實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材及其使用方法
2023-08-11 06:59:31
專利名稱：實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種實現相互間數據直接傳輸、並且根據健身程序的變化更新訓練內容和數據結果的健身器材及其使用方法。
背景技術：
目前國內健身行業和消費市場發展得較快，藉助於現有網際網路和通訊技術的發展，現有的健身場所也相應地建立起內部網絡環境，鍛鍊者可以在某一會員制公司旗下的任一場館進行訓練，同時還可進行上網瀏覽、辦理各種手續和累計積分等操作，從而在身體訓練的同時享受網絡帶來的便利和快捷。
如上所述，雖然現有的健身場所建立起內部網絡環境，但大多是提供終端界面、或是通過第三方伺服器與主機串聯形成網絡連接，多臺健身器械相互間、或是健身器械與管理工具之間的直接連接還是空白。因此，使用現有的健身器材並不能根據健身者的實際情況、或是訓練程序內容的更新變化進行自動調整和改變。
健身者的身體狀況會隨著周期性和連續性的鍛練而變化。對於現有健身器材來說，其所存儲的訓練程序是傳統的固化程序，這種固有程序的反覆使用難以適應身體狀況的變化，訓練效率大大折扣。當需要改變訓練程序、或是進行程序升級時，對於現有傳統健身器材來說是相當困難的。以心率功能為例，鍛練時健身者的心率變化是一個變量，對鍛練強度、鍛練時間、鍛練條件等的確定具有直接影響。而且通過測量正在使用健身器械鍛練的心率來調節，必須由專業教練給出方案並隨機指導。而現有的健身器械相互間、或是健身器械與管理工具大多不具有直接連接，因而這種在線指導就難以實現。
另外，現有的健身器械也有通過IC卡等作載體與終端機連接進行使用的，但是IC卡使用時必須配置讀卡器等硬體，其通用性較差而對健身者具有諸多限制，生產健身器械的成本也較高。
發明內容
本發明所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材及其使用方法，其目的在於解決上述現有技術的不足而提供一種健身器材相互間、或與管理工具之間進行數據傳輸和共享的直接連接模式。健身者可通過管理工具或網上虛擬教練直接下載訓練程序、或是通過通用載體(如U盤)輸入相應且兼容的插口，在經過識別後可根據所傳輸的數據自行運行，以適應不同健身者、或是同一健身者不同時段訓練的要求。
所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材，是基於通用載體實現健身器材相互間、以及健身器材與管理工具(如PC機、互連網、N/B機、PDA個人數字處理機或Smart-Phone等)之間的直接連接，數據傳輸無需藉助第三方轉換。
所述的載體包括有兩類，一類是即插即用型通訊載體，如U盤、光碟、軟盤、SD卡、CF卡等，健身器材與管理工具之間均設置有接口單元，以實現上述即插即用型通訊載體的識別、數據文件的上傳和下傳；另一類是非即插即用型載體，如採用有線網絡(網際通訊線)連接方式，或是無線連接，如無線電、紅外線、藍牙、Wi-Fi、WAP、GPRS、GSM、CDMA等無線網絡，從而實現與互連網、用戶終端機、及其他健身器材的數據傳輸。
所述的具有USB接口的健身器材，具有一數據傳輸處理系統，主要包括有USB接口單元、DSP數位訊號處理單元、傳感器單元、以及控制與執行單元。其中，USB接口單元實現與管理工具(如PC機、互連網、N/B機、PDA個人數字處理機或Smart-Phone等)之間的數據上傳和下傳。
控制與執行單元由單片機實現。
DSP數位訊號處理單元與USB接口單元直接通訊，可完成數據處理的核心操作。DSP數位訊號處理單元負責處理來自管理工具的數據，即訓練內容及其解釋；也負責處理各傳感器單元傳來的實時數據並進行分析、並最終做出指令，提供給控制與執行單元來實施，從而建立起針對不同健身者、同一健身者不同訓練時期的最佳鍛練程序。
採用單片機作為控制與執行單元，主要是就DSP數位訊號處理單元發出的指令轉而實施對執行部件的控制、以及對傳感器數據的處理。
所述的健身器材與管理工具的數據傳輸，是通過USB接口來進行的。既可以通過USB接口單元，上行與計算機終端連接、也可以通過U盤等通用載體與DSP數位訊號處理單元進行數據傳輸。
傳感器單元負責感知外界環境以及各相關的運動特徵參數，並作為反饋信息傳送到DSP數位訊號處理單元，此類信息既被用於所述數據傳輸處理系統的閉環控制、又能通過USB接口和/或通用載體U盤被傳遞到管理工具中進行分析、處理和儲存。
所述實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，是通過通訊接口、在無需藉助第三方轉換的前提下，建立一種健身器材相互間、以及健身器材與管理工具之間直接進行數據傳輸的機制。
基於數據傳輸處理系統的通訊接口，由DSP數位訊號處理單元與通訊接口單元直接通訊，通過DSP數位訊號處理單元負責處理對來自管理工具的訓練內容、並結合各傳感器單元傳來的實時數據，最終做出指令提供給控制與執行單元來實施，從而建立起針對於不同健身者、或是同一健身者不同訓練時期的鍛練程序。
通過傳感器單元負責感知外界環境以及各相關的運動特徵參數，並作為反饋信息傳送到DSP數位訊號處理單元，此類信息既被用於所述數據傳輸處理系統的閉環控制、又能通過USB接口和/或通用載體U盤被傳遞到管理工具中進行分析和處理。
如上所述，所述實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材及其使用方法具有以下優點1、所述的數據傳輸處理系統，利用通訊接口實現了健身器材與管理工具間採取即插即用式的控制模式，可被當前主流作業系統(如Windows98、2000、NT)支持兼容。
2、通過所述的數據傳輸處理系統，可藉由管理工具實現對健身器材動態地監控，根據傳感器獲取的動態參數，滿足每一健身者個性化的使用需要，實現健身器材的自行定位和調整的運行模式。
3、由於每一健身者、以及在不同鍛鍊階段的訓練程序可自行調節，因此健身效率較高、也更加安全和適應於老人、體質較弱者或是未成年人。
結合下列附圖對本發明做進一步的說明。
圖1是具有USB接口的健身器械數據傳輸處理系統的示意圖。
圖2是所述USB接口模塊與DSP數位訊號處理單元之間數據傳輸圖。
圖3是基於DSP數位訊號處理單元的控制與執行示意圖。
圖4是所述DSP數位訊號處理單元接收USB接口數據的流程圖。
圖5是所述DSP數位訊號處理單元發送數據到USB接口的流程圖。
圖6是所述U盤處理數據的流程圖。
圖7是所述採集模塊對驅動程序的速度反饋流程圖。
圖8是實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法的示意圖。
具體實施例方式實施例1，如圖1至圖8所示，所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材是基於通用串行總線USB接口連結方式，從而實現健身器材相互間、以及健身器材與管理工具之間直接連接，數據傳輸無需藉助第三方轉換。
所述的健身器材具有一數據傳輸處理系統，其主要包括有USB接口單元、DSP數位訊號處理單元、傳感器單元、以及控制與執行單元。其中，USB接口單元實現與管理工具(如PC機、互連網、N/B機、PDA個人數字處理機或Smart-Phone等)之間的數據上傳和下傳。
控制與執行單元由單片機實現。
DSP數位訊號處理單元與USB接口單元直接通訊，可完成數據處理的核心操作。DSP數位訊號處理單元負責處理來自管理工具的數據，即訓練內容及其解釋；也負責處理各傳感器單元傳來的實時數據並進行分析、並最終做出指令，提供給控制與執行單元來實施，從而建立起針對不同健身者、同一健身者不同訓練時期的最佳鍛練程序。
採用單片機作為控制與執行單元，主要是就DSP數位訊號處理單元發出的指令轉而實施對執行部件的控制、以及對傳感器數據的處理。
傳感器單元負責感知外界環境以及各相關的運動特徵參數，並作為反饋信息傳送到DSP數位訊號處理單元，此類信息既被用於所述數據傳輸處理系統的閉環控制、又能通過USB接口和/或通用載體U盤被傳遞到管理工具中進行分析、處理和儲存。
所述實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，是通過USB接口、在無需藉助第三方轉換的前提下，建立一種健身器材相互間、以及健身器材與管理工具之間直接進行數據傳輸的機制。
基於數據傳輸處理系統的USB接口，由DSP數位訊號處理單元與USB接口單元直接通訊，通過DSP數位訊號處理單元負責處理對來自管理工具的訓練內容、並結合各傳感器單元傳來的實時數據，最終做出指令提供給控制與執行單元來實施，從而建立起針對於不同健身者、或是同一健身者不同訓練時期的鍛練程序。
通過傳感器單元負責感知外界環境以及各相關的運動特徵參數，並作為反饋信息傳送到DSP數位訊號處理單元，此類信息既被用於所述數據傳輸處理系統的閉環控制、又能通過USB接口和/或通用載體U盤被傳遞到管理工具中進行分析和處理。
如圖1所示，所述的健身器材(以跑步機為例)具有一數據傳輸處理系統，其主要包括有USB接口單元、DSP數位訊號處理單元、傳感器單元、控制與執行單元、以及人機接口模塊。其中，DSP數位訊號處理單元，主要負責處理來自管理工具的任務解釋、各傳感器傳來的數據分析以及最後的指令發出。
採用一塊單片機作為控制與執行單元，主要是就DSP(或工控機或平臺或PLC，下同)的執行指令實施對執行部件的控制及傳感器數據處理。
傳感器單元，包括有跑步機跑帶的速度、局部壓力或仰角的傳感器、以及人體醫學傳感器(視需要可加入心率、血壓、脈搏等多種類型傳感器)。所述的傳感器單元與控制與執行單元、電動機(或其他動力)構成閉環系統，從而實現控制與執行單元的預先設定處理。
通過人機接口模塊，健身者可以發送多個任務請求、以及通過界面對跑步機當前狀態進行監控。
USB接口單元由兩個模塊組成，一是管理工具中USB上位機驅動，主要完成管理工具對特殊USB數據傳輸的支持，另一部分是下位機的驅動，完成USB的功能設定。
DSP數位訊號處理單元，可以直接得到並控制執行部件的執行信號，同時通過多個傳感器送來的信息進行融合，得到當前跑步機狀態(這些狀態可以在跑步機操作平臺上顯示並修改)，根據當前狀態決定執行信號的發送，這些執行信號由DSP傳送給控制與執行單元。
控制與執行單元接收來自DSP的執行信號，對執行電機(或其他動力)進行驅動，並通過人體醫學傳感器的反饋信號對執行機構進行精確控制。
如圖2所示，在USB接口模塊與DSP數位訊號處理單元之間數據傳輸過程中，從USB接口傳輸過來的數據被送至USB模塊中、並經緩衝晶片FIFO，由DSP數位訊號處理單元來讀寫、調取FIFO芯心中的數據以完成對USB接口模塊的訪問。
如圖3所示，基於DSP數位訊號處理單元的控制與執行流程中，由DSP數位訊號處理單元結合當前跑步機的狀態，確定下一步執行指令，然後由控制與執行單元監控或改變跑步機的速度或仰角等參數，以達到指令的預定值。
DSP數位訊號處理單元與單片機之間的通訊量不大，採用軟體仿真IIC方式實現二者的通訊即可。
如圖4和圖5所示，DSP數位訊號處理單元與USB接口之間的數據傳輸流程中，DSP數位訊號處理單元與USB接口晶片之間的通訊是通過先入先出晶片FIFO完成的。
因此，DSP數位訊號處理單元讀取數據的操作只是對於FIFO而言，只是一些控制同步信號要在DSP與USB模塊之間傳輸。
DSP對FIFO的讀寫通過FIFO滿以及FIFO空兩個標誌得到控制。當DSP從USB接口(型號為AN2131)處接收數據時，判斷FIFO空標誌，FIFO內無數據時，空標誌為真，此時DSP循環等待直到有數據為止；空標誌為假，則收數據，收完後返回。
當DSP發送數據到USB模塊時，DSP判斷FIFO滿標誌，如果FIFO滿，則暫停寫FIFO操作，並發送中斷給USB模塊，通知其讀取FIFO中的數據，USB模塊讀取完畢後給DSP發送中斷作為應答，DSP收到應答後恢復數據發送。
如圖6所示，使用U盤通過USB接口單元處理數據時，載體部分上位機發出通訊請求，經編碼發送數據至數據結束後返回，得到下位機數據後解碼、結束。
如圖7所示，是所述採集模塊對驅動程序的速度反饋流程。
跑步機通過PID算法進行控制。其中單片機通過讀取計數單元得到跑步機運動速度及狀態。由DSP計算得到一個的運行速度及狀態，此速度即為要達到的設定速度，通過讀取計數單元在設定時間(10ms)內的計數值得到當前的速度，將設定速度以及當前速度代入PID算法中，得到控制量，此控制量為單片機向跑步機下一步發送的脈衝周期。
單片機通過FO口發送脈衝給跑步機驅動器，通過脈衝周期改變跑步機的運動速度及仰角。
如圖8所示，所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，除上述實施例1中給出的方案以外，也通過其他串口、或是通過紅外線、藍牙、Wi-Fi等實現無線連接，從而實現健身器材與健身器材之間橫向直接連接，以及健身器材與管理工具之間的縱向聯繫，而無須另設其他特殊硬體或設備。
特別是在使用無線連接如藍牙技術，則在內部通過與USB接口轉接即可實現無線操控，其主體結構及程序與前述相同。
權利要求
1.一種實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材，其特徵在於所述的健身器材是基於通用載體、以及通訊載體接口單元模塊實現健身器材相互間、以及健身器材與管理工具之間的直接連接；所述的通用載體採用U盤、光碟、軟盤、SD卡、或CF卡的即插即用型載體；通訊串行接口、無線電、紅外線、藍牙、Wi-Fi、WAP、GPRS、GSM、或CDMA無線網際連接。
2.根據權利要求1所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材，其特徵在於所述的具有USB接口的健身器材，具有一數據傳輸處理系統，主要包括有，實現與管理工具或其他健身器材數據傳輸的USB接口單元；與USB接口單元直接通訊、負責處理來自管理工具的數據、結合各傳感器單元傳送的實時數據發送控制指令給控制與執行單元的DSP數位訊號處理單元；根據DSP數位訊號處理單元的控制指令實施對執行部件的控制、以及對傳感器數據的處理的控制與執行單元；以及傳感器單元。
3.一種實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，其特徵在於所述健身器材是通過通訊接口、在無需藉助第三方轉換的前提下，建立一種健身器材相互間、以及健身器材與管理工具之間直接進行數據傳輸的機制；基於數據傳輸處理系統的通訊接口，由DSP數位訊號處理單元與通訊接口單元直接通訊，通過DSP數位訊號處理單元負責處理對來自管理工具的訓練內容、並結合各傳感器單元傳來的實時數據，最終做出指令提供給控制與執行單元來實施，從而建立起針對於不同健身者、或是同一健身者不同訓練時期的鍛練程序。
4.根據權利要求3所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，其特徵在於所述健身器材是通過傳感器單元負責感知外界環境以及各相關的運動特徵參數，並作為反饋信息傳送到DSP數位訊號處理單元，此類信息既被用於所述數據傳輸處理系統的閉環控制、又能通過USB接口和/或通用載體U盤被傳遞到管理工具中進行分析和處理。
5.根據權利要求3所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材使用方法，其特徵在於所述的DSP數位訊號處理單元與USB接口之間的數據傳輸流程中，DSP數位訊號處理單元與USB接口晶片之間的通訊是通過先入先出晶片FIFO完成的；其運行步驟是，DSP對FIFO的讀寫通過FIFO滿以及FIFO空兩個標誌得到控制；當DSP從USB接口(型號為AN2131)處接收數據時，判斷FIFO空標誌，FIFO內無數據時，空標誌為真，此時DSP循環等待直到有數據為止；空標誌為假，則收數據，收完後返回；當DSP發送數據到USB模塊時，DSP判斷FIFO滿標誌，如果FIFO滿，則暫停寫FIFO操作，並發送中斷給USB模塊，通知其讀取FIFO中的數據，USB模塊讀取完畢後給DSP發送中斷作為應答，DSP收到應答後恢復數據發送。
全文摘要
本發明所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材及其使用方法，健身器材相互間、或與管理工具之間進行數據傳輸和共享的直接連接模式。健身者可通過管理工具或網上虛擬教練直接下載訓練程序、或是通過通用載體(如U盤)輸入相應且兼容的插口，在經過識別後可根據所傳輸的數據自行運行，以適應不同健身者、或是同一健身者不同時段訓練的要求。所述的實現數據直接傳輸和更新管理的健身器材，是基於通用載體實現健身器材相互間、以及健身器材與管理工具(如PC機、互連網、N/B機、PDA個人數字處理機或Smart－Phone等)之間的直接連接，數據傳輸無需藉助第三方轉換。
文檔編號G06F13/00GK1797373SQ20041007578
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優先權日2004年12月29日
發明者張烝誠 申請人:張烝誠