CN205586516U - 基于可穿戴设备的运动状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，用于监测运动员在训练过程中的运动参数，运动状态监测系统包括多个可穿戴设备以及与可穿戴设备进行通讯的终端，多个可穿戴设备均具有用于供终端进行唯一识别的标识；上述基于可穿戴设备的运动状态监测系统的可穿戴设备中的采集模块可以实时采集运动员在运动过程中的相关运动参数，并把运动员运动参数的数据记录在第一存储模块中，同时实时通过无线网络把此相关运动参数传输到终端，供终端对数据进行运算和分析，获得运动员在运动过程中的多项指标。同时终端可以根据具有唯一标识的可穿戴设备来配置运动员的信息，在训练过程中，可以清晰地查看每个运动员的训练情况。

Description

基于可穿戴设备的运动状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及可穿戴技术领域，特别是涉及基于可穿戴设备的运动状态监测系统。

背景技术

运动员的训练过程，实际上是训练负荷对身体的刺激过程。运动员在训练过程中承受了一定的负荷后，会在身体上产生相应的训练效果。训练负荷的把控在训练过程中是非常重要的。这就需要用一些科学技术对训练过程进行监控，使得教练员能够进行科学的安排，能在适应的负荷条件下进行训练，提高训练的效率进而提高运动成绩。

目前，一些可穿戴的检测设备或系统中，只能单一的检测到某一个运动员的人体及运动数据，如测试人的心率及GPS数据，由于运动参数的局限性，不能够全面体现所有运动员的整体情况；而且可穿戴设备是对采集的实时数据进行分析与判定，而可穿戴设备的检测硬件的分析能力不够强大，不能保证分析的结果就能准确的反应运动员真实的运动状态。

实用新型内容

基于此，有必要针对只能单一的检测到某一运动员的运动参数，不能全面分析所有运动员的训练情况的问题，提供一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统。

一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，用于监测运动员在训练过程中的运动参数，所述运动状态监测系统包括多个可穿戴设备以及与所述可穿戴设备进行通讯的终端，所述多个可穿戴设备均具有用于供终端进行唯一识别的标识；

所述可穿戴设备包括微控制器、采集模块、存储模块、第一无线通信模块及给所述可穿戴设备提供电源的电源模块；所述采集模块、第一存储模块、第一无线通信模块均与所述微控制器连接，所述微控制器用于将所述采集模块采集的数据以及所述采集模块对应的可穿戴设备的标识一一对应存储在所述第一存储模块，并通过所述第一无线通信模块将所述数据以及所述标识传递给所述移动终端进行存储；

所述终端包括第二存储模块和第二无线通信模块；所述第二无线通信模块与第一无线通信模块相匹配，建立通讯信道，接收采集模块采集到的数据以及采集模块对应的可穿戴设备的标识；所述第二存储模块用于根据所述标识将采集模块采集的数据存储到指定存储区域。

在其中一个实施例中，所述采集模块包括心率采集单元、GPS定位单元、加速度传感器及陀螺仪传感器；所述微控制器分别通过系统总线与所述心率采集单元、GPS定位单元、加速度传感器及陀螺仪传感器连接。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括蓄电池、充电电路和检测电路，所述蓄电池与所述充电电路、检测电路依次电连接；

所述充电电路用于给所述蓄电池充电；所述检测电路检测所述蓄电池的放电电压值。

在其中一个实施例中，所述第一存储模块包括用于存储所述采集单元采集的实时数据的第一存储单元和用于存储所述可穿戴设备常量参数的第二存储单元；

所述常量参数包括所述可穿戴设备的标识和所述蓄电池的最低放电电压值。

在其中一个实施例中，所述运动参数包括负荷量度和负荷强度；其中，负荷量度包括训练次数、训练总时间、累计距离；负荷强度包括速度、心率。

在其中一个实施例中，所述第二存储模块还包括用于存储所述负荷量度的第三存储单元和用于存储所述负荷强度的第四存储单元。

在其中一个实施例中，所述可穿戴设备还包括USB模块，所述USB模块与所述微控制器连接；

所述USB模块设有USB接口，所述USB接口用于与外部设备连接，用于实现可穿戴设备与外部设备之间的数据和电能传输。

在其中一个实施例中，所述可穿戴设备还包括存储控制按键，用于供运动员对运动参数进行选择存储控制。

在其中一个实施例中，所述可穿戴设备还包括报警模块，所述报警模块与所述微控制器连接；若所述蓄电池的放电电压值低于最低放电电压值时，则所述报警模块发出报警信号。

在其中一个实施例中，所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器。

上述基于可穿戴设备的运动状态监测系统的可穿戴设备中的采集模块可以实时采集运动员在运动过程中的相关运动参数，并把运动员运动参数的数据记录在第一存储模块中，同时实时通过无线网络把此相关运动参数传输到终端，供终端对数据进行运算和分析，获得运动员在运动过程中的多项指标。同时终端可以根据具有唯一标识的可穿戴设备来配置运动员的信息，在训练过程中，可以清晰地查看每个运动员的训练情况。

附图说明

图1为基于可穿戴设备的运动状态监测系统的框架图；

图2为可穿戴设备的框架图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的为基于可穿戴设备的运动状态监测系统的框架图，基于可穿戴设备的运动状态监测系统用于监测运动员在训练过程中的运动参数，图中，运动状态监测系统包括多个可穿戴设备100以及与可穿戴设备100进行通讯的终端200。多个可穿戴设备100均具有用于供终端200进行唯一识别的标识。

可穿戴设备100包括微控制器110、采集模块120、第一存储模块130、第一无线通信模块140及给可穿戴设备100提供电源的电源模块。采集模块120、第一存储模块130、第一无线通信模块140均通过电源模块(图中未示)与微控制器110连接，微控制器110用于将采集模块120采集的数据以及采集模块120对应的可穿戴设备100的标识一一对应存储在第一存储模块130，并通过第一无线通信模块140将数据传递给终端200进行存储以及分析处理。

移动终端200包括第二存储模块210和第二无线通信模块220；第二无线通信模块220与第一无线通信模块140相匹配，建立通讯信道，接收采集模块120采集到的数据以及采集模块120对应的可穿戴设备100的标识；第二存储模块210用于根据标识将采集模块120采集的数据存储到指定存储区域。

在本实施例中，可穿戴设备100为背心穿戴式，运动员在训练过程中，由于可穿戴设备100只有几十克重，质量轻，穿着会有舒适感，同时也有利于运动员进行各种各样的运动。在其他实施例中，还可以为手腕式、腰带式或其他适宜传穿戴的样式。

微控制器110用于处理采集模块120中的GPS定位数据、心率数据、三轴加速度及陀螺仪的运动数据。微控制器110采用的是ST公司32位中低端ARM，其微控制器110的型号为：STM32F103RC；内核是Cortex-M3，FLASH256KBytes，RAM 48KBytes；封装LQFP64。同时该微控制器110还集成了定时器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等多种功能。

在本实施例中，微控制器110中还嵌入了操作系统和应用程序，用于管理和控制采集模块120采集的运动员的运动参数。

其中，运动参数包括：负荷量度与负荷强度。具体来说，负荷量度反映负荷对机体刺激的量的大小，而负荷强度反映负荷对机体刺激的强度。负荷量度的评价指标有：次数，指训练项目重复的次数；时间，指统计单位中的训练总时间；距离，值完成训练累计的总距离；重量，指完成训练的总负重量。负荷强度的评价指标有：速度，指在训练过程中运动员跑动的速度；训练难易程度，指运动员训练项目完成的难易程度；心率，指心脏的跳动频率，正常的健康成人安静时的心率为60-100次/分；最大心率，在运动训练过程中，心率会随着负荷强度的增加而增加，当心率增加到最大限度时叫最大心率；由于个体存在差异，每个人的最大心率值也存在差异，一般用220减去年龄估算最大心率值。

如图2所述的为可穿戴设备的框架图，可穿戴设备100的采集模块120包括心率采集单元121、GPS定位单元123、加速度传感器125及陀螺仪传感器127；微控制器110分别通过系统总线与心率采集单元121、GPS定位单元123、加速度传感器125及陀螺仪传感器127连接。在可穿戴设备100上微控制器110上还设有进行数据采集的多个接口。

微控制器110上设有在运动过程中对运动员的心率进行数据采集的心率采集接口；通过微控制器110的UART接口(心率采集接口)与心率采集单元121进行通信，读取心率采集单元121所采集到的运动员的心率值。心率是训练过程中强度监控的重要生理指标，可以有效显示出运动员的训练强度，也能反映出运动员当前的生理状况。

在训练过程中，对每个运动员进行实时心率监控，例如：不同跑动过程中心率情况统计；不同心率下跑动距离的统计等，结合心率信息统计训练量度信息，可以更加准确地反映出一个运动员水平和训练效果；与此同时，监控心率信息能准确及时地获知运动员的生理状况，避免训练过度导致运动员受伤。

微控制器110上还设有对运动员进行GPS定位数据采集的GPS定位采集接口；微控制器110经过UART接口(GPS定位采集接口)与GPS定位单元123进行通信，读取GPS定位单元123采集到运动员的定位数据。其中，采集到的数据包含有标准定位时间、纬度、经度、相对位移速度和相对位移方向等。

微控制器110上还设有运动员运动状态的加速度及陀螺仪的数据采集接口。通过微控制器110的I2C接口(加速度及陀螺仪的数据采集接口)与加速度传感器125及陀螺仪传感器127进行通信。在运动中，采集运动员的加速度值及角速度值。其中，加速度传感器125为三轴加速度传感器，可以计算出运动员相对于采集模块120的加速度的方向和大小(加速度信号数据)；而陀螺仪传感器127，又名角速度传感器，用于记录运动员相对采集模块120的方向的变化(角速度信号数据)；通过同时采集加速度和角速度的信号数据，确定运动员实时的运动状态。

通过GPS定位单元123、加速度传感器125及陀螺仪传感器127可以实时采集：

每个运动员在训练过程中的实时速度，了解每个运动员的运动强度信息；

每个运动员在训练过程中跑动的总距离，了解每个运动员的训练量度信息；

每个运动员训练过程中不同速度跑动距离统计，冲刺跑、高强度跑的次数，间隔时间等，可以显示运动员的训练强度信息，也能反映出量度信息；

每个运动员训练过程中的运动轨迹热图；利用运动轨迹热图，可以从整体角度查看每个运动员在训练过程中的运动轨迹，在战术训练中对于发现战术问题，提高战术技巧非常重要。

在训练过程中，教练员根据运动员实时的负荷量度和负荷强度数据，可以清楚的知道运动员在训练过程中所承受的负荷刺激，从而更好的安排训练项目，提高训练效果。同时也可以更科学的针对每个运动员进行因材施教，更好地提高每个运动员的运动水平。除此之外，通过运动员训练监控系统记录下来的数据也可以作为教练员与运动员谈话的重要的事实依据，同时，也能作为综合评价一个运动员的重要参考指标。

第一存储模块130包括用于存储采集模块120采集的实时数据的第一存储单元131和用于存储可穿戴设备100常量参数的第二存储单元133。常量参数包括可穿戴设备100的标识、电源模块的最低放电电压值以及心率最大临界值。

在本实施中，第一存储单元131为FLASH存储器，用于储存训练过程中，采集模块120采集的运动员的实时运动参数。微控制器110通过SPI接口与第一存储单元131进行通信。同时可穿戴设备100把FLASH存储器作为磁盘并注册为一个缓冲区域，用来存储FAT32文件系统的文本文件(.txt)；终端200可以将保存到FLASH存储器的实时数据的文本文件(.txt)进行读取操作。

其中，运动参数组织成对应的数据格式“Device_ID+longitude+latitude+Node+Coarse+HPValue+year+month+day+hour+minute+second+ACC.x+ACC.y+ACC.z+GYRO.x+GYRO.y+GYRO.z”分别代表：穿戴设备ID号、经度、纬度、相对位移速度、相对位移方向、心率值、年、月、日、时、分、秒、加速度X轴、加速度Y轴、加速度Z轴、角速度X轴、角速度Y及角速度Z轴。也就是说，终端200可以把FLASH存储器作为通用的U盘进行操作，读取此FLASH存储器中的数据；并通过终端200的分析软件处理FLASH中存储的包含有运动参数的文本文件。同时，FLASH存储器中存储的数据可以通过U盘被移除，为下一次存储清除空间。

第二存储单元133为E2PROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory)存储器，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。第二存储单元133用于存储采集可穿戴设备100中设定的常量参数，微控制器110通过I2C接口与第二存储单元133进行通信。可穿戴设备100中规定的常数参量储存在此存储器中。其中常量参数包括：每个可穿戴设备100唯一的标识(ID号)、电源模块中蓄电池的最低放电电压值等常量参数。整个系统在工作中，可以对E2PROM存储器进行相应的数据存取操作。

电源模块包括蓄电池、充电电路和检测电路，蓄电池与充电电路、检测电路依次电连接，充电电路用于给蓄电池充电；检测电路检测蓄电池的放电电压值。

在本实施例中，蓄电池为锂电池，锂电池为整个可穿戴设备100供电。同时，还设有充电电路，用于给充电锂电池充电。可穿戴设备100在采集运动参数的过程中，为了能更好的保护充电锂电池的使用寿命，还设有锂电池的检测电路。微控制器110中的应用程序的AD不断检测锂电池的电压值，并判定是否到达要求最低工作电压值3.3V；若等于或低于3.3V值时，可穿戴设备100会给出一个电压值过低的提示信号，起到提示用户，锂电池需要进行充电的作用。

在本实施例中，可穿戴设备100还包括USB模块160，USB模块160经电源模块与微控制器110连接。USB模块160设有USB接口(图中未示)，USB接口用于与外部设备连接，用于实现可穿戴设备100与外部设备之间的数据和电能传输。通过USB接口，可以对可穿戴设备100中的锂电池进行充电；同时还可以借助数据线通过USB接口连接可穿戴设备100和终端200，把可穿戴设备100中的FLASH存储器作为U盘进行操作，方便终端200处理FLASH存储器中存储的包含有运动参数文本文件的信息。

在本实施例中，可穿戴设备100还包括存储控制按键170，用于供运动员对数据进行选择存储控制。换言之，运动员可以控制采集模块120何时对采集运动参数进行保存。当按住存储控制按键5秒后，采集模块120开始对采集运动参数(心率、GPS等)进行保存操作；当再次按住存储控制按键5秒后，采集模块120停止保存数据。

在本实施例中，可穿戴设备100还包括报警模块180，报警模块180经电源模块与微控制器110连接。若蓄电池的放电电压值低于最低放电电压值(3.3伏)时，则报警模块180发出报警信号。报警模块180包括有LED指示灯与蜂鸣器，通过LED指示灯，可以对心率采集单元121、GPS定位单元123、加速度传感器125及陀螺仪传感器127的工作正常与否进行指示；蜂鸣器用于对于电源模块的锂电池的放电电压通过应用程序对其进行检测，如若锂电池的放电电压小于3.3V时，微控制器110就会通过蜂鸣器进行报警。同时在按压存储控制按键5秒后，蜂鸣器也会发出“哒-哒-哒-哒”的提示声。

在本实施中，每个运动员在训练过程中的运动状态显示不够积极或比较疲劳，终端200可以通过无线网络把相关命令发送到可穿戴设备100中的相应采集单元中，相应的采集单元通过蜂鸣器不同的声音来告知相应运动员在运动中调整运动状态。

在本实施例中，可穿戴设备100中还设有无线通信接口，无线通信接口用于连接第一无线通信模块140与微控制器110。在运动过程中，可穿戴设备100中的采集模块120可以实时采集运动员的运动参数，并将采集的运动参数通过第一无线通信模块140进行实时无线发送，由终端200的第二无线通信模块220进行接收以及采集模块120对应的可穿戴设备100的标识。

终端200还包括第二存储模块210，第二存储模块210用于根据标识将采集模块120采集的数据存储到指定存储区域。在本实施例中，终端200为计算机，在其他实施例中，终端200还可以服务器或者如手机、平板等移动终端200。第二存储模块210还包括用于存储负荷量度的第三存储单元(图中未示)和用于存储负荷强度的第四存储单元(图中未示)。第三存储单元和第四存储单元可以对数据进行分类存储，从而可以方便用户查看负荷量度和负荷强度。

终端200上设有可访问第一存储模块130的应用软件，该应用软件可以根据具有唯一标识的可穿戴设备100来配置运动员的信息，在训练过程中，可以清晰地查看每个运动员的训练情况。同时，终端200可以对运动参数进行运算和分析，通过算法分析出运动员在运动过程中的多项指标。还能够调用可穿戴设备100中保存的最原始的相关运动参数，将最原始的相关运动参数与实时监测的运动参数进行比对，更能真实分析运动员在某一时间段的运动状态，这样保证所采集运动参数的完整性，更能全面分析运动员的运动中的各项指标。

以上所述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。

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

Claims (10)

1.一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，用于监测运动员在训练过程中的运动参数，其特征在于，所述运动状态监测系统包括多个可穿戴设备以及与所述可穿戴设备进行通讯的终端，所述多个可穿戴设备均具有用于供终端进行唯一识别的标识；

所述可穿戴设备包括微控制器、采集模块、存储模块、第一无线通信模块及给所述可穿戴设备提供电源的电源模块；所述采集模块、第一存储模块、第一无线通信模块均与所述微控制器连接，所述微控制器用于将所述采集模块采集的数据以及所述采集模块对应的可穿戴设备的标识一一对应存储在所述第一存储模块，并通过所述第一无线通信模块将所述数据以及所述标识传递给所述终端进行存储；

所述终端包括第二存储模块和第二无线通信模块；所述第二无线通信模块与第一无线通信模块相匹配，建立通讯信道，接收采集模块采集到的数据以及采集模块对应的可穿戴设备的标识；所述第二存储模块用于根据所述标识将采集模块采集的数据存储到指定存储区域。

2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述采集模块包括心率采集单元、GPS定位单元、加速度传感器及陀螺仪传感器；所述微控制器分别通过系统总线与所述心率采集单元、GPS定位单元、加速度传感器及陀螺仪传感器连接。

3.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池、充电电路和检测电路，所述蓄电池与所述充电电路、检测电路依次电连接；

所述充电电路用于给所述蓄电池充电；所述检测电路检测所述蓄电池的放电电压值。

4.根据权利要求3所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述第一存储模块包括用于存储所述采集单元采集的实时数据的第一存储单元和用于存储所述可穿戴设备常量参数的第二存储单元；

所述常量参数包括所述可穿戴设备的标识和所述蓄电池的最低放电电压值。

5.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述运动参数包括负荷量度和负荷强度；其中，负荷量度包括训练次数、训练总时间、累计距离；负荷强度包括速度、心率。

6.根据权利要求5所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述第二存储模块还包括用于存储所述负荷量度的第三存储单元和用于存储所述负荷强度的第四存储单元。

7.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述可穿戴设备还包括USB模块，所述USB模块与所述微控制器连接；

所述USB模块设有USB接口，所述USB接口用于与外部设备连接，用于实现可穿戴设备与外部设备之间的数据和电能传输。

8.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述可穿戴设备还包括存储控制按键，用于供运动员对运动参数进行选择存储控制。

9.根据权利要求4所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述可穿戴设备还包括报警模块，所述报警模块与所述微控制器连接；若所述蓄电池的放电电压值低于最低放电电压值时，则所述报警模块发出报警信号。

10.根据权利要求9所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器。