CN112337041A - 一种挂片式力量训练器数据采集装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种挂片式力量训练器数据采集装置和方法，其特征在于，包括：RFID标签和RFID识读单元两部分；所述的RFID标签粘贴在杠铃片上，记录杠铃片的编号和重量信息；所述的RFID识读单元固定在力量训练器活动支臂上，与力量训练器活动支臂一起运动；所述的RFID识读单元包括RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路、天线、PCB板、电池和壳体；所述的RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路焊接在所述的PCB板上，所述的电池与所述的PCB板通过导线连接，所述的天线与所述的RFID识读模块通过导线连接；所述的PCB板和所述的电池固定在所述的壳体内。

Description

一种挂片式力量训练器数据采集装置和方法
技术领域
本发明涉及健身器材领域，具体为一种挂片式力量训练器数据采集装置和方法。
背景技术
力量训练器是健身房、健身中心的常见设备，是进行力量训练和健身塑型的有效工具。随着物联网和大数据的应用，健身数据的采集成为健身器械智能化的一个重要方向。对于插销配重块式力量训练器而言，数据的采集已有成熟方案，不管是霍尔开关采集方式还是光电开关采集方式，都能够有效采集力量训练中的重量、次数、速度等数据；但是对于挂片式力量训练器数据采集，一直还没有经济可靠的采集方式。曾经出现过利用摄像头通过图像识别的方法进行杠铃片识别的采集方案，由于图像识别需要的硬件成本较高，而且无法准确有效采集力量训练器配重位移数据，导致不能在实际生产中应用。因此，设计一种低成本的、可靠的、精准的挂片式力量训练器数据采集装置是迫切和有价值的。
发明内容
本发明提供一种挂片式力量训练器数据采集装置和方法，其特征在于，该采集装置包括：RFID标签和RFID识读单元两部分；所述的RFID标签粘贴在杠铃片上，记录杠铃片的编号和重量信息；所述的RFID识读单元固定在力量训练器活动支臂上，与力量训练器活动支臂一起运动；所述的RFID识读单元包括RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路、天线、PCB板、电池和壳体；所述的RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路焊接在所述的PCB板上，所述的电池与所述的PCB板通过导线连接，所述的天线与所述的RFID识读模块通过导线连接；所述的PCB板和所述的电池固定在所述的壳体内。
所述的RFID标签选用有源标签或无源标签；优选地，RFID标签采用无源标签。所述的RFID标签固定在杠铃片的圆柱面上，为了增加识读的可靠性，杠铃片的圆柱面上可以均匀固定几个记录存储同样内容的RFID标签。
优选地，无线模块选用蓝牙模块。
所述的天线选用外置天线或内置天线，优选地，天线选用外置天线，并且天线覆盖杠铃片安装区域，尽量靠近杠铃片上的RFID标签。
所述的电池选用可充电电池；优选地电池选用锂聚合物电池，通过USB接口进行充电。
一种挂片式力量训练器数据采集方法，其特征在于包含如下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
制作RFID标签，把标签贴在杠铃片上，标签记录存储杠铃片的编号和重量信息；
Figure 903087DEST_PATH_IMAGE002
RFID识读单元固定在挂片式力量训练器活动支臂上，保持与活动支臂平行，天线靠近杠铃片；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
开始锻炼时，RFID识读模块读取悬挂在力量训练器一侧的杠铃片上的RFID标签，把所有标签记录的重量相加得出一侧杠铃片的总重量，乘以二即为两侧所有杠铃片的总重量；陀螺仪检测并记录初始位置的空间角度；
Figure 867501DEST_PATH_IMAGE004
运动时，陀螺仪实时检测记录空间角度变化，通过活动支臂把手到旋转轴的距离和支臂旋转的角度可以实时计算把手的位移，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
,其中s是位移，L为活动支臂把手到旋转轴的距离，
Figure 502488DEST_PATH_IMAGE006
为支臂旋转的角度；通过实时采集位移和时间，可以计算实时运动速度，即
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 342400DEST_PATH_IMAGE008
为约定的时间内把手的位移，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为约定的时间；
Figure 855289DEST_PATH_IMAGE010
RFID识读单元预设活动支臂把手上、下运动的阈值为H1和H2，当活动支臂把手上升时的位移s﹥H1且下降时的位移s﹤H2时，完成一次训练动作，训练次数加一；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
力量训练器杠铃片的重量、活动支臂把手的位移和速度、训练次数通过无线芯片传送给手机或者显示屏幕，在手机或者显示屏幕上显示这些训练数据；
Figure 172745DEST_PATH_IMAGE012
变换杠铃片的数量或种类，重复步骤
Figure 761989DEST_PATH_IMAGE003
至步骤
Figure 135202DEST_PATH_IMAGE011
，完成训练数据采集。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.方案简单。RFID标签已经广泛应用在物联网领域，技术可靠；蓝牙芯片和陀螺仪广泛应用在手机等电子设备上，是最常用的短距离通讯芯片和传感器；本发明利用最常用的芯片和技术，实现挂片式力量训练器数据采集功能。
2.成本低。本方案采用的电子元器件成本低廉，没有大量的计算，不需要高性能MCU和存储单元的支持，降低了成本。
3、采集数据准确。通过陀螺仪采集角度，通过算法求解出力量训练器运行的位移、速度和次数数据，与其他方案对比，数据采集精度较高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的安装示意图。
图1和图2中：
挂片式力量训练器1，杠铃片2，支臂转轴3，RFID标签4，RFID识读单元5，活动支臂6，活动支臂把手7，RFID识读模块51，无线模块52，PCB板53，电池54，陀螺仪55，外围电路56，加速度计57，天线58，壳体59。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
实施例1：
如附图1和图2所示，一种挂片式力量训练器数据采集装置，包括RFID标签4和RFID识读单元5两部分；RFID标签4粘贴在杠铃片2上，记录杠铃片的编号和重量信息； RFID识读单元5固定在力量训练器活动支臂6上，与力量训练器活动支臂6一起运动； RFID识读单元5包括RFID识读模块51、无线模块52、陀螺仪55、加速度计57、外围电路56、天线58、PCB板53、电池54和壳体59； RFID识读模块51、无线模块52、陀螺仪55、加速度计57、外围电路56焊接在PCB板53上，电池54与PCB板53通过导线连接，天线58与RFID识读模块51通过导线连接； PCB板53和电池54固定在壳体59内。
RFID标签选用无源标签；RFID标签4固定在杠铃片2的圆柱面上，为了增加识读的可靠性，杠铃片2的圆柱面上可以均匀固定几个记录存储同样内容的RFID标签4。无线模块52选用蓝牙模块。天线58选用外置天线，并且天线覆盖杠铃片2的安装区域，尽量靠近杠铃片上的RFID标签。电池选用锂聚合物电池，通过USB接口进行充电。
把记录存储杠铃片的编号和重量信息的RFID标签4贴在杠铃片2的圆柱面上；把RFID识读单元5固定在挂片式力量训练器活动支臂6上，保持与活动支臂平行，天线58靠近杠铃片2； 开始锻炼时，RFID识读模块51读取悬挂在力量训练器一侧的杠铃片2上的RFID标签4，把所有标签记录的重量相加得出一侧杠铃片的总重量，乘以二即为两侧所有杠铃片的总重量；陀螺仪55检测并记录初始位置的空间角度；并实时检测记录空间角度变化，通过活动支臂把手7到旋转轴3的距离和支臂旋转的角度可以实时计算活动支臂把手7的位移，即：
Figure 218827DEST_PATH_IMAGE005
,其中s是位移，L为活动支臂7把手到旋转轴3的距离，
Figure 705303DEST_PATH_IMAGE006
为支臂旋转的角度；通过实时采集位移和时间，可以计算实时运动速度，即
Figure 367578DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 572295DEST_PATH_IMAGE008
为约定的时间内把手的位移，
Figure 472992DEST_PATH_IMAGE009
为约定的时间；RFID识读单元5预设活动支臂把手上、下运动的阈值为H1和H2，当活动支臂把手上升时的位移s﹥H1且下降时的位移s﹤H2时，完成一次训练动作，训练次数加一。
力量训练器杠铃片的重量、活动支臂把手的位移和速度、训练次数通过无线芯片52传送给手机或者显示屏幕，在手机或者显示屏幕上显示这些训练数据。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种挂片式力量训练器数据采集装置，其特征在于，该采集装置包括：RFID标签和RFID识读单元两部分；所述的RFID标签粘贴在杠铃片上，记录杠铃片的编号和重量信息；所述的RFID识读单元固定在力量训练器活动支臂上，与力量训练器活动支臂一起运动；所述的RFID识读单元包括RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路、天线、PCB板、电池和壳体；所述的RFID识读模块、无线模块、陀螺仪、加速度计、外围电路焊接在所述的PCB板上，所述的电池与所述的PCB板通过导线连接，所述的天线与所述的RFID识读模块通过导线连接；所述的PCB板和所述的电池固定在所述的壳体内。
2.根据权利要求1所述的一种挂片式力量训练器数据采集装置，其特征在于：所述的RFID标签选用有源标签或无源标签；所述的无线模块选用蓝牙模块。
3.根据权利要求1所述的一种挂片式力量训练器数据采集装置，其特征在于：所述的天线选用外置天线或内置天线。
4.根据权利要求1所述的一种挂片式力量训练器数据采集装置，其特征在于：所述的电池选用可充电电池。
5.一种挂片式力量训练器数据采集方法，其特征在于包含如下步骤：
Figure 778046DEST_PATH_IMAGE001
制作RFID标签，把标签贴在杠铃片上，标签记录存储杠铃片的编号和重量信息；
Figure 324565DEST_PATH_IMAGE002
RFID识读单元固定在挂片式力量训练器活动支臂上，保持与活动支臂平行，天线靠近杠铃片；
Figure 950587DEST_PATH_IMAGE003
开始锻炼时，RFID识读模块读取悬挂在力量训练器一侧的杠铃片上的RFID标签，把所有标签记录的重量相加得出一侧杠铃片的总重量，乘以二即为两侧所有杠铃片的总重量；陀螺仪检测并记录初始位置的空间角度；
Figure 898952DEST_PATH_IMAGE004
运动时，陀螺仪实时检测记录空间角度变化，通过活动支臂把手到旋转轴的距离和支臂旋转的角度可以实时计算把手的位移，即：
Figure 286814DEST_PATH_IMAGE005
,其中s是位移，L为活动支臂把手到旋转轴的距离，
Figure 320629DEST_PATH_IMAGE006
为支臂旋转的角度；通过实时采集位移和时间，可以计算实时运动速度，即
Figure 219184DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 22055DEST_PATH_IMAGE008
为约定的时间内把手的位移，
Figure 849328DEST_PATH_IMAGE009
为约定的时间；
Figure 370439DEST_PATH_IMAGE010
RFID识读单元预设活动支臂把手上、下运动的阈值为H1和H2，当活动支臂把手上升时的位移s﹥H1且下降时的位移s﹤H2时，完成一次训练动作，训练次数加一；
Figure 807106DEST_PATH_IMAGE011
力量训练器杠铃片的重量、活动支臂把手的位移和速度、训练次数通过无线芯片传送给手机或者显示屏幕，在手机或者显示屏幕上显示这些训练数据；
Figure 730062DEST_PATH_IMAGE012
变换杠铃片的数量或种类，重复步骤
Figure 836558DEST_PATH_IMAGE003
至步骤
Figure 592768DEST_PATH_IMAGE011
，完成训练数据采集。
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