根据由霍尔传感器103和加速度传感器104分别获取的信息进行处理，以判断跳绳时是单跳还是双跳、以及记录起跳次数；手柄还包括显示屏，显示屏电连接处理器，用于显示判断跳结果及起跳次数等。
使用智能跳绳时，随着跳绳进行，绳索20带动转轴101旋转，转轴101转动一周磁铁102就会触发一次霍尔传感器103的中断信号，处理器(图中未标出)根据这个中断信号的个数进行跳绳的计数；根据加速度传感器104获取的数据经过换算排除干扰可以得到接近身体跳跃次数的加速度变化周期数，并根据中断信号次数以及加速度变化周期数可以判断是单跳还是双跳，使用更加的方便，用户的体验更好。
为了防止磁铁102误触发霍尔传感器103，霍尔传感器103采用单极性的。
在本实施例中，霍尔传感器103和加速度传感器104设于主板上，处理器连接霍尔传感器103和加速度传感器104也设于主板105上。
在一些实施例中，手柄还包括轴承106；轴承106连接转轴101，以减少转轴101转动时的摩擦。通过轴承106可以降低转轴101旋转时的摩檫力，使用时用户体验更好，在一些情况下，轴承106套设在转轴101的外侧。
在一些实施例中，轴承106设有两个，分别套设在转轴101的外侧。两个轴承106套设在一根转轴101上，转轴101旋转时更稳定。
参照图4、本发明还提出了一种跳绳计数方法，应用于上述的智能跳绳，包括：
S1、根据霍尔传感器103获得的电压变化曲线获得霍尔传感器103被触动的次数，同时，根据加速度传感器104获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数；
S2、根据霍尔传感器103被触动的次数与加速度变化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，跳绳模型包括单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
S3、根据跳绳模型、霍尔传感器103被触动的次数以及加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
在上述步骤S1中，电压变化曲线如图2所示，图2中为双跳时的电压变化情况，每当转轴101旋转一周，磁铁102就会经过霍尔开关一次，磁铁102会触发一次霍尔传感器103的中断信号，霍尔传感器103未触发时，中断输出脚是1.8V的高电平，磁铁102贴近霍尔传感器103时，中断输出脚变成0V的低电平，磁铁102转过去离开霍尔传感器103后，中断输出脚变成1.8V的高电平，由此产生一个低脉冲，软件计数为跳了一次；因为加速度的有效轴在跳绳的运动过程中会不停的变换，单独使用某一个轴的加速度数据不足以表示真正的运动特征，因此处理器根据由加速度传感器104获得的XYZ三轴的三轴加速度值并通过计算公式计算出能够代表加数度变化规律的曲线，通过并在曲线中获得代表起跳次数的加速度变化周期数。
在上述步骤S2中，霍尔传感器103被触动的次数与加速度变化周期数的商包括几种情况：等于1且有余数、小于1、等于1和大于等于2；如果商等于1且有余数即判断为混合跳；如果商是等于1或小于10，判断为单跳，即每起跳一次摇一次绳索20；如果商大于等于2，判断为双跳，即每起跳一次要至少摇两次绳索20，在本实施例中只计算双跳，所以将商大于2的情况也算作双跳；在一些实施例中，可以将商大于2的情况，例如3，区分开，判断是有几重跳，即每起跳一次摇几次绳索20；在本实施例中以设定时间内，比如5秒，计算是单跳、双跳还是混合跳；在一些实施例中，可以通过起跳时间和停止时间为时间间隔判断是单跳、双跳还是混合跳，在起跳开始时按下开启按钮，在跳绳结束后按下结束按钮，并判断这段时间内进行的是单跳、双跳还是混合跳，起跳的次数是多少，每次起跳平均所耗时间等等数据。
在上述步骤S3中，如果商等于1且有余数即判断为混合跳，余数即为双跳的次数，加速度变化周期数减去余数即为单跳的次数；如果商是等于1，余数为零，判断为单跳，以霍尔传感器103被触动的次数或加速度变化周期数计为跳绳的次数；如果商是小于1即为0时，也判定为单跳，以霍尔传感器103被触动的次数计为跳绳的次数，以避免并未摇绳可是人已起跳的情况下计数，准确性更高；如果商大于等于2，判断为双跳，以加速度变化周期数计为跳绳的次数。
参照图5、在步骤S1中，根据加速度传感104器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数包括：
S11、通过加速度传感器104分别获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值。
S12、将XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形。
S13、通过加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
在上述步骤S11中，通过加速度传感器104分别在采样点获取XYZ三轴的加速度值，即在每个采样点时XYZ三轴的加速度值。
在上述步骤S12中，加速度变化示意波形为通过运算公式代入三轴加速度值后获得；加速度变化示意波形如图3所示；运算公式为：
其中，通过加速度传感器104分别获取跳绳过程中XYZ三轴的加速度值的步骤中加速度值包括每个时间点加速度传感器104分别在X轴、Y轴和Z轴上的加数度ax(t)、ay(t)和az(t)。
加速度传感器104采集的是三轴的加速度的数据，加速度的有效轴在跳绳的运动过程中会不停的变换，单独使用某一个轴的加速度数据不足以表示真正的运动特征，但是，无论如何XYZ三轴中总有至少一个轴具有较大的周期性加速度变化。所以需要先进行三轴数据的融合，通过上述公式可以将三轴的加速度的数据融合得到能够可以表示真正的运动特征的波形，所述波形如图3所示。
在上述步骤S13中，加速度变化示意波形可以判断设定时间内共有多少个加速度变化周期，计算加速度变化周期数即可判断设定时间内共完成了多少次起跳；在本实施例中，以一个波峰加一个波谷为一个加速度变化周期，代表了起跳并落地的过程。
参照图6、在一些实施例中，步骤S13之前，包括：
S13a、将加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
在上述步骤S13a中，相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间与加速度变化周期出现频率一致，且波峰和波谷更容易被判别，计算更方便。
通过加速度变化示意波形获得加速度变化周期数的步骤中通过采用区域峰值检测方法来检测出实际的加速度变化周期数。
参照图7、在一些实施例中，步骤S13a包括：
S13a1、计算加速度变化示意波形的相邻两个采样点的斜率变化。
S13a2、根据斜率变化识别波峰和波谷。
S13a3、将相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设置为为一个加速度变化周期。
在上述步骤S13a1中，所述采样点即为在跳绳过程中的时间点，每个时间点在加速度变化示意波形中都有对应的值，相邻两个采样点的斜率变化即为加速度变化示意波形中对应两个采样点位置的斜率变化。
在上述步骤S13a2中，通过斜率变化能够判断后一个采样点对应的值相对前一个采样点对应的值是上升还是下降了，进而判断波峰和波谷。
在上述步骤S13a3中，相邻两个波峰或波谷是按照时间顺序依次向后的；一个加速度变化周期即代表一次起跳过程。
参照图8、本发明还提出了一种跳绳计数装置，应用于上述的智能跳绳，包括：
数据采集模块1，用于根据霍尔传感器获得的电压变化曲线获得霍尔传感器被触动的次数，同时，根据加速度传感器获得的三轴加速度值获得加速度变化周期数；
数据处理模块2，用于根据霍尔传感器被触动的次数与加速度变化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，跳绳模型包括单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
计数模块3，用于根据跳绳模型、霍尔传感器被触动的次数以及加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
在上述数据采集模块1工作的过程中，电压变化曲线如图2所示，图2中为双跳时的电压变化情况，每当转轴101旋转一周，磁铁102就会经过霍尔开关一次，磁铁102会触发一次霍尔传感器103的中断信号，霍尔传感器103未触发时，中断输出脚是1.8V的高电平，磁铁102贴近霍尔传感器103时，中断输出脚变成0V的低电平，磁铁102转过去离开霍尔传感器103后，中断输出脚变成1.8V的高电平，由此产生一个低脉冲，软件计数为跳了一次；因为加速度的有效轴在跳绳的运动过程中会不停的变换，单独使用某一个轴的加速度数据不足以表示真正的运动特征，因此处理器根据由加速度传感器104获得的XYZ三轴的三轴加速度值并通过计算公式计算出能够代表加数度变化规律的曲线，通过并在曲线中获得代表起跳次数的加速度变化周期数。
在上述数据处理模块2工作的过程中，霍尔传感器103被触动的次数与加速度变化周期数的商包括几种情况：等于1且有余数、小于1、等于1和大于等于2；如果商等于1且有余数即判断为混合跳；如果商是等于1或小于10，判断为单跳，即每起跳一次摇一次绳索20；如果商大于等于2，判断为双跳，即每起跳一次要至少摇两次绳索20，在本实施例中只计算双跳，所以将商大于2的情况也算作双跳；在一些实施例中，可以将商大于2的情况，例如3，区分开，判断是有几重跳，即每起跳一次摇几次绳索20；在本实施例中以设定时间内，比如5秒，计算是单跳、双跳还是混合跳；在一些实施例中，可以通过起跳时间和停止时间为时间间隔判断是单跳、双跳还是混合跳，在起跳开始时按下开启按钮，在跳绳结束后按下结束按钮，并判断这段时间内进行的是单跳、双跳还是混合跳，起跳的次数是多少，每次起跳平均所耗时间等等数据。
在上述计数模块3工作的过程中，如果商等于1且有余数即判断为混合跳，余数即为双跳的次数，加速度变化周期数减去余数即为单跳的次数；如果商是等于1，余数为零，判断为单跳，以霍尔传感器103被触动的次数或加速度变化周期数计为跳绳的次数；如果商是小于1即为0时，也判定为单跳，以霍尔传感器103被触动的次数计为跳绳的次数，以避免并未摇绳可是人已起跳的情况下计数，准确性更高；如果商大于等于2，判断为双跳，以加速度变化周期数计为跳绳的次数。
参照图9、进一步地，数据采集模块1包括：
加速度采集子模块11，用于通过加速度传感器获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值；
加速度融合子模块12，用于将XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形；
波形判断子模块13，用于通过加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
在加速度采集子模块11工作过程中，通过加速度传感器104分别在采样点获取XYZ三轴的加速度值，即在每个采样点时XYZ三轴的加速度值。
在加速度融合子模块12工作过程中，加速度变化示意波形为通过运算公式代入三轴加速度值后获得；加速度变化示意波形如图3所示；运算公式为：
其中，通过加速度传感器104分别获取跳绳过程中XYZ三轴的加速度值的步骤中加速度值包括每个时间点加速度传感器104分别在X轴、Y轴和Z轴上的加数度ax(t)、ay(t)和az(t)。
加速度传感器104采集的是三轴的加速度的数据，加速度的有效轴在跳绳的运动过程中会不停的变换，单独使用某一个轴的加速度数据不足以表示真正的运动特征，但是，无论如何XYZ三轴中总有至少一个轴具有较大的周期性加速度变化。所以需要先进行三轴数据的融合，通过上述公式可以将三轴的加速度的数据融合得到能够可以表示真正的运动特征的波形，所述波形如图3所示。
在波形判断子模块13工作过程中，加速度变化示意波形可以判断设定时间内共有多少个加速度变化周期，计算加速度变化周期数即可判断设定时间内共完成了多少次起跳；在本实施例中，以一个波峰加一个波谷为一个加速度变化周期，代表了起跳并落地的过程。
参照图10、进一步地，数据采集模块1还包括：
标准判断子模块13a，用于将加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
在标准判断子模块13a工作过程中，相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间与加速度变化周期出现频率一致，且波峰和波谷更容易被判别，计算更方便。
参照图11、在一些实施例中，标准判断子模块13a包括：
斜率判断单元13a1、用于计算加速度变化示意波形的相邻两个采样点的斜率变化。
识别单元13a2、用于根据斜率变化识别波峰和波谷。
判断单元13a3、用于将相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设置为一个加速度变化周期。
在上述斜率判断单元13a1工作的过程中，所述采样点即为在跳绳过程中的时间点，每个时间点在加速度变化示意波形中都有对应的值，相邻两个采样点的斜率变化即为加速度变化示意波形中对应两个采样点位置的斜率变化。
在上述识别单元13a2工作的过程中，通通过斜率变化能够判断后一个采样点对应的值相对前一个采样点对应的值是上升还是下降了，进而判断波峰和波谷。
在上述判断单元13a3工作的过程中，相邻两个波峰或波谷是按照时间顺序依次向后的，一个加速度变化周期即代表一次起跳过程。
加速度传感器104根据跳绳模型、霍尔传感器103被触动的次数以及加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数之后将跳绳次数及单跳或双跳的跳绳次数结果在显示器上显示。
本发明智能跳绳和跳绳计数方法及装置，智能跳绳设有加速度传感器104，能通过加速度的变化以及摇绳的次数判断出是单跳、双跳还是混合跳，智能跳绳使用更方便，用户体验更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能跳绳，包括:绳索；手柄，设有两个，分别设于所述绳索的两端；其特征在于，
所述手柄包括设于中部的转轴，所述转轴和所述绳索连接；所述转轴上设有磁铁，所述手柄还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设于所述转轴周向外侧并与所述磁铁相对应，以使所述转轴旋转时所述磁铁经过所述霍尔传感器；
所述手柄还包括加速度传感器和处理器，所述处理器连接所述霍尔传感器和加速度传感器；所述处理器根据由所述霍尔传感器和加速度传感器分别获取的信息进行处理，以判断跳绳时是单跳还是双跳、以及记录起跳次数。
2.根据权利要求1所述的智能跳绳，其特征在于，所述手柄还包括：
轴承，连接所述转轴，以减少所述转轴转动时的摩擦。
3.根据权利要求2所述的智能跳绳，其特征在于，所述轴承设有两个，分别套设在所述转轴的外侧。
4.一种跳绳计数方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的智能跳绳，包括：
根据霍尔传感器获得的电压变化曲线获得所述霍尔传感器被触动的次数，同时，根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数；
根据所述霍尔传感器被触动的次数与所述加速度变
化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，所述跳绳模型包括单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
根据所述跳绳模型、所述霍尔传感器被触动的次数以及所述加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
5.根据权利要求4所述的跳绳计数方法，其特征在于，所述根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数的步骤，包括：
通过所述加速度传感器获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值；
将所述XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形；
通过所述加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
6.根据权利要求5所述的跳绳计数方法，其特征在于，通过所述加速度变化示意波形获得加速度变化周期数的步骤之前，包括：
将所述加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
7.根据权利要求6所述的跳绳计数方法，其特征在于，所述将所述加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期的步骤，包括：
计算所述加速度变化示意波形的相邻两个采样点的斜率变化；
根据所述斜率变化识别波峰和波谷；
将相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
8.一种跳绳计数装置，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的智能跳绳，包括：
数据采集模块，用于根据霍尔传感器获得的电压变化曲线获得所述霍尔传感器被触动的次数，同时，根据加速度传感器获得的三轴加速度变化数据获得加速度变化周期数；
数据处理模块，用于根据所述霍尔传感器被触动的次数与所述加速度变化周期数的商判定当前的跳绳模型，其中，所述跳绳模型包括单跳、双跳或单双混合跳中的一种；
计数模块，用于根据所述跳绳模型、所述霍尔传感器被触动的次数以及所述加速度变化周期数计算单跳和/或双跳的跳绳次数。
9.根据权利要求8所述的跳绳计数装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：
加速度采集子模块，用于通过所述加速度传感器获取跳绳过程中XYZ三轴分别对应的加速度值；
加速度融合子模块，用于将所述XYZ三轴分别对应的加速度值融合获得加速度变化示意波形；
波形判断子模块，用于通过所述加速度变化示意波形获得加速度变化周期数。
10.根据权利要求9所述的跳绳计数装置，其特征在于，数据采集模块还包括：
标准判断子模块，用于将所述加速度变化示意波形中相邻两个波峰之间或相邻两个波谷之间设为一个加速度变化周期。
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