CN114939268A - 一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统 - Google Patents

一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，包括：信号采集模块，用于基于设置于自行车上的纳米发电机，采集所述自行车在运动过程中的摩擦电信号；信号处理模块，用于对所述摩擦电信号进行处理分析，得到所述自行车的速度；人机交互模块，用于基于所述速度，结合运动环境信息，对显示的自行车运行视频进行实时监测，并根据用户信息，与所述用户进行互动；实现对自行车训练过程中的速度监测，并保证人机交互的实时性和准确性，给用户带来良好的交互体验。

Description

一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，特别涉及一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统。
背景技术
自行车运动作为一种环保、低碳、便于开展的户外运动受到了很多人的青睐，越来越多的人希望通过自行车运动实现科学、安全、有效的健身目的。
随着当今体育已向数字化、信息化方向发展，自行车运动监测的开发研究便成为自行车领域的一个新课题；目前自行车实时速度监测传感器大多需要外接电源供电，对自行车训练过程中实时速度监测的困难，并且不能将完整的数据记录下来，无法保证自行车人机交互的实时性和准确性。
发明内容
本发明提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，实现对自行车训练过程中的速度监测，并保证人机交互的实时性。
一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，包括：
信号采集模块，用于基于设置于自行车上的纳米发电机，采集所述自行车在运动过程中的摩擦电信号；
信号处理模块，用于对所述摩擦电信号进行处理分析，得到所述自行车的速度；
人机交互模块，用于基于所述速度，结合运动环境信息，对显示的自行车运行视频进行实时监测，并根据用户信息，与所述用户进行互动。
优选的，还包括：连接模块，用于连接所述信号处理模块和人机交互模块，具体为：
串口连接单元，用于读取所述信号处理模块的速度数据，和人机交互模块的显示数据；
编程单元，利用多线程编程，对所述速度数据和显示数据进行线程独立，并且将所述速度数据和显示数据进行数据绑定。
优选的，所述信号采集模块，包括：
采集设定单元，用于基于所述自行车的运动特征和纳米发电机的工作特征，设定采集周期、采集间隔；
信号采集单元，用于按照所述采集周期、采集间隔，采集所述纳米发电机钉子和转子产生的摩擦电信号。
优选的，所述信号处理模块，包括：
信号接收单元，用于对接收到的摩擦电信号进行解码后，将解码后的摩擦电信号存入处理队列中；
信号处理单元，用于对所述处理队列中的摩擦电信号进行快速傅里叶变化，得到第一离散信号，并根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号；
特征量获取单元，用于利用高通滤波器对所述第二离散信号进行滤波处理，得到滤波信号，并将所述滤波信号的最大值对应的频率作为特征量；
速度确定单元，用于基于速度和特征量的关系，确定所述自行车的速度。
优选的，所述信号处理单元，包括：
频率比较单元，用于基于所述采样频率，确定所述第一离散信号的最小频率间隔，并比较所述最小频率间隔与实际频率之间的倍数关系；
映射确定单元，若所述倍速关系满足预设倍数范围，则根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率；
否则，基于所述实际频率，对所述采样频率进行调整，得到最新采样频率，并在所述最新采样频率下，得到所述第一离散信号，且根据最新采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号。
优选的，所述速度确定单元，包括：
序列获取单元，用于按照预设速度规则，确定所述自行车在不同速度下的不同特征量，基于所述不同速度建立速度序列，基于所述不同特征量建立特征量序列；
模型建立单元，用于将所述特征量序列作为自变量，所述速度序列作为因变量，建立特征量-速度的线性回归模型；
第一速度确定单元，用于将所述特征量输入所述线性回归模型中，输出所述自行车的第一速度；
关系确定单元，用于获取所述自行车在不同速度下自行车的各项参数，并基于所述不同速度、各项参数，确定各项参数对速度的第一多元关系，以及各项参数之间的第二多元关系；
参数修正单元，用于采集所述自行车的当前各项参数，并判断所述当前各项参数是否满足所述第二多元关系，若不满足，则从所述当前各项参数中提取不满足所述第二多元关系的待修正参数进行修正；
速度修正单元，用于基于所述第一多元关系，确定修正后的当前各项参数对所述第一速度的影响权值，并从所述影响权值中获取大于预设影响权值作为目标影响权值，且基于所述目标影响权值，对所述第一速度进行修正，得到第二速度；
验证单元，用于将所述第二速度输入所述特征量-速度的线性回归模型中，得到对比特征量，判断所述对比特征量与采集得到的特征量之间的差异是否在预设范围内；
若是，将所述第二速度作为所述自行车的速度；
否则，将所述第一速度作为所述自行车的速度。
优选的，所述关系确定单元，包括：
提取单元，用于提取所述自行车的各项参数的参数特征和速度特征，建立参数特征和速度特征的对应关系；
关联单元，用于基于所述对应关系，将所述参数特征和速度特征进行关联，得到关联特征，对所述关联特征进行关联性处理，基于处理结果，得到各项参数对速度的第一多元关系。
优选的，所述人机交互模块，包括：
显示单元，用于将所述速度对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第一数值显示，经所述运动环境信息对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第二数值显示；
信息分析单元，用于基于所述用户信息，获取所述用户在不同运动环境下的运动要求，根据在不同环境下的运动要求，为运动环境参数进行划分，得到多个环境阈值，为所述速度阈值进行划分，得到多个速度阈值；
差异确定单元，用于将所述多个环境阈值和多个速度阈值进行随机组合，得到组合阈值，并基于所述用户信息，确定用户在所述组合阈值下运动时与运动要求的差异信息；
内容确定单元，用于将所述差异信息的关键词输入预先设定的语音提醒模型中，输出与所述关键词匹配的语音内容，作为在所述组合阈值下的交互内容；
标记单元，用于基于所述多个速度阈值对所述第一数值显示进行第一标记，基于所述多个环境阈值对所述第二数值显示进行第二标记，并基于所述组合阈值，建立所述第一标记和第二标记之间的动态关联，得到动态关联关系；
触发单元，用于当监测到所述第一标记、第二标记满足所述动态关联关系时，触发所述动态关联关系对应的组合阈值设定的交互内容进行播放。
优选的，所述人机交互模块，还包括：
语音识别单元，用于对用户的声音进行识别，得到所述用户的语音信息；
语义分析单元，用于对所述语音信息进行语义识别，得到语义识别结果；
语音匹配单元，用于根据对所述自行车运动的实时监测结果和语义识别结果进行分析，确定所述语义识别结果匹配的语音输出内容；
播放单元，用于将所述语音输出内容进行播放。
优选的，所述语音匹配单元，包括：
第一匹配单元，用于根据所述语义识别结果的语义特征，与所述实时监测结果中的监测参数特征进行匹配，得到与所述语义识别结果匹配的目标监测参数；
第二匹配单元，用于对所述目标监测参数进行划分，得到环境监测参数和速度参数，并确定所述目标环境监测参数与速度参数之间的匹配值；
第三匹配单元，用于基于所述匹配值，从所述预先设定的语音提醒数据集确定匹配的数据内容，作为语音输出内容。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中基于纳米发电机的人机交互系统的结构图；
图2为本发明实施例中所述人机交互系统用于自行车运动监测的工作流程图；
图3为本发明实施例中所述信号处理模块的结构图；
图4为本发明实施例中监测自行车运动的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，如图1所示，包括：
信号采集模块，用于基于设置于自行车上的纳米发电机，采集所述自行车在运动过程中的摩擦电信号；
信号处理模块，用于对所述摩擦电信号进行处理分析，得到所述自行车的速度；
人机交互模块，用于基于所述速度，结合运动环境信息，对显示的自行车运行视频进行实时监测，并根据用户信息，与所述用户进行互动。
在该实施例中，所述纳米发电机为自供电摩擦纳米发电机，无需借助外力供电。
在该实施例中，所述纳米发电机有两个，分别设置于自行车的车轮和车把上。
在该实施例中，所述纳米发电机的工作原理为基于摩擦起电和静电感应。自供电摩擦纳米发电机分为四种模式，分别为垂直接触分离模式，滑动摩擦式，单电极模式，独立式模式。我们采用独立式的模式,基于这种模式，我们制作成圆盘式摩擦纳米发电机。通过产生的摩擦电信号，将其收集，整理，训练，学习无线传输到电脑中。根据传入信号设计一个可视化速度监测系统，可根据电信号的频率推导出其速度。车轮和车把处各有一个摩擦纳米发电机，其信号也可利用人工智能系统传入电脑，控制游戏。达到人机交互的作用。
在该实施例中，所述人机交互系统用于自行车运动监测的工作流程，如图2所示，纳米发电机产生信号，经过处理器处理，得到速度，无线传输至AR终端，进行人机交互，且具体的电路图，如图4所示。
在该实施例中，对所述摩擦电信号进行处理分析包括进行快速傅立叶变换、频谱分析等。
在该实施例中，所述摩擦电信号的特征量与自行车的速度之间存在关系。
上述设计方案的有益效果是：通过设置于自行车上的纳米发电机由于自行车的运动摩擦产生规律性信号，解决了在在此之前自行车实时速度监测传感器大多需要外接电源供电，并且不能将完整的数据记录下来的问题，通过将获取的摩擦电信号进行快速傅立叶变换、频谱分析等一系列分析处理，去除了信号中的噪声干扰，从而保证确定速度的准确性，通过将速度应用于自行车运行视频中，以所述速度为依据，与用户进行交互，保证交互信息的实时性，满足用户的需求。
实施例2
基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，还包括：连接模块，用于连接所述信号处理模块和人机交互模块，具体为：
串口连接单元，用于读取所述信号处理模块的速度数据，和人机交互模块的显示数据；
编程单元，利用多线程编程，对所述速度数据和显示数据进行线程独立，并且将所述速度数据和显示数据进行数据绑定。
在该实施例中，所述显示数据为自行车运行视频显示数据。
在该实施例中，将所述速度数据和显示数据进行数据绑定可将所述速度显示至所述人机交互模块。
上述设计方案的有益效果是：通过连接模块建立信号处理模块和人机交互模块之间的连接，实现及时对自行车运动状态的显示。
实施例3
基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述信号采集模块，包括：
采集设定单元，用于基于所述自行车的运动特征和纳米发电机的工作特征，设定采集周期、采集间隔；
信号采集单元，用于按照所述采集周期、采集间隔，采集所述纳米发电机钉子和转子产生的摩擦电信号。
在该实施例中，所述自行车的运动特征例如为所述自行车的品骏速度、最大速度等。
在该实施例中，所述纳米发电机的工作特征例如为转子半径等。
在该实施例中，所述采集周期为完成一次采集的时长，所述采集间隔为两次采集起始时间之间的时间差。
上述设计方案的有益效果是：通过根据自行车的运动特征和纳米发电机的工作特征，设定采集周期、采集间隔，保证采集信号时间上的合理性，保证采集侠侣和采集效果。
实施例4
基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，如图3所示，所述信号处理模块，包括：
信号接收单元，用于对接收到的摩擦电信号进行解码后，将解码后的摩擦电信号存入处理队列中；
信号处理单元，用于对所述处理队列中的摩擦电信号进行快速傅里叶变化，得到第一离散信号，并根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号；
特征量获取单元，用于利用高通滤波器对所述第二离散信号进行滤波处理，得到滤波信号，并将所述滤波信号的最大值对应的频率作为特征量；
速度确定单元，用于基于速度和特征量的关系，确定所述自行车的速度。
上述设计方案的工作原理是：随着转速的增大，上位机通过蓝牙串口接收来自采集设备的数据，数据解码后存入一个队列。由于转速和感应产生的电压频率有关，我们把队列中的数据进行快速傅立叶变换根据采样频率把变换后的数组的索引映射到实际的频率上，进行频谱分析。由于存在直流分量以及工频噪声，我们利用高通滤波器去除掉低频信号。在滤波之后的信号中找到最大值对应的频率作为特征量。于是我们的目的就变为了找到特征量和转速的关系。我们通过多次实验，采集不同转速时的特征量，通过线性回归，找到特征量与转速的关系。由此，我们只需获取特征量就可以计算出任意情况下的转速，并实时显示在可视化仪表中。以上操作中串口数据读取、数据处理和可视化界面的设计完全采用Python编程完成，并采用多线程编程，将获取数据与显示数据的线程独立，同时数据绑定，以提高可视化的刷新率，保证了系统的实时性。
上述设计方案的有益效果是：通过对摩擦点信号进行处理分析，最终提取得到特征量，根据特征量和速度的关系，确定自行车的速度，通过将获取的摩擦电信号进行快速傅立叶变换、频谱分析等一系列分析处理，去除了信号中的噪声干扰，保证得到的特征量可以准确表示速度的特征，从而保证确定自行车速度的准确性。
实施例5
基于实施例4的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述信号处理单元，包括：
频率比较单元，用于基于所述采样频率，确定所述第一离散信号的最小频率间隔，并比较所述最小频率间隔与预设实际频率之间的倍数关系；
映射确定单元，若所述倍速关系满足预设倍数范围，则根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率；
否则，基于所述预设实际频率，对所述采样频率进行调整，得到最新采样频率，并在所述最新采样频率下，得到所述第一离散信号，且根据最新采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号。
在该实施例中，例如采样率为25600赫兹，我们连续采样256个数据来做离散傅立叶变换，则变换到频域后，我们能看到的最小频率间隔为100赫兹。如果采样前的信号，频率是150赫兹的，则我们可以看到这个150赫兹没有落到100赫兹的整数倍上，经过离散傅里叶变换后，我们看到150赫兹周围相邻的整数倍的100Hz上都有信号，我们这个采样之后的频率分析就不是很准确，为了提高频率分析的精度，我们需要在时间上连续采样更多的数据，假如采样512个数据，则频率间隔就变成50赫兹，频率精度就提高了一倍。
在该实施例中，所述预设实际频率根据对纳米发电机的特征提前设定，用来大致表示实际频率。
上述设计方案的有益效果是：通过比较最小频率间隔与预设实际频率之间的倍数关系，确定合适的采样频率，保证第一离散信号索引映射到实际频率的精确性，保证实际频率的频率精度，从而保证特征量的准确性。
实施例6
基于实施例3的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述速度确定单元，包括：
序列获取单元，用于按照预设速度规则，确定所述自行车在不同速度下的不同特征量，基于所述不同速度建立速度序列，基于所述不同特征量建立特征量序列；
模型建立单元，用于将所述特征量序列作为自变量，所述速度序列作为因变量，建立特征量-速度的线性回归模型；
第一速度确定单元，用于将所述特征量输入所述线性回归模型中，输出所述自行车的第一速度；
关系确定单元，用于获取所述自行车在不同速度下自行车的各项参数，并基于所述不同速度、各项参数，确定各项参数对速度的第一多元关系，以及各项参数之间的第二多元关系；
参数修正单元，用于采集所述自行车的当前各项参数，并判断所述当前各项参数是否满足所述第二多元关系，若不满足，则从所述当前各项参数中提取不满足所述第二多元关系的待修正参数进行修正；
速度修正单元，用于基于所述第一多元关系，确定修正后的当前各项参数对所述第一速度的影响权值，并从所述影响权值中获取大于预设影响权值作为目标影响权值，且基于所述目标影响权值，对所述第一速度进行修正，得到第二速度；
验证单元，用于将所述第二速度输入所述特征量-速度的线性回归模型中，得到对比特征量，判断所述对比特征量与采集得到的特征量之间的差异是否在预设范围内；
若是，将所述第二速度作为所述自行车的速度；
否则，将所述第一速度作为所述自行车的速度。
在该实施例中，所述自行车的各项参数包括运动环境参数、自行车的传感器参数等。
在该实施例中，由于在不同的速度下，自行车的运动环境参数、传感器参数会有所偏差，因此，在根据自行车的运动环境参数、传感器参数等各项参数确定自行车的速度时，需要对各项参数进行监测和修正，保证获取速度的准确性。
在该实施例中，所述第一多元关系包括不同的参数对速度的影响关系，所述第二多元关系为不同的参数之间的相互影响关系。
在该实施例中，由于在不同的时间段，自行车的各项参数之间、各项参数对速度的关系可能会由于自行车的使用情况，存在差异，所述利用验证单元，对确定的第二速度进行验证，避免了确定的第二速度不满足自行车本身实际情况。
上述设计方案的有益效果是：通过根据线性回归，确定速度与特征量的之间的关系，得到第一速度，再根据自行车的各项参数对第一速度进行修正，根据线性回归对第二速度进行验证，从而从所述第一速度、第二速度中选择更加精确表示所述自行车速度的数值，保证确定自行车速度的准确性。
实施例7
基于实施例6的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述关系确定单元，包括：
提取单元，用于提取所述自行车的各项参数的参数特征和速度特征，建立参数特征和速度特征的对应关系；
关联单元，用于基于所述对应关系，将所述参数特征和速度特征进行关联，得到关联特征，对所述关联特征进行关联性处理，基于处理结果，得到各项参数对速度的第一多元关系。
在该实施例中，所述参数特征和速度特征的关联性越强，确定所述第一多元关系的影响权值越大。
上述设计方案的有益效果是：通过将参数特征和速度特征进行关联，得到关联特征，得到各项参数对速度的第一多元关系，保证获取第一多元关系能够准确表示参数和速度的关系。
实施例8
基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述人机交互模块，包括：
显示单元，用于将所述速度对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第一数值显示，经所述运动环境信息对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第二数值显示；
信息分析单元，用于基于所述用户信息，获取所述用户在不同运动环境下的运动要求，根据在不同环境下的运动要求，为运动环境参数进行划分，得到多个环境阈值，为所述速度阈值进行划分，得到多个速度阈值；
差异确定单元，用于将所述多个环境阈值和多个速度阈值进行随机组合，得到组合阈值，并基于所述用户信息，确定用户在所述组合阈值下运动时与运动要求的差异信息；
内容确定单元，用于将所述差异信息的关键词输入预先设定的语音提醒模型中，输出与所述关键词匹配的语音内容，作为在所述组合阈值下的交互内容；
标记单元，用于基于所述多个速度阈值对所述第一数值显示进行第一标记，基于所述多个环境阈值对所述第二数值显示进行第二标记，并基于所述组合阈值，建立所述第一标记和第二标记之间的动态关联，得到动态关联关系；
触发单元，用于当监测到所述第一标记、第二标记满足所述动态关联关系时，触发所述动态关联关系对应的组合阈值设定的交互内容进行播放。
在该实施例中，所述第一数值显示为在所述自行车运动视频上进行速度的显示，所述第二数值显示为在所述自行车运动视频上进行环境参数的显示，例如路况、风力等。
在该实施例中，所述运动要求例如为在第一路况、第一风力下，速度不得超过第一速度，在第二路况、第二风力下，速度不得超过第二速度，则对速度阈值的划分为小于所述第一速度，在所述第一速度和第二速度范围内和大于所述第二速度，对所述环境阈值的划分为小于第一路况参数且小于第一风力参数，在第一路况参数和第二路况参数之间，且在第一风力参数和第二风力参数之间，以及大于所述第二路况参数且大于所述第二风力参数。
在该实施例中，若所述自行车的第一标记为大于所述第二速度，第二标记为小于第一路况参数且小于第一风力参数，此时对应的语音内容可设置为“在当前环境下，您的速度已超速，为保证你的安全，请将速度调整在第一速度之内”。
上述设计方案的有益效果是：通过将自行车速度和运动环境进行监测并在自行车运动视频上进行显示和监测，根据用户的需求，结合检测结果，对用户进行语音提醒，保证语音提醒的实时性，给用户带来良好的体验。
实施例9
基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述人机交互模块，还包括：
语音识别单元，用于对用户的声音进行识别，得到所述用户的语音信息；
语义分析单元，用于对所述语音信息进行语义识别，得到语义识别结果；
语音匹配单元，用于根据对所述自行车运动的实时监测结果和语义识别结果进行分析，确定所述语义识别结果匹配的语音输出内容；
播放单元，用于将所述语音输出内容进行播放。
上述设计方案的有益效果是：通过根据对用户的语义识别结果，从实时监测结果出发，确定合适的交互内容，保证交互的准确性，给用户带来好的交互体验。
实施例10
基于实施例9的基础上，本发明实施例提供一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，所述语音匹配单元，包括：
第一匹配单元，用于根据所述语义识别结果的语义特征，与实时监测结果中的监测参数特征进行匹配，得到与所述语义识别结果匹配的目标监测参数；
根据如下公式计算语义特征与当前监测参数之间的匹配值Pa；
Figure BDA0003676073170000141
其中，n表示所述语义特征或加权语义特征的个数，sij表示第i个语义特征和第j个监测参数特征之间的相似度，sik表示第i个语义特征和第k个加权语义特征之间的相似度，m表示所述当前监测参数包含的监测参数特征或加权监测参数特征的个数，sjc表示第j个监测参数特征和第c个加权监测参数特征的相似度；
选择所述语义特征与当前监测参数之间的匹配值大于预设匹配值的当前监测参数作为目标监测参数；
第二匹配单元，用于对所述监测参数进行划分，得到环境监测参数和速度参数，并确定所述目标环境监测参数与速度参数之间的匹配值Pb；
Figure BDA0003676073170000142
其中，h表示所述目标环境监测参数的个数，hmaxω表示第ω个目标环境监测参数下的最大合理速度参数，hminω表示第ω个目标环境监测参数下的最小合理速度参数，hb表示所述速度参数；
第三匹配单元，用于基于所述匹配值，从所述预先设定的语音提醒数据集确定匹配的数据内容，作为语音输出内容。
在该实施例中，所述加权语义特征为根据全部语义特征对当前语义特征分析加权得到，用来消除当前语义特征的尖锐性，所述加权环境监测特征也是如此，用来保证语义特征与当前监测参数之间的匹配值能够准确表示语义特征与当前监测参数之间的关系。
在该实施例中，例如第ω个目标环境监测参数为第一路况参数，则对应的最大合理速度参数为第二速度，最小合理速度参数为第一速度，hb在所述第一速度和第二速度之间时，目标环境监测参数与速度参数之间的匹配值会相对较大。
在该实施例中，目标环境监测参数与速度参数之间的匹配值的不同，对应语音提醒数据集不同的数据内容，其匹配值与数据内容的关系预设设定，设定原理与所述公式
Figure BDA0003676073170000151
相关。
在该实施例中，当前监测参数例如为路况参数、风力参数等，路况参数下包括多个环境监测特征，风力参数下包括多个环境监测特征。
在该实施例中，对于公式
Figure BDA0003676073170000152
例如可以是
Figure BDA0003676073170000153
则Pa＝0.94。
在该实施例中，对于公式
Figure BDA0003676073170000154
例如可以是hmaxω＝5，hb＝7，hminω＝3，则大致估计Pb＝0.67。
上述设计方案的有益效果是：通过依次将语义特征与环境监测特征、不同类型的环境监测特征、匹配值与数据内容进行匹配，最终得到交互内容，保证交互内容能够满足用户语义的同时，保证交互内容的质量，给用户带来好的交互体验。
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 (10)

1.一种采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于基于设置于自行车上的纳米发电机，采集所述自行车在运动过程中的摩擦电信号；
信号处理模块，用于对所述摩擦电信号进行处理分析，得到所述自行车的速度；
人机交互模块，用于基于所述速度，结合运动环境信息，对显示的自行车运行视频进行实时监测，并根据用户信息，与所述用户进行互动。
2.根据权利要求1所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，还包括：连接模块，用于连接所述信号处理模块和人机交互模块，具体为：
串口连接单元，用于读取所述信号处理模块的速度数据，和人机交互模块的显示数据；
编程单元，利用多线程编程，对所述速度数据和显示数据进行线程独立，并且将所述速度数据和显示数据进行数据绑定。
3.根据权利要求1所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述信号采集模块，包括：
采集设定单元，用于基于所述自行车的运动特征和纳米发电机的工作特征，设定采集周期、采集间隔；
信号采集单元，用于按照所述采集周期、采集间隔，采集所述纳米发电机钉子和转子产生的摩擦电信号。
4.根据权利要求1所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述信号处理模块，包括：
信号接收单元，用于对接收到的摩擦电信号进行解码，将解码后的摩擦电信号存入处理队列中；
信号处理单元，用于对所述处理队列中的摩擦电信号进行快速傅里叶变化，得到第一离散信号，并根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号；
特征量获取单元，用于利用高通滤波器对所述第二离散信号进行滤波处理，得到滤波信号，并将所述滤波信号的最大值对应的频率作为特征量；
速度确定单元，用于基于速度和特征量的关系，确定所述自行车的速度。
5.根据权利要求3所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述信号处理单元，包括：
频率比较单元，用于基于所述采样频率，确定所述第一离散信号的最小频率间隔，并比较所述最小频率间隔与实际频率之间的倍数关系；
映射确定单元，若所述倍速关系满足预设倍数范围，则根据采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率；
否则，基于所述实际频率，对所述采样频率进行调整，得到最新采样频率，并在所述最新采样频率下，得到所述第一离散信号，且根据最新采样频率将所述第一离散信号索引映射到实际频率上，得到第二离散信号。
6.根据权利要求3所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述速度确定单元，包括：
序列获取单元，用于按照预设速度规则，确定所述自行车在不同速度下的不同特征量，基于所述不同速度建立速度序列，基于所述不同特征量建立特征量序列；
模型建立单元，用于将所述特征量序列作为自变量，所述速度序列作为因变量，建立特征量-速度的线性回归模型；
第一速度确定单元，用于将所述特征量输入所述线性回归模型中，输出所述自行车的第一速度；
关系确定单元，用于获取所述自行车在不同速度下自行车的各项参数，并基于所述不同速度、各项参数，确定各项参数对速度的第一多元关系，以及各项参数之间的第二多元关系；
参数修正单元，用于采集所述自行车的当前各项参数，并判断所述当前各项参数是否满足所述第二多元关系，若不满足，则从所述当前各项参数中提取不满足所述第二多元关系的待修正参数进行修正；
速度修正单元，用于基于所述第一多元关系，确定修正后的当前各项参数对所述第一速度的影响权值，并从所述影响权值中获取大于预设影响权值作为目标影响权值，且基于所述目标影响权值，对所述第一速度进行修正，得到第二速度；
验证单元，用于将所述第二速度输入所述特征量-速度的线性回归模型中，得到对比特征量，判断所述对比特征量与采集得到的特征量之间的差异是否在预设范围内；
若是，将所述第二速度作为所述自行车的速度；
否则，将所述第一速度作为所述自行车的速度。
7.根据权利要求6所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述关系确定单元，包括：
提取单元，用于提取所述自行车的各项参数的参数特征和速度特征，建立参数特征和速度特征的对应关系；
关联单元，用于基于所述对应关系，将所述参数特征和速度特征进行关联，得到关联特征，对所述关联特征进行关联性处理，基于处理结果，得到各项参数对速度的第一多元关系。
8.根据权利要求1所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述人机交互模块，包括：
显示单元，用于将所述速度对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第一数值显示，经所述运动环境信息对应的数据在所述自行车运动视频上进行编程，根据编程结果，对所述自行车运动视频进行第二数值显示；
信息分析单元，用于基于所述用户信息，获取所述用户在不同运动环境下的运动要求，根据在不同环境下的运动要求，为运动环境参数进行划分，得到多个环境阈值，为所述速度阈值进行划分，得到多个速度阈值；
差异确定单元，用于将所述多个环境阈值和多个速度阈值进行随机组合，得到组合阈值，并基于所述用户信息，确定用户在所述组合阈值下运动时与运动要求的差异信息；
内容确定单元，用于将所述差异信息的关键词输入预先设定的语音提醒模型中，输出与所述关键词匹配的语音内容，作为在所述组合阈值下的交互内容；
标记单元，用于基于所述多个速度阈值对所述第一数值显示进行第一标记，基于所述多个环境阈值对所述第二数值显示进行第二标记，并基于所述组合阈值，建立所述第一标记和第二标记之间的动态关联，得到动态关联关系；
触发单元，用于当监测到所述第一标记、第二标记满足所述动态关联关系时，触发所述动态关联关系对应的组合阈值设定的交互内容进行播放。
9.根据权利要求1所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述人机交互模块，还包括：
语音识别单元，用于对用户的声音进行识别，得到所述用户的语音信息；
语义分析单元，用于对所述语音信息进行语义识别，得到语义识别结果；
语音匹配单元，用于根据对所述自行车运动的实时监测结果和语义识别结果进行分析，确定所述语义识别结果匹配的语音输出内容；
播放单元，用于将所述语音输出内容进行播放。
10.根据权利要求9所述的采用纳米发电机监测自行车运动的人机交互系统，其特征在于，所述语音匹配单元，包括：
第一匹配单元，用于根据所述语义识别结果的语义特征，与所述实时监测结果中的监测参数特征进行匹配，得到与所述语义识别结果匹配的目标监测参数；
第二匹配单元，用于对所述目标监测参数进行划分，得到环境监测参数和速度参数，并确定所述目标环境监测参数与速度参数之间的匹配值；
第三匹配单元，用于基于所述匹配值，从所述预先设定的语音提醒数据集确定匹配的数据内容，作为语音输出内容。
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