CN110916671A

CN110916671A - 智能跑步监控系统

Info

Publication number: CN110916671A
Application number: CN201911119331.6A
Authority: CN
Inventors: 李昌利; 颜钰楠
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明公开了一种智能跑步监控系统，包括传感器模块、处理器和佩戴设备；所述传感器模块在用户跑步过程中，设置在所述用户的待测部位；所述处理器设置在所述佩戴设备上；所述佩戴设备由所述用户佩戴；所述传感器模块采集所述用户在跑步过程中产生的实时运动数据，将所述实时运动数据发送至所述处理器；所述处理器将所述实时运动数据与预存的标准动作模型进行比较，将比较结果发送至所述用户持有的终端，以对所述用户的跑步过程进行控制；所述标准动作模型记录各项运动参数的参考范围。采用本智能跑步监控系统，对用户的跑步过程进行控制，及时矫正用户的跑步动作，提高用户跑步过程中的安全性。

Description

智能跑步监控系统

技术领域

本发明涉及穿戴设备技术领域，尤其涉及一种智能跑步监控系统。

背景技术

跑步是当今人们非常热爱的一种全身型运动健身方式，而作为一种健身运动，人们在跑步后往往希望得知自己当前的运动数据信息，如跑步动作是否规范、跑步的距离、消耗的卡路里等，以便对自己的运动情况进行调整，同时由于跑步设备的限制，跑步过程中出现的问题却未能得到较好的解决，比如，跑步动作不规范。

现今的跑步配套设备，作用单一而对于跑步安全问题，往往是使用护膝对膝盖进行保护，这仅仅是最初级的安全设备，往往导致长期跑步的用户膝盖受损等问题；而在跑步后，用户对于当前的运动数据信息，更是无从知晓。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种智能跑步监控系统。

为实现本发明的目的，提供一种智能跑步监控系统，包括传感器模块、处理器和佩戴设备；

所述传感器模块在用户跑步过程中，设置在所述用户的待测部位；所述处理器设置在所述佩戴设备上；所述佩戴设备由所述用户佩戴；

所述传感器模块采集所述用户在跑步过程中产生的实时运动数据，将所述实时运动数据发送至所述处理器；

所述处理器将所述实时运动数据与预存的标准动作模型进行比较，将比较结果发送至所述用户持有的终端，以对所述用户的跑步过程进行控制；所述标准动作模型记录各项运动参数的参考范围。

在一个实施例中，所述传感器模块包括压力传感器、测距仪和加速度计；所述佩戴设备包括鞋垫和手环；

所述压力传感器和测距仪分别设置在所述鞋垫上，所述加速度计设置在所述手环上；

所述压力传感器用于获取用户跑步时鞋垫的受力区与各个受力区的受力参数，将所述受力区与各个受力区的受力参数发送至所述处理器；

所述测距仪用于测量用户跑步时每步距离，将每步的距离发送至所述处理器；

所述加速度计用于测量用户跑步位移，并获得用户的跑步速度数据，根据跑步速度数据获取用户的跑步模型，跑步速度，计算用户消耗的卡路里值，并将所述跑步模型、跑步速度、和卡路里值发送至所述处理器。

作为一个实施例，所述处理器判断受力区是否符合跑步时预设的脚部用力区，并判断各个受力参数是否在预设的压力范围内，若受力区不符合跑步时预设的脚部用力区，或者存在至少一个受力参数超出预设的压力范围，则判断当前用户跑步动作不规范，通知用户矫正跑步动作。

作为一个实施例，上述智能跑步监控系统，还包括第一通信模块和第二通信模块；

所述第一通信模块用于将压力传感器获得的受力区与各个受力区的受力参数发送至所述处理器，将测距仪获得的每步距离发送至所述处理器；

所述第二通信模块用于将处理器的比较结果发送至所述用户持有的终端。

在一个实施例中，上述智能跑步监控系统，还包括心率计和报警器，所述心率计和所述报警器分别连接所述处理器；

所述心率计用于获取用户的心率参数，将所述心率参数发送至所述处理器，所述处理器在监测到所述心率参数大于预设的心率阈值时，控制所述报警器报警。

在一个实施例中，上述智能跑步监控系统，还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块用于记录用户当前的位置信息，将所述位置信息发送至所述处理器。

上述智能跑步监控系统中，传感器模块在用户跑步过程中，设置在所述用户的待测部位，采集用户在跑步过程中产生的实时运动数据，将实时运动数据发送至所述处理器；使处理器将实时运动数据与预存的标准动作模型进行比较，将比较结果发送至用户持有的终端，以对用户的跑步过程进行控制，及时矫正用户的跑步动作，提高用户跑步过程中的安全性。

附图说明

图1是一个实施例的智能跑步监控系统结构示意图；

图2是另一个实施例的智能跑步监控系统结构示意图；

图3是另一个实施例的智能跑步监控系统结构示意图；

图4是一个实施例的智能跑步监控系统的通信环境示意图；

图5为一个实施例的智能跑步监控系统结构示意图；

图6为一个实施例的跑步监控流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参考图1所示，图1为一个实施例的智能跑步监控系统结构示意图，包括传感器模块10、处理器22和佩戴设备(图1中未示出)；

所述传感器模块10在用户跑步过程中，设置在所述用户的待测部位(如用户的手腕处、和/或脚底)；所述处理器22设置在所述佩戴设备上；所述佩戴设备由所述用户佩戴；

所述传感器模块10采集所述用户在跑步过程中产生的实时运动数据，将所述实时运动数据发送至所述处理器22；

所述处理器10将所述实时运动数据与预存的标准动作模型进行比较，将比较结果发送至所述用户持有的终端，以对所述用户的跑步过程进行控制；所述标准动作模型记录各项运动参数的参考范围。

具体地，上述佩戴设备可以包括手环(手环)、和/或脚垫，以便于用户在跑步过程中进行佩戴。上述终端可以包括手机等智能通信设备，处理器10可以将比较结果和/或比对结果对应的提示信息发送至终端，使用户及时查收，以依据终端收到的比较结果和/或比对结果对应的提示信息控制当前的跑步动作，实现对当前跑步过程中的监控。

上述实时运动数据包括用户在当前跑步过程中产生的脚底受力区、各个受力区的受力参数、每步距离、跑步速度、和卡路里值等数据。上述标准动作模型记录各项运动参数的参考范围，具体可以包括脚掌压力与压力区(脚尖、脚后跟、全脚掌)，步伐距离，跑步速度等各项运动参数的数值参考范围，比如脚部用力区范围、脚底压力范围、和/或跑步速度范围等等。处理器10在收到上述实时运动数据之后，可以依据实时运动数据生成表征当前跑步状态的运动动作模型，并将当前的运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，以获得表征用户跑步动作是否规范的比较结果。若当前的运动动作模型与标准动作模型存在差异，则处理器10可以将比对结果发送至用户，以通知用户矫正跑步动作。

上述智能跑步监控系统中，传感器模块10在用户跑步过程中，设置在所述用户的待测部位，采集用户在跑步过程中产生的实时运动数据，将实时运动数据发送至所述处理器22；使处理器10将实时运动数据与预存的标准动作模型进行比较，将比较结果发送至用户持有的终端，以对用户的跑步过程进行控制，及时矫正用户的跑步动作，提高用户跑步过程中的安全性。

具体地，加速度计可以测量用户跑步位移，并与GPS结合获得用户跑步速度数据，根据当前的运动动作数据获取用户的跑步模型，跑步速度，并且根据跑步热量公式获得用户消耗的卡路里值。

作为一个实施例，所述处理器判断受力区是否符合跑步时预设的脚部用力区，并判断各个受力参数是否在预设的压力范围内，若受力区不符合跑步时预设的脚部用力区，或者存在至少一个受力参数超出预设的压力范围，则判断当前用户跑步动作不规范，通知用户矫正跑步动作(如将当前用户跑步动作不规范的提示信息发送至相应终端等等)。

处理器可以从标准动作模型中读取脚部用力区、压力范围、每步的距离范围等数值参考范围，以依据上述数值参考范围分别检测受力区、各个受力区的受力参数、每步距离和跑步速度等实时运动数据是否在相应的数值参考范围内，若存在实时运动数据不在相应的数值参考范围内，则判定用户当前跑步动作不规范，将相应的判定结果反馈至用户持有的终端，以通知用户矫正跑步动作。

作为一个实施例，上述智能跑步监控系统还包括第一通信模块和第二通信模块；

具体地，上述智能跑步监控系统的结构示意图也可以参考图2所示，包括压力传感器111、测距仪112、加速度计21、第一通信模块12、第二通信模块23和处理器22，第一通信模块12将压力传感器获得的受力区与各个受力区的受力参数发送至处理器22，第二通信模块23将处理器22的比较结果发送至用户持有的终端3，以使终端及时获得用户当前的跑步数据。

在一个实施例中，上述智能跑步监控系统还包括心率计和报警器，所述心率计和所述报警器分别连接所述处理器；

具体地，上述智能跑步监控系统还可以设置监测模块，监测模块与处理器连接，心率计设置在监测模块上，用于监测用户跑步的心率值，监测模块包括心率计，心率计用于获取心率值，处理器从监测模块获取心率值。

上述报警器可以包括LED显示单元和/或震动马达，以通过显示和/或震动进行相应报警。

具体地，上述智能跑步监控系统的结构示意图也可以参考图3所示，还包括心率计24、GPS定位模块25和报警器26。报警器26可以包括LED显示单元和/或震动马达。在实际的监控过程中，参考图4所示，智能跑步监控系统2可以通过相关中继站32(如2.4GHz)和服务器33与终端3进行相应通信连接。

上述智能跑步监控系统，通过传感器模块采集用户跑步的动作数据，并根据动作数据还原用户当前的运动动作模型；处理器获取当前的运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，若当前运动动作模型与标准动作模型存在差异，则通知用户矫正跑步动作，其能在用户跑步后还原用户当前的运动动作模型，矫正不正确的跑步动作，并获知运动数据信息，提高用户跑步健身质量。

在一个实施例中，对上述智能跑步监控系统的监控过程进行介绍，上述智能跑步监控系统结构示意图可以参考图5所示，包括两个跑步穿戴设备：跑步穿戴设备1(如脚垫)和跑步穿戴设备2(如手环)，能在用户跑步后还原当前的运动动作模型，获知当前跑步的速度、距离及消耗的卡路里，帮助用户了解自己的跑步数据；并且，还可以将当前的运动动作模型与跑步的标准动作模型进行比较，从而帮助用户矫正跑步动作，从而实现智能的提高用户跑步质量。如图5所示，本实施例揭示的跑步穿戴设备1可以包括压力传感器111、测距仪112和第一通信模块12，跑步穿戴设备2可以包括加速度计21、处理器22、第二通信模块23，还可以包括心率计24、GPS定位模块25和报警器26。其中，压力传感器111和测距仪112用于采集用户跑步的动作数据，并根据该动作数据还原用户当前的运动动作模型；处理器22与第一通信模块12连接，用于获取用户当前的运动动作模型，并将当前的运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，若当前的运动动作模型与标准动作模型存在差异，则处理器22通知用户矫正跑步动作。

在本实施例中，跑步穿戴设备1可以为鞋垫，具有耐磨、便宜的优点，且方便用户随时安装与卸下。跑步穿戴设备1的各个传感器(如压力传感器和测距仪)和第一通信模块12连接，用以在用户跑步过程中采集用户的当前跑步动作数据；其中传感器模块对这些动作数据进行过滤和数据融合，将处理后的数据进行相关的算法分析，还原用户当前的跑步运动动作模型，并根据用户当前的跑步运动动作模型获得用户的跑步动作、跑步步伐距离，帮助用户了解自己的运动状况。

跑步穿戴设备2还可以包括手环，具有超级防水功能，方便用户随身佩戴。手环上可以设置加速度计21。在用户跑步过程中采集用户的当前跑步动作数据，对这些动作数据进行过滤和数据融合，将处理后的数据进行相关的算法分析，还原用户当前的跑步运动动作模型，并根据用户当前的跑步运动动作模型获得用户的跑步速度、跑步距离及消耗的卡路里信息，帮助用户了解自己的运动状况。

此外，处理器22通过第二通信模块23与终端3连接，这里的连接可以为蓝牙连接或WIFI连接，终端3可以为手机、IPad或个人电子计算机等电子设备。跑步穿戴设备中存储有预设的跑步标准动作模型，压力传感器111、测距仪112可以将数据通过第一通信模块12传输给处理器22，处理器22获取当前的运动动作模型，并将当前的运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，若当前的运动作模型与标准动作模型存在差异，则得出用户须改进的动作内容，处理器22将用户当前的运动动作模型和标准动作模型及需改进的动作内容通过图像和语音的方式通过第二通信模块23传送给终端3，在终端3中对用户进行动作的校准和指导。在其他实施方式中，还可以在终端3中预设跑步标准动作模型，处理器22将用户当前的运动动作模型通过信息编码的方式传送至终端3，终端3中的处理器(图未示)对信息编码进行解码，还原用户的运动动作模型，并与预设跑步标准动作模型进行比较，将用户的跑步动作与标准动作的差异通过语音或图像的方式对用户进行指导和校准。

因此，区别于现有技术，本实施例所揭示的跑步穿戴设备1利用相关传感器模块获取用户当前的跑步动作数据，并根据该动作数据获取个人的跑步信息，帮助用户了解自己的运动状况；并且，处理器22将当前动作模型与预设的标准动作模型比较，并将差异部分通过终端3对用户进行校准和指导，可有效地提高用户的跑步健身质量。

在另一个实施例中，在上一实施例所揭示的智能跑步监控系统的基础上进行描述。本实施例所揭示的智能跑步监控系统具有实现对用户跑步整个过程的运动监测、用户身体状况感知、危险预警及其他便利功能，实时地监测用户的运动和身体数据，并将运动过程中的各项数据通过无线通信模块发送给移动终端或后台服务器，移动终端对运动数据进行分类、存储和展现，并通过无线通讯方式与后台服务器进行同步和整合，进一步保证用户跑步健身的效率和安全。

如图5所示，本实施例揭示的跑步穿戴设备2进一步包括分别与处理器22连接的心率计24、GPS定位模块25及报警模块26，此外，还包括未图示的充电模块、电池和电源管理模块和Flash存储内存。

其中，传感器模块用于在用户跑步过程中，利用压力传感器111与测距仪112对用户的跑步动作数据进行采集，传感器模块进一步对采集的数据进行过滤和数据融合，并进行相关的算法分析，还原用户当前的运动动作模型，传感器模块由该当前的运动动作模型获得用户当前的跑步状态数据，如跑步动作、跑步步伐长度等，帮助用户了解自己的跑步情况信息；传感器模块将还原的当前的运动动作模型发送给处理器22，处理器22将当前的运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，若当前的运动动作模型与标准动作模型存在差异，则得出用户须改进的动作内容，处理器22通知用户矫正跑步动作。

处理器22与其他各个功能模块相互通信，并对各个模块传送来的数据进行处理，并将处理结果通过相应的各个模块进行执行，通常为MCU处理器。

第二通信模块23用于与终端3进行无线数据通讯，通常为2.4GHz远距离无线通讯和蓝牙通讯，还可以为其他无线通讯。

心率计24用于监测用户跑步环境的心率值，可以为心率计，心率计用于获取用户跑步状态时的心率值，并且，处理器22从该心率24获取心率值(心率参数)。监测模块24可实时监测用户所在的跑步状态时的心率值。并且，处理器22还判断心率值超过是否大于预设的心率阈值，在心率值超过预设的心率阈值时，则判断用户身体状况不适合继续剧烈运动，迅速通过报警模块26产生报警信号，实现实时监控用户的跑步状况，在用户不适合继续剧烈运动时提醒用户及时停止下来。并且，报警模块不仅可以预设心率阈值，还可以预设超过心率阈值的报警百分比。

报警模块26又称为交互管理模块，主要包括LED显示单元和震动马达，报警模块26用于根据处理器22发出的报警指示产生报警。如果处理器22监测到心率值超过预设的阈值范围，则会控制报警模块26通过震动警报和LED灯光闪烁的形式提醒用户调整跑步内容，有效保证用户的身体健康和生命安全。

GPS定位模块25用于实时记录用户当前的位置信息，并将位置信息发送给处理器22，处理器22将位置信息实时通过第二通信模块23发送给终端，确保用户时刻处于安全监控状态，即使出现危险，也能快速搜救。

请参看图4，图4是上述跑步监控系统的通信环境示意图。如图4所示，本实施例所揭示的智能的跑步监控系统3通过相关中继站32(如2.4GHz)和服务器33与终端3进行通信。其中终端31可以为手机、IPad或笔记本电脑等个人电子设备；2.4GHz通讯中继端32为一个通讯基站，负责跑步监控系统与服务器3的远距离无线通讯；服务器33是为整套系统服务APP服务器，负责用户信息、跑步区域信息、跑步数据和地理信息等信息的存储与管理。移动终端31与跑步穿戴设备2的第二通信模块23通过蓝牙连接，还可以为红外连接等其他实现无线数据通信的连接，实现一对一的将用户佩戴的跑步穿戴设备2的数据同步给用户的个人电子设备。终端3进一步与服务器33连接，服务器33通常为后台服务管理中心，用于存储不同的用户信息；该连接可以为4G连接，或WIFI连接，使移动终端31的数据与服务器33实现数据同步和整合。2.4GHz通讯中继端32与跑步穿戴设备2实现2.4GHz无线远距离数据通讯，从而实现远距离获取跑步穿戴设备的数据，并且，2.4GHz通讯的中继端32与服务器33连接，用于将获取的数据与服务器33实现同步。因此，服务器33通过用户的移动终端31获取用户的个人信息及移动终端31从跑步穿戴设备2处获得的数据信息，同时，通过2.4GHz通讯中继端32获取用户的实时跑步数据信息，服务器33将这些数据进行整合，从而可实时获得不同用户各自对应的身份及跑步状况信息。

结合图3、图4和图5，请参看图6，图6是上述智能跑步监控系统进行跑步监控的流程图。如图6所示，本实施例揭示的智能的跑步监控系统在用户的整个跑步过程中，各个模块之间实现的相互功能如下：

S11：开启跑步穿戴设备的通讯功能。

在S11中，为用户在跑步前，先佩戴好各个跑步穿戴设备(如跑步穿戴设备1和跑步穿戴设备2)，并开启跑步穿戴设备1的通信模块12和跑步穿戴设备2的第二通信模块23，使第一通信模块12与处理器22相连，同时使跑步穿戴设备2与用户携带的移动终端31进行匹配，例如，跑步手环与手机进行蓝牙一一匹配，使手机开启随时接收跑步手环信息的准备。

S12：采集用户跑步过程中的动作数据，并实时监测用户的跑步环境。

在跑步过程中，智能的跑步穿戴设备1中的压力计111和测距仪112与跑步穿戴设备2的加速度计21对用户的跑步运动数据进行有效采集；并且，监测模块中的心率计24监测用户当前跑步环境的心率值，其中，心率计241获取用户当前跑步的心率值；处理器22判断心率值是否符合预设的心率阈值；若指心率值不符合预设的心率阈值，则处理器12判断用户不适合继续跑步，并控制报警模块26产生报警，提醒用户停止运动或降低运动强度。报警模块26的LED显示单元261和震动马达262向用户展示不同的报警级别，例如，当心率值超过预设的心率阈值的10％，但心率值并未超过预设的心率阈值的20％时，报警模块26仅通过LED显示单元261的灯光闪烁提醒用户，当心率值超过预设的心率阈值的越来越大，LED灯光闪烁越来越快；若用户跑步过程中的心率值超过预设的阈值的20％，则LED显示单元261的灯光闪烁，同时震动马达262同时震动，提醒用户当前的跑步状态危险，需要调整跑步内容和运动强度。

因此，本实施方式的跑步穿戴设备1、跑步穿戴设备2在用户跑步过程中采集用户的有效运动数据，并且不断监测用户的跑步环境状况，在跑步环境状况超出阈值时及时提醒用户当前的跑步危险等级，需要调整运动强度。

S13：还原用户当前的跑步运动动作模型，获得用户的跑步数据信息，并且将当前的跑步运动动作模型与预设的标准动作模型进行比较，若当前的运动动作模型与标准动作模型存在差异，则通知用户矫正跑步动作。

在本实施例中，跑步结束后，处理器22可以对压力计111和测距仪112、传感器模块21对加速度计21在跑步过程中采集的数据进行过滤和融合、数据算法分析，从而还前用户当前的跑步运动动作模型，从而从该运动动作模型获知用户的跑步状况数据，如跑步速度、跑步距离及消耗的卡路里等，帮助用户了解自己的跑步情况信息；并且，处理器22获取该当前的跑步运动动作模型，并与预设的标准动作模型进行比较，若当前的运动动作模型与标准动作模型存在差异，将得出用户须改进的动作内容，并通过图文和语音的方式在用户的移动终端，如手机中进行动作的校准和指导。

综上所述，区别于现有技术，上述智能跑步监控系统具有防水和耐磨舒适功能，穿戴方便，同时实现用户了解在跑步前的环境状况，在跑步过程中对用户自身的安全保护，跑步后的运动数据分析，帮助用户了解自己的运动状况信息，提高了用户跑步的便利性，保障用户自身安全，同时，提高用户跑步健身质量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种智能跑步监控系统，其特征在于，包括传感器模块、处理器和佩戴设备；

2.根据权利要求1所述的智能跑步监控系统，其特征在于，所述传感器模块包括压力传感器、测距仪和加速度计；所述佩戴设备包括鞋垫和手环；

3.根据权利要求2所述的智能跑步监控系统，其特征在于，所述处理器判断受力区是否符合跑步时预设的脚部用力区，并判断各个受力参数是否在预设的压力范围内，若受力区不符合跑步时预设的脚部用力区，或者存在至少一个受力参数超出预设的压力范围，则判断当前用户跑步动作不规范，通知用户矫正跑步动作。

4.根据权利要求2所述的智能跑步监控系统，其特征在于，还包括第一通信模块和第二通信模块；

5.根据权利要求1至4任一项所述的智能跑步监控系统，其特征在于，还包括心率计和报警器，所述心率计和所述报警器分别连接所述处理器；

6.根据权利要求1至4任一项所述的智能跑步监控系统，其特征在于，还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块用于记录用户当前的位置信息，将所述位置信息发送至所述处理器。