CN103079011B - 基于Android智能手机的多功能健身器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Android智能手机的多功能健身器系统。本发明包括以下四个模块：锻炼计划定制模块提供了用户注册的功能，并根据注册用户的具体情况定制一份相应的锻炼计划。锻炼实时监测模块可以识别深蹲、举哑铃、跑步三种运动方式。还可以将用户的运动量和运动强度转换成消耗的能量，并呈现给用户。锻炼统计模块：每经过一段时间的锻炼，该模块会对用户之前的数据进行统计，对前一段时间用户的锻炼情况进行评测，判断有没有达到预计目标，给出一个综合的评价，并将统计结果呈现给用户。分享模块通过WIFI，GPRS等方式连接到网络。本发明通过对多种锻炼方式的模拟着重解决了当代人没有时间或健身器材锻炼身体的问题。
Description
技术领域
本发明属于移动终端应用技术领域，具体涉及到一种基于Android智能手机的多功能健身器系统。
背景技术
目前，智能手机的操作系统多种多样，而占市场份额最大的手机系统是Google 为首的开放手机联盟(Open Handset Alliance——OHA) 2007 年推出的基于Linux 平台开源手机操作系统Android，Android提供了很多颇具特色的接口。主要包括：传感器系统(Sensor)、语音识别技术(Recognizer Intent)、Google Map和用来开发桌面的插件(Widget)。其中的传感器系统中内置了很多传感器接口，目前的Android手机一般都会内置一个非常实用的加速传感器，有了它，手机就支持重力感应、方向判断等功能，在部分游戏或软件中可以自动识别屏幕的横屏、竖屏方向来改变屏幕显示布局。以Android为代表的智能手机终端平台正在以其功能强大的特性，不断拓展和加深智能手机终端的应用领域。
而另外一方面，随着生活节奏的加快以及社会压力的增大，在发达国家和城市中，人们的健康已经成为一个不容忽视的问题，据有关资料显示，在我国，约有15%的人处于健康状态，15%的人处于非健康状态，而70%的人呈亚健康状态。特别是IT白领人士，身体运动严重不足，头脑透支，加上长久的不良情绪影响，造成大批人群的健康平衡状态被打破，陷入亚健康状态。同时也没有健身器材或者没有时间去健身中心锻炼身体，因此，本发明基于此提出一款基于Android智能手机的多功能健身软件，意在为工作忙碌的群体设计一款手机应用程序。让用户在工作闲暇之余，方便地根据个人的身体状况，设定自己的预期目标，然后自动产生锻炼计划的时间表，使用智能手机内置的重力加速度传感器可实现一些简单的锻炼，如模拟举哑铃、深蹲、仰卧起坐、跑步等，感知手机在3维空间内移动时重力和加速度的变化，进行对运动量的统计，计算出实际消耗的能量，进而对身体状况进行评估。每次锻炼会自动记录到日记中，也可将锻炼成果同步发表到微博、人人等社交网站，与好友进行交流，实现用户之间的交互。
发明内容
本发明针对现代人们由于繁忙的生活节奏，没有闲余的时间或者没有健身器材锻炼身体，提供了一种基于Android手机的多功能健身器系统，实现了一些简单的锻炼方式，例如模拟举哑铃、深蹲、跑步等。并通过手机在3维空间内移动时重力和加速度的变化，进行对运动量的统计，计算出实际消耗的能量，进而对身体状况进行评估。而且可对每次锻炼进行记录，分享。
本发明的创新意义在相比与其它健身方法有着更低的成本，无需其它贵重的健身设备，利用闲暇时间就可以达到锻炼身体的目的，而有趣的人机界面、人性化的锻炼计划、用户之间的交互更为乏味的锻炼增加了趣味性，从而达到寓练于乐的效果，让用户在轻松愉快的过程中逐渐改善身体状况，最终解决亚健康问题。
基于Android手机的多功能健身器系统包括以下四个模块：（1）锻炼计划定制模块：该模块提供了用户注册的功能，并根据注册用户的具体情况定制一份相应的锻炼计划，并有提醒功能。（2）锻炼实时监测模块：该模块可以识别深蹲、举哑铃、跑步三种运动方式。还可以将用户的运动量和运动强度转换成消耗的能量，并呈现给用户，同时记录到用户的数据库中，生成锻炼日志。（3）锻炼统计模块：每经过一段时间的锻炼，该模块会对用户之前的数据进行统计，对前一段时间用户的锻炼情况进行评测，判断有没有达到预计目标，给出一个综合的评价，并将统计结果呈现给用户，写入到用户数据库中，据此为用户修改锻炼时间表。（4）分享模块：该模块可通过WIFI，GPRS等方式连接到网络，可以将用户近期的锻炼成果同步更新到微博、人人等社交网站，与好友们交流经验。
上面所述的锻炼实时监测模块可以识别深蹲、举哑铃、跑步三种运动方式，其中举哑铃运动方式有两种识别模式：（1）举哑铃1：屈臂弯举，将手机握在手心，主屏幕朝外。手臂自然下垂，手持手机弯起至肩前，上臂尽量不要移动，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作。当进行哑铃模式1的时候，振幅较大的是Z轴，X轴和Y轴则相对振幅较小（将手机放于水平桌面，与屏幕方向垂直与桌面水平的为X轴，与屏幕方向一致的是Y轴，与桌面垂直的为Z轴）。所以把Z轴作为监测轴，矢量和作为辅助判断，设置两个门限值：高门限值设为15m/s2、低门限值设为-5m/s2。不停对它的数据进行判断，如果突破高门限值一段时间突然瞬间跌倒地门限值一下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加。（2）举哑铃2：水平侧举，将手机握在手心，主屏幕朝外。手臂自然下垂，手持手机将手臂侧举至与肩水平，手掌朝下，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作。当进行哑铃模式2的时候，X轴和Z轴的比较有特点，当X轴达到最高点时，Z轴同时达到最低点，根据此特点，将X轴作为监测轴，Z轴帮助辅助判断，设置高门限值为15m/s2，低门限值为4.5m/s2。使用与模式1一样的算法来进行识别。
深蹲运动方式有一种识别模式：（1）深蹲模式：将手机放入口袋或者拿在手中，蹲下时停顿最好不超过一秒，然后起立，实现一次计数。由于进行深蹲时，手机的方向是不确定的，那么就不能用任意一轴作为监测轴了，所以只能使用三轴的合成即矢量和（ ）来进行判断，还是使用相同的算法，将矢量和的高低门限值分别设为12m/s2、8m/s2。如果矢量和突破高门限值，一段时间后跌倒地门限值一下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加。
跑步运动方式有一种识别模式：（1）跑步模式：将手机放入口袋中，然后开始跑步。在这里采用了一种新的算法：通过其矢量和的振幅和频率来推断跑步的剧烈程度和距离。根据加速度估算跑步时每秒运动的距离的公式如下：
distance =（aixs_amp * step_length * count）/ aixs_scale
其中，distance为每秒跑动的距离，单位m。aixs_amp为加速度a=在这1秒内的最大值减去最小值，即加速度的振幅，单位m/s2。step_length为用户的步长，单位cm。count是指一秒内加速度a从最高值变到最低值的次数，可以理解为每秒中跑得步数。aixs_scale是一个比例系数，取值可以是0.03-0.05。根据上面公式，就可以在程序中设置一个定时器，每秒钟调用一次计算路程的函数，不断累加，就可以实时的显示跑动的路程。具体过程如下：在锻炼选择界面选择运动模式。开始运动后，打开手机内置的重力加速度传感器，不断的读取数据，调用运动识别函数，如果满足该模式则计数器增加，直到用户到达运动量或手动按下结束运动按钮。
本发明的有益效果：
本发明提出的基于Android手机的多功能健身器系统通过对多种锻炼方式的模拟着重解决了当代人没有时间或健身器材锻炼身体的问题。本发明以智能手机为平台开发应用程序，不但可以充分利用手机自身强大的计算能力和各种软硬件资源，提供智能型、人性化应用，还能降低开发和生产成本，加速产品上市。用户只需要下载安装此应用程序，不会产生任何电子垃圾。不会造成资源浪费和环境污染。本发明提供了良好的操作体验，倡导绿色、环保生活理念，具有一定的经济、社会效益。
附图说明
图 1为该系统结构图；
图 2运动方式识别算法1的流程图；
图 3运动方式识别算法2的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对该系统进行说明。如图1所示，该系统主要有以下几个模块：
（1）锻炼计划定制模块：用户注册时，要求用户回答一些简单的问题，从问题中分析出用户的健康水平，再根据用户之前输入的数据（包括身高体重、作息习惯、身体状况等），自动为用户定制一份科学的有针对性锻炼计划，生成锻炼时间表，并有锻炼闹铃和锻炼提醒功能。
（2）锻炼实时监测模块：系统定制了多种预置的运动模式：包含举哑铃、跑步、深蹲等多种。每种运动方式运行时，对重力加速度传感器的数值进行动态采样，对数据进行分析，如果符合该运动模式则此次动作为有效，计入运动量。每一次运动结束后对本次运动进行分析。根据一定的算法将运动量和运动强度换算成消耗的能量，以卡路里为单位呈现给用户，并且记录到用户的数据库中，生成锻炼日志。
（3）锻炼统计模块：每经过一段时间的锻炼，系统会对用户之前的数据进行统计，对之前一段时间的锻炼进行评测，判断有没有达到预计目标，对这段时间的锻炼给一个综合评价，以友好有趣的界面（如利用各种生动有趣的动画来表现当前用户的状态）、合理直观的图表（各种锻炼统计表、柱状图）呈现给用户，写入到用户数据库中，并有针对性的用户对锻炼时间表进行修改。
（4）分享模块：系统可通过WIFI，GPRS等方式连接到网络，可以将用户近期的锻炼成果同步更新到微博、人人等社交网站，与好友们交流经验。
上面所述的锻炼实时监测模块可以识别深蹲、举哑铃、跑步三种运动方式，其中举哑铃运动方式有两种识别模式：（1）举哑铃模式1：屈臂弯举，将手机握在手心，主屏幕朝外。手臂自然下垂，手持手机弯起至肩前，上臂尽量不要移动，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作。当进行哑铃模式1的时候，振幅较大的是Z轴，X轴和Y轴则相对振幅较小（将手机放于水平桌面，与屏幕方向垂直与桌面水平的为X轴，与屏幕方向一致的是Y轴，与桌面垂直的为Z轴）。所以把Z轴作为监测轴，矢量和作为辅助判断，设置两个门限值：高门限值设为15m/s2、低门限值设为-5m/s2。不停对它的数据进行判断，如果突破高门限值一段时间突然瞬间跌倒地门限值一下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加，其算法流程图如图 2所示。（2）举哑铃模式2：水平侧举，将手机握在手心，主屏幕朝外。手臂自然下垂，手持手机将手臂侧举至与肩水平，手掌朝下，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作。当进行哑铃模式2的时候，X轴和Z轴的比较有特点，当X轴达到最高点时，Z轴同时达到最低点，根据此特点，将X轴作为监测轴，Z轴帮助辅助判断，设置高门限值为15m/s2，低门限值为4.5m/s2。使用与模式1一样的算法来进行识别，流程图如图 2所示。
深蹲运动方式有一种识别模式：（1）深蹲模式：将手机放入口袋或者拿在手中，蹲下时停顿最好不超过一秒，然后起立，实现一次计数。由于进行深蹲时，手机的方向是不确定的，那么就不能用任意一轴作为监测轴了，所以只能使用三轴的合成即矢量和（）来进行判断，还是使用相同的算法，算法流程图如图 2所示，将矢量和的高低门限值分别设为12m/s2、8m/s2。如果矢量和突破高门限值，一段时间后跌倒地门限值一下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加。
跑步运动方式有一种识别模式：（1）跑步模式：将手机放入口袋中，然后开始跑步。在这里采用了一种新的算法：通过其矢量和的振幅和频率来推断跑步的剧烈程度和距离，算法流程图如图 3所示。根据加速度估算跑步时每秒运动的距离的公式如下：
distance =（aixs_amp * step_length * count）/ aixs_scale
其中，distance为每秒跑动的距离，单位m。aixs_amp为加速度a=在这1秒内的最大值减去最小值，即加速度的振幅，单位m/s2。step_length为用户的步长，单位cm。count是指一秒内加速度a从最高值变到最低值的次数，可以理解为每秒中跑得步数。aixs_scale是一个比例系数，取值可以是0.03-0.05。根据上面公式，就可以在程序中设置一个定时器，每秒钟调用一次计算路程的函数，不断累加，就可以实时的显示跑动的路程。具体过程如下：在锻炼选择界面选择运动模式。开始运动后，打开手机内置的重力加速度传感器，不断的读取数据，调用运动识别函数，如果满足该模式则计数器增加，直到用户到达运动量或手动按下结束运动按钮。
Claims (1)
1.基于Android智能手机的多功能健身器系统，其特征是该系统包括以下四个模块：（1）锻炼计划定制模块：该模块提供了用户注册的功能，并根据注册用户的具体情况定制一份相应的锻炼计划，并有提醒功能；（2）锻炼实时监测模块：该模块可以识别深蹲、举哑铃、跑步三种运动方式；还可以将用户的运动量和运动强度转换成消耗的能量，并呈现给用户，同时记录到用户的数据库中，生成锻炼日志；（3）锻炼统计模块：每经过一段时间的锻炼，该模块会对用户之前的数据进行统计，对前一段时间用户的锻炼情况进行评测，判断有没有达到预计目标，给出一个综合的评价，并将统计结果呈现给用户，写入到用户数据库中，据此为用户修改锻炼时间表；（4）分享模块：该模块可通过WIFI，GPRS方式连接到网络，可以将用户近期的锻炼成果同步更新到微博、人人等社交网站，与好友们交流经验；
所述的举哑铃运动方式有两种识别模式：（1）第一举哑铃模式：屈臂弯举，将手机握在手心，主屏幕朝外；手臂自然下垂，手持手机弯起至肩前，上臂尽量不要移动，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作；当进行第一举哑铃模式的时候，振幅较大的是Z轴，X轴和Y轴则相对振幅较小；把Z轴作为监测轴，矢量和作为辅助判断，设置两个门限值：高门限值设为15m/s2、低门限值设为-5m/s2；不停对它的数据进行判断，如果突破高门限值一段时间突然瞬间跌到低门限值以下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加；（2）第二举哑铃模式：水平侧举，将手机握在手心，主屏幕朝外；手臂自然下垂，手持手机将手臂侧举至与肩水平，手掌朝下，然后轻轻放下，然后不断重复上述动作；当进行第二举哑铃模式的时候，当X轴达到最高点时，Z轴同时达到最低点，根据此特点，将X轴作为监测轴，Z轴帮助辅助判断，设置高门限值为15m/s2，低门限值为4.5m/s2；使用与第一举哑铃模式一样的算法来进行识别；
深蹲运动方式有一种识别模式：将手机放入口袋或者拿在手中，蹲下时停顿不超过一秒，然后起立，实现一次计数；使用三轴的合成即矢量和（ ）来进行判断，将矢量和的高低门限值分别设为12m/s2、8m/s2；如果矢量和突破高门限值，一段时间后跌倒地门限值以下并维持一段时间，则将此次运动作为有效数据，计数值增加；
跑步运动方式有一种识别模式：将手机放入口袋中，然后开始跑步；在这里采用了一种新的算法：通过其矢量和的振幅和频率来推断跑步的剧烈程度和距离，其中的距离公式如下：
distance =（aixs_amp * step_length * count）/ aixs_scale
其中，distance为每秒跑动的距离，单位m；aixs_amp为加速度a=在这1秒内的最大值减去最小值，即加速度的振幅，单位m/s2；step_length为用户的步长，单位cm；count是指一秒内加速度a从最高值变到最低值的次数，理解为每秒中跑的步数；aixs_scale是一个比例系数，取值是0.03-0.05。
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