一種應用於智能健身車的人機互動系統及方法與流程
2023-10-05 18:14:24 2
技術領域
本發明涉及智能健身車技術領域，尤其是一種應用於智能健身車的人機互動系統及方法。
背景技術：
隨著科學技術的進步，人們健身的方式也在悄然的發生變化，而健身的工具也不再是單純的機械間的組合，取而代之的是越來越多集機械、電子、傳感器、計算機技術及自動化控制於一身的新型智能化健身設備，健身車因運動方式簡單，運動效果明顯，運動風險低等因素而廣受健身者的喜愛。
傳統的健身車大部分採用的是在訓練過程中人為調節阻力，或者是根據預先設定好的模擬環境由電腦進行阻力調節，這些訓練方式往往通過訓練者的自我感受或者根據自身經驗來調整訓練方式，並沒有真正意義上的實現實時調節阻力，使訓練者以恆功方式去訓練，訓練者本身很難保持以一個恆定功率輸出，從而使訓練的有效性大大降低。同時在訓練者訓練結束後缺乏對訓練效果的評估，訓練者本身只能主觀的去判斷訓練效果，從而使訓練缺乏足夠的科學性，單純的健身使運動變得枯燥，難以激發出訓練者的訓練興趣，使訓練難以堅持。
技術實現要素：
本發明的首要目的在於提供一種提供多種訓練模式並且實時檢測用戶心率，在訓練結束後保存訓練數據的應用於智能健身車的人機互動系統。
為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：一種應用於智能健身車的人機互動系統，包括：
人機互動模塊，實現人機互動，在訓練過程中，用戶通過人機互動模塊實時調節阻力大小；
電磁阻發生裝置，電磁阻發生裝置，包括用於產生磁場的線圈，以及位於線圈外部的金屬輪盤，電磁阻發生裝置的金屬輪盤通過傳動帶與健身車腳踏板連接；
電路控制單元，檢測腳踏板轉速信號和腳踏板阻力信號，輸出控制信號至電磁阻發生裝置；
心率檢測發送單元，採集用戶的心率值並將其通過通信模塊發送至人機互動模塊；
數據存儲模塊，用於存儲已註冊的用戶的信息以及用戶的訓練數據；
通信模塊，用於人機互動模塊與電磁阻發生裝置之間的串行數據通信，以及心率檢測發送單元與人機互動模塊之間的無線通信。
所述人機互動模塊採用一臺平板電腦，人機互動模塊的人機互動主界面上顯示系統登錄/註冊、訓練模式選擇、訓練量選擇、心率值讀取、訓練數據顯示、訓練記錄查看、訓練報告顯示和幫助共8個操作選項。
所述電路控制單元包括：
重力傳感器，用於採集腳踏板阻力，然後轉化為電信號發送到微處理器；
速度傳感器，用於採集腳踏板轉速，然後轉化為電信號發送到微處理器；
微處理器，採用STM32F103晶片，用於接收重力傳感器和速度傳感器發送來的電信號，對電信號進行分析處理再控制電磁阻發生裝置；
所述速度傳感器安裝於健身車的踏板傳動輪上，所述重力傳感器安裝於電磁阻發生裝置上，所述微處理器安裝於健身車的車架上。
所述數據存儲模塊是指安裝在人機互動模塊內的資料庫。
所述通信模塊包括：
無線藍牙通信模塊，用於實現心率檢測發送單元與人機互動模塊間的通信，心率檢測發送單元實時採集訓練者的心率，並通過無線藍牙模塊將心率發送至人機互動模塊；
串行數據通信模塊，用於實現人機互動模塊與電磁阻發生裝置之間的通信。
本發明的另一目的在於提供一種應用於智能健身車的人機互動系統的人機互動方法，該方法包括下列順序的步驟：
（1）啟動系統，進入登錄界面；
（2）若用戶未註冊，則點擊註冊按鈕進行註冊；若用戶已註冊，則輸入註冊時的用戶名、密碼登錄系統；
（3）用戶進入系統後可選擇不同的訓練模式，同時設置訓練量，設置完畢後，點擊「確認」按鈕進行訓練；
（4）進入訓練界面後，系統自動連接心率檢測發送單元，當心率檢測發送單元連接成功後，將顯示用戶當前心率值，用戶點擊「開始」按鈕開始訓練；當心率檢測發送單元連接失敗時，則彈出提示框，提示心率連接失敗，此時需要用戶手動點擊「心率連接」按鈕，進行連接；
（5）在訓練開始後，若用戶需要暫停當前訓練，則點擊「暫停」按鈕，則系統處於暫停狀態，同時保存之前訓練數據；若用戶點擊「開始」按鈕，繼續訓練；若用戶點擊「返回」按鈕，則退出訓練；
（6）若在訓練過程中，用戶點擊「終止」按鈕，則系統保存用戶之前的訓練數據，退出當前訓練；
（7）系統實時監測用戶的心率值，當用戶在訓練過程心率值超過設定的危險心率值180bpm後，則系統提示當前訓練危險，同時保存數據，退出當前訓練；
（8）當用戶完成設定的運動量或點擊「退出」按鈕後，系統退出訓練界面，同時顯示出此次訓練的訓練報告，訓練報告自動保存在人機互動模塊中，同時，若用戶選擇列印當前訓練報告，則列印當前訓練報告；
（9）完成當前訓練後，若用戶選擇訓練模式繼續訓練，則點擊退出系統，結束訓練。
由上述技術方案可知，本發明實現真正意義上的實現實時調節阻力，使訓練者以恆功方式去訓練，從而使訓練的有效性大大提高；同時，本發明使訓練更加具有科學性，使單純的健身使運動變得有趣，激發出訓練者的訓練興趣，使訓練持之以恆地堅持。
附圖說明
圖1為本發明的方法流程圖。
具體實施方式
一種應用於智能健身車的人機互動系統，包括：人機互動模塊，實現人機互動，在訓練過程中，用戶通過人機互動模塊實時調節阻力大小；電磁阻發生裝置，電磁阻發生裝置，包括用於產生磁場的線圈，以及位於線圈外部的金屬輪盤，電磁阻發生裝置的金屬輪盤通過傳動帶與健身車腳踏板連接；電路控制單元，檢測腳踏板轉速信號和腳踏板阻力信號，輸出控制信號至電磁阻發生裝置；心率檢測發送單元，採集用戶的心率值並將其通過通信模塊發送至人機互動模塊；數據存儲模塊，用於存儲已註冊的用戶的信息以及用戶的訓練數據；通信模塊，用於人機互動模塊與電磁阻發生裝置之間的串行數據通信，以及心率檢測發送單元與人機互動模塊之間的無線通信。
所述人機互動模塊採用一臺平板電腦，人機互動模塊的人機互動主界面上顯示系統登錄/註冊、訓練模式選擇、訓練量選擇、心率值讀取、訓練數據顯示、訓練記錄查看、訓練報告顯示和幫助共8個操作選項。訓練過程中，用戶可通過人機互動界面上的阻力增加按鈕與阻力減少按鈕，實時調節阻力大小。
所述電路控制單元包括：重力傳感器，用於採集腳踏板阻力，然後轉化為電信號發送到微處理器；速度傳感器，用於採集腳踏板轉速，然後轉化為電信號發送到微處理器；微處理器，採用STM32F103晶片，用於接收重力傳感器和速度傳感器發送來的電信號，對電信號進行分析處理再控制電磁阻發生裝置；所述速度傳感器安裝於健身車本體的踏板傳動輪上，所述重力傳感器安裝於電磁阻發生裝置上，所述微處理器安裝於健身車本體的車架上。電路控制單元通過改變脈寬調製（PWM）的佔空比的方式改變輸出電流，進而改變磁阻力發生裝置中的磁場強度，進而改變電磁阻的大小，並且將檢測到的腳踏板轉速信號和腳踏板阻力信號通過串行數據通訊模塊發送到平板電腦上。
所述通信模塊包括：無線藍牙通信模塊，用於實現心率檢測發送單元與人機互動模塊間的通信，心率檢測發送單元實時採集訓練者的心率，並通過無線藍牙模塊將心率發送至人機互動模塊；串行數據通信模塊，用於實現人機互動模塊與電磁阻發生裝置之間的通信。所述心率檢測發送單元採用心率手環，心率手環佩戴在用戶的手腕上，心率手環內置無線藍牙模塊。
如圖1所示，本方法包括下列順序的步驟：
（1）啟動系統，進入登錄界面；
（2）若用戶未註冊，則點擊註冊按鈕進行註冊；若用戶已註冊，則輸入註冊時的用戶名、密碼登錄系統；
（3）用戶進入系統後可選擇不同的訓練模式，同時設置訓練量，設置完畢後，點擊「確認」按鈕進行訓練；
（4）進入訓練界面後，系統自動連接心率檢測發送單元，當心率檢測發送單元連接成功後，將顯示用戶當前心率值，用戶點擊「開始」按鈕開始訓練；當心率檢測發送單元連接失敗時，則彈出提示框，提示心率連接失敗，此時需要用戶手動點擊「心率連接」按鈕，進行連接；
（5）在訓練開始後，若用戶需要暫停當前訓練，則點擊「暫停」按鈕，則系統處於暫停狀態，同時保存之前訓練數據；若用戶點擊「開始」按鈕，繼續訓練；若用戶點擊「返回」按鈕，則退出訓練；
（6）若在訓練過程中，用戶點擊「終止」按鈕，則系統保存用戶之前的訓練數據，退出當前訓練；
（7）系統實時監測用戶的心率值，當用戶在訓練過程心率值超過設定的危險心率值180bpm後，則系統提示當前訓練危險，同時保存數據，退出當前訓練；
（8）當用戶完成設定的運動量或點擊「退出」按鈕後，系統退出訓練界面，同時顯示出此次訓練的訓練報告，訓練報告自動保存在人機互動模塊中，同時，若用戶選擇列印當前訓練報告，則列印當前訓練報告；
（9）完成當前訓練後，若用戶選擇訓練模式繼續訓練，則點擊退出系統，結束訓練。