CN113395672A - 一种基于手机的体育课时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机的体育课时监测系统及方法，包括智能监控终端、数据采集基站和智能运动手环，所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接实现与数据采集基站的通信及供电；所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环；所述智能监控终端为智能手机，与数据采集基站采用一体式设计，可佩戴于手臂或通过支架放置。本发明通过学生佩戴手环对课堂运动情况进行实时监测，系统部署简单、功能齐全、方便快捷进行体育课时监测与评价，对体育课运动安排合理性，学生运动强度是否达标提供依据，对增强青少年的身心健康具有更大的社会意义和教育价值。

Description

一种基于手机的体育课时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及体育教学领域，尤其涉及一种基于手机的体育课时监测系统及方法。

背景技术

目前传统的体育课是老师带着学生做统一的运动，课堂运动强度、运动密度全凭借经验和感觉，没有数据积累、没有数据反馈、这就使得体育工作的评估变得无从下手，同时由于数据的缺失，体育工作也很难从时间维度进行连贯的信息挖掘。同时因为每个学生的体质健康水平不一，学生对于同样强度的运动承受能力不同，所以对于同样运动过程，很容易出现一些学生运动强度达不到，而有些学生的运动强度过高的情况。

为了使学生达到学习锻炼的目的，但是由于课堂运动的安排合理性及运动强度是否达标无法通过数据去衡量，而一旦出现长时间的运动强度过高，很容易危及学生人身安全，解决这些问题，刻不容缓，而且目前多数传统体育课比较粗犷，无法采集到体育课上的数据，给体育工作的评估带来很大的难度。

在专利CN201922468813.4公开了一种体育课教学系统，包括：中央处理器、蓝牙基站、中央处理器、监控终端、云存储平台、WEB服务器、应用管理服务器、数据存储服务器与智能设备，其特征在于：所述智能设备为智能运动手环，智能运动手环包括有控制芯片、加速度计、心率传感器、OLED显示屏、数据采集装置与信号发射器，数据采集器的输入端分别与加速度计、控制芯片与心率传感器的输出端相互电连接。本实用新型设置与数据存储服务器，可以存储历史数据并通过中央处理器通过对历史数据的多维度汇总对比分析，可使用数据对体育教学工作做跟踪对比反馈，本实用新型设置有云存储平台，可以防止当数据存储服务器硬件损坏而导致丢失数据的问题。然而该方案不能运用于复杂环境的学校，一般基于蓝牙广播协议的通信只能实现单向通信，广播方式收发双方不具有反馈机制，接收方（基站）是否正确接收数据包发送方（智能运动手环）无法判定，此方式的数据传输不具有可靠性，特别在无线信号差的环境下会有严重丢包的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过实时采集学生的运动数据并对整堂课的数据进行分析，最终可通过报告的形式给与展现，为老师对课堂的运动密度及运动强度是否达标提供可靠依据，从而提供一种基于手机的体育课时监测系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于手机的体育课时监测系统，包括智能监控终端、数据采集基站和智能运动手环，所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接，所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环。

进一步的，所述智能监控终端为智能手机，与数据采集基站通过数据线连接USB接口形成一体式，可佩戴于手臂或通过支架放置。

进一步的，所述智能运动手环内置传感器，采集运动数据、心率、体温和环境光。

进一步的，所述智能监控终端通过USB接收数据采集基站上传数据，将数据存储并显示。

进一步的，还包括收纳箱；所述收纳箱为便捷式手提箱，用于收纳智能运动手环，同时可以为智能运动手环充电。

一种基于手机的体育课时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：课前将便携式手提箱中智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

步骤2：打开手机及体育课时监测系统app，在app中新建一堂体育课，设置相关课堂信息；

步骤3：将手机通过臂带方式佩戴于老师手臂或通过手机支架放置于有效监测范围；

步骤4：课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

本发明的有益效果：

1）可以利用手机实现体育课时数据采集、分析，并将数据呈现；

2）利用手机USB接口实现与数据采集基站的通信及供电；

3）开机即用，无需部署即可对体育课时中佩戴手环数据进行采集；

4）手机与数据采集基站一体式设计，可佩戴于手臂或通过支架放置。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中，如图1所示，一种基于手机的体育课时监测系统，包括智能监控终端、数据采集基站和智能运动手环，所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接，实现与数据采集基站的通信及供电；所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环。

在本实施例中，所述智能监控终端为智能手机，与数据采集基站通过数据线连接USB接口形成一体式，可佩戴于手臂或通过支架放置。

在本实施例中，所述智能运动手环内置传感器，采集运动数据、心率、体温和环境光。

在本实施例中，所述智能监控终端通过USB接收数据采集基站上传数据，将数据存储并显示。

在本实施例中，还包括收纳箱；所述收纳箱为便捷式手提箱，用于收纳智能运动手环，同时可以为智能运动手环充电。

一种基于手机的体育课时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：课前将便携式手提箱中智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

步骤2：打开手机及体育课时监测系统app，在app中新建一堂体育课，设置相关课堂信息；

步骤3：将手机通过臂带方式佩戴于老师手臂或通过手机支架放置于有效监测范围；

步骤4：课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

在本实施例中，体育课时监测系统主要由智能运动手环、数据采集基站及智能手机三大模块组成。

a.手环通过传感器采集运动数据、心率、体温及环境光等数据，然后通过无线方式（2.4G、蓝牙、433Mhz等）将数据传输至数据采集基站。

b.数据采集基站一方面通过无线方式（2.4G、蓝牙、433Mhz等）收集所连接手环上传的数据，另一方面通过USB接口将所收集到的数据传与手机。

c.智能手机通过USB接收数据采集基站上传数据，并通过对数据进行分析，存储与呈现功能。

实施例1，当体育课在室外，且场所不固定时，基于手机的体育课时监测系统，包括收纳箱体、智能运动手环、手机和数据采集基站。

在本实施例1中，收纳箱体主要用于存放手环与数据采集系统（手机和数据采集基站），手环为50~60只，数据采集基站通过手机外壳固定与手机背面，且通过USB接口与手机相连。

在本实施例1中，智能运动手环与数据采集基站通过无线通信，进行采集数据并计算；

在本实施例1中，数据采集基站与手机通过USB进行供电以及通信，进行数据统计；

在本实施例1中，手机内安装有用于数据分析、存储以及呈现的APP，用于对智能运动手环的数据进行分析、存储以及呈现。

本体育课时监测系统置于便携式手提箱，系统轻便，部署简单，可在校内操场、教评校、公开课等场景随时搭建使用，解决繁琐的课前准备部署工作。本系统的使用主要包括以下四个步骤：

1.课前将便携式手提箱中智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

2.打开手机，设置相关课堂信息；

3.将手机通过臂带方式佩戴于老师手臂；

课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

实施例2，当体育课在室内或场所固定于一定范围内时，基于手机的体育课时监测系统，包括收纳箱体、智能运动手环、手机和数据采集基站；所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接，实现与数据采集基站的通信及供电；所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环。

在本实施例2中，所述手机，与数据采集基站通过数据线连接USB接口形成一体式，可佩戴于手臂或通过支架放置。

在本实施例2中，所述智能运动手环内置传感器，采集运动数据、心率、体温和环境光。

在本实施例2中，所述智能监控终端通过USB接收数据采集基站上传数据，将数据存储并显示。

在本实施例2中，还包括收纳箱；所述收纳箱为便捷式手提箱，用于收纳智能运动手环，同时可以为智能运动手环充电。

在本实施例2中，一种基于手机的体育课时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：课前将便携式手提箱中智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

步骤2：打开手机及体育课时监测系统app，在app中新建一堂体育课，设置相关课堂信息；

步骤3：将手机通过手机支架放置于有效监测范围；

步骤4：课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

实施例3，包括智能监控终端、数据采集基站和智能运动手环，所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接，实现与数据采集基站的通信及供电；所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环。

在本实施例3中，所述智能监控终端为智能手机，与数据采集基站通过数据线连接USB接口形成一体式，可佩戴于手臂或通过支架放置。

在本实施例3中，所述智能运动手环内置传感器，采集运动数据、心率、体温和环境光。

在本实施例3中，所述智能监控终端通过USB接收数据采集基站上传数据，将数据存储并显示。

在本实施例3中，一种基于手机的体育课时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：课前在教室内将智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

步骤2：打开手机及体育课时监测系统app，在app中新建一堂体育课，设置相关课堂信息；

步骤3：将手机通过臂带方式佩戴于老师手臂或通过手机支架放置于有效监测范围；

步骤4：课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

智能运动手环，在使用前，需要保证电量充足，下课后，可通过充电器进行充电，体育教师回收智能运动手环后，也需要将其集中保存起来，并将其中电量不足的进行充电。

通过本系统获得的数据，将完善体育课无法进行有效的数据监视的功能，体育课往往是分组（如：男生组和女生组）、分班级教学，是在体育课中把学生按年龄、性别或健康状况和身体训练水平等，分为若干个小组进行教学，在教学内容基本相同的情况下，可分别提出不同的要求。分组教学可分为：

分组不轮换是在体育场地、器材条件较好的情况下，各组都在教师的统一指导下，按教材顺序进行练习，它可以较好地发挥教师的主导作用，合理安排教材的顺序和运动负荷，灵活地掌握教学时间。但这种形式不适于一个班学生较多，场地、器材条件较差的学校。

分组轮换是在场地器材少的情况下，把学生分为若干组，在教师的指导和学生小组长的协助下，各组分别学习不同的教材，按预定时间，互相轮换学习项目。这样可以充分利用有限的场地器材，使学生有较多的练习时间。但是这种形式，教师不能全面地指导学生，不便合理安排教材顺序和灵活掌握教学时间，各组的运动负荷也不能都符合逐步上升的原则。

通过本系统采集数据，即可获得完整的体育课数据，为后续体育安排提供数据支撑，并精确到每个人上。

数据采集基站可同时连接最大100只运动手环，通过周期轮训的方式无线接收每只手环上传的数据，在一个轮训周期中对所收到的数据按照自定义协议进行打包，打包后通过USB传输至手机。

基站在无线数据接收过程中和手环采取应答的方式进行双向通信，每只手环基站都有其对应的响应状态字节。

在接收每包数据后，下发响应数据包给对应手环，手环通过响应字节的状态判定是否上传新数据包，此应答机制保证手环数据传输的完整性，即使在无线网络环境差的环境下也不会导致数据丢包。

当手机端接收到基站上传的USB数据包后，按照与基站之间规定的数据解析协议对数据包进行解析，解析后得到每个手环的当前数据，用于手机端实时数据展示；在有网络的条件下，同时会将数据通过HTTP请求的方式上传至服务器进行数据同步，体育课时结束后并可从服务器获取课堂运动数据报告。

本发明手环与基站采用2.4G或433Mhz自定义无线协议，可实现手环与基站之间的可靠无线双向通信，手环采集数据后即刻上传至基站，也可接收基站下发的群消息或者对点消息。基站与手机之间采用USB通信，一方面基站直接通过USB接口从手机取电，省去电源适配器给基站供电。

另一方面采取USB通信，相比WiFI或者LAN的网络传输，USB通信有如下优点：

1.网络传输存在一定的延迟，且WiFI在无线环境差的情况下容易受到同频干扰而导

致数据传输效率低，影响手环数据的实时呈现，USB通信可更实时的在手机上呈

现手环上传的相关数据。

2.功耗方面采用WiFi无线通信其功耗远大于USB通信。

3.采用LAN通信需要网线做有线连接，在系统使用前增加部署环节，采用USB通信，

系统开机即用。

手机可通过4G、5G网络或者WiFi自动与云端服务器进行数据同步，即使手机处于网络离线状态，也可本地对手环数据进行分析、存储与呈现功能。

本发明具有以下有益效果：

1）可以利用手机实现体育课时数据采集、分析，并将数据呈现；

2）利用手机USB接口实现与数据采集基站的通信及供电；

3）开机即用，无需部署即可对体育课时中佩戴手环数据进行采集；

4）手机与数据采集基站一体式设计，可佩戴于手臂或通过支架放置。

本发明通过学生佩戴手环对课堂运动情况进行实时监测，系统部署简单、功能齐全、方便快捷进行体育课时监测与评价，对体育课运动安排合理性，学生运动强度是否达标提供依据，对增强青少年的身心健康具有更大的社会意义和教育价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于手机的体育课时监测系统，其特征在于，包括智能监控终端、数据采集基站和智能运动手环，所述数据采集基站与智能监控终端通过USB接口连接实现与数据采集基站的通信及供电；所述数据采集基站通过无线通信的方式连接智能运动手环。

2.根据权利要求1所述的一种基于手机的体育课时监测系统，其特征在于，所述智能监控终端为智能手机，与数据采集基站通过数据线连接USB接口形成一体式，可佩戴于手臂或通过支架放置。

3.根据权利要求1所述的一种基于手机的体育课时监测系统，其特征在于，所述智能运动手环内置传感器，采集运动数据、心率、体温和环境光。

4.根据权利要求1所述的一种基于手机的体育课时监测系统，其特征在于，所述智能监控终端通过USB接收数据采集基站上传数据，将数据存储并显示。

5.根据权利要求1所述的一种基于手机的体育课时监测系统，其特征在于，还包括收纳箱；所述收纳箱为便捷式手提箱，用于收纳智能运动手环，同时可以为智能运动手环充电。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于手机的体育课时监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：课前将便携式手提箱中智能运动手环按照姓名或者编号一一对应发给相应学生；

步骤2：打开手机及体育课时监测系统app，在app中新建一堂体育课，设置相关课堂信息；

步骤3：将手机通过臂带方式佩戴于老师手臂或通过手机支架放置于有效监测范围；

步骤4：课中可通过手机实时监测界面观察当前运动情况，课后可通过运动分析报告查看整堂课运动情况。

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