一種健身啞鈴運動檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種健身啞鈴運動檢測裝置及檢測方法。其檢測電路包括微控制器模塊，以及與所述微控制器模塊電連接的慣性傳感器模塊、電池電源管理模塊，和射頻通訊模塊，微控制器模塊利用健身啞鈴運動與位置檢測算法，對數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果和傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至手機或平板電腦，對用戶提供直觀的健身動作評估和提示。本實用新型能夠精確檢測出健身啞鈴與用戶的位置關(guān)系，解決了健身啞鈴健身的卡路里消耗評估、啞鈴健身動作標準性評估的問題。
【專利說明】—種健身啞鈴運動檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種健身啞鈴運動檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]個人在啞鈴鍛煉過程中，由于缺乏指導(dǎo)和監(jiān)督，往往會有鍛煉姿勢不正確、鍛煉過程缺乏科學(xué)規(guī)劃、鍛煉的計劃無法有效執(zhí)行、鍛煉的結(jié)果無法評估等問題。由于個人鍛煉的這些問題，使個人啞鈴鍛煉效果難以得到保障。
[0003]要想提高啞鈴鍛煉效果，一般需要通過學(xué)習(xí)大量的訓(xùn)練知識、參加啞鈴鍛煉的課程、聘請專業(yè)的私人教練等方法。這些方法對于普通鍛煉者來說，或者需要耗費太多的精力、或者需要耗費大量的金錢，而且獲取過程存在較多限制。目前在這個領(lǐng)域，尚沒有通過特定的技術(shù)手段，來指導(dǎo)和監(jiān)督普通啞鈴鍛煉者提升鍛煉效果的硬件裝置及方法。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效測量啞鈴使用者的使用姿態(tài)、角度的健身啞鈴運動檢測裝置，為此，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]所述裝置包括檢測電路，所述檢測電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0006]通過以上技術(shù)方案，本實用新型通過慣性傳感器模塊內(nèi)的三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器互補濾波，測定出當前啞鈴的二維傾角，且該傾角的測定值在啞鈴加速運動狀態(tài)下，仍然具有很高的準確性。
[0007]為了進一步的技術(shù)效果，本實用新型還可以采用如下技術(shù)方案:
[0008]所述檢測電路還包括磁場傳感器模塊20，所述磁場傳感器模塊20包括檢測X軸、Y軸、Z軸三軸磁場強度的三軸磁阻傳感器。
[0009]通過以上技術(shù)方案，本實用新型通過裝置內(nèi)的三軸磁阻傳感器，利用當?shù)氐牡厍虼艌觯瑴y定出啞鈴當前的方位角，該方位角不受運動加速度影響，解決了測量啞鈴當前姿態(tài)、角度的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型實施例1的一種健身啞鈴運動檢測裝置的方框原理圖；
[0011]圖2為本實用新型實施例2的一種健身啞鈴運動檢測裝置的控制流程圖；
[0012]圖3為本實用新型實施例2的一種健身啞鈴運動檢測裝置的方框原理圖；
[0013]圖4為本實用新型實施例3的一種健身啞鈴運動檢測裝置的使用原理圖；
[0014]圖5為本實用新型實施例4的一種健身啞鈴運動檢測裝置的使用原理圖；

【具體實施方式】
[0015]本實用新型為一種健身啞鈴運動檢測裝置，所述裝置包括檢測電路，所述檢測電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0016]本實用新型所提供裝置的微控制器模塊可以帶有數(shù)據(jù)存儲功能，也可以通過藍牙連接智能手機或平板電腦進行歷史數(shù)據(jù)存儲及處理。
[0017]所述檢測電路還包括磁場傳感器模塊20，所述磁場傳感器模塊包括檢測X軸、Y軸、Z軸三軸磁場強度的三軸磁阻傳感器。
[0018]所述射頻通訊模塊4為藍牙4.0射頻通訊模塊，所述微控制器模塊3和射頻通訊模塊4采用型號為cc2541或nRF51822的片上系統(tǒng)處理芯片。
[0019]所述慣性傳感器模塊2采用型號為MPU-6050的六軸MEMS傳感器芯片，也可采用ADXL345三軸加速度傳感器芯片和L3G4200、ITG-3200等三軸角速度傳感器芯片配合實現(xiàn)。
[0020]所述磁場傳感器模塊20采用型號為HMC5883L的三軸磁阻傳感器芯片。
[0021]本實用新型所述健身啞鈴運動檢測裝置包括長方體的殼體1，所述慣性傳感器模塊2的X軸、Y軸、Z軸三軸與殼體I的長寬深方向?qū)R，所述磁場傳感器模塊20包括用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸磁場強度的三軸磁阻傳感器，同時所述磁場傳感器模塊20的X軸、Y軸、Z軸三軸與殼體I的長寬深方向?qū)R。
[0022]本實用新型還包括人機交互模塊6，所述電池電源管理模塊用于為微控制器模塊
3、慣性傳感器模塊2、磁場傳感器模塊20、人機交互模塊6、射頻通訊模塊4提供工作電源，當使用可充電電池時，電池電源管理模塊5還可利用外部電源為電池充電。
[0023]所述人機交互模塊6進一步包括OLED顯示單元、按鍵單元和LED顯示單元,所述按鍵單元包括用于選擇OLED顯示單元的顯示內(nèi)容的第一按鍵和用于復(fù)位裝置的第二按鍵。
[0024]實施例1
[0025]本實用新型為一種健身啞鈴運動檢測的裝置7，包括外殼1，外殼I內(nèi)固定有檢測電路，使用時，通過磁鐵或魔術(shù)扎帶將本裝置7和健身啞鈴固連。
[0026]本實用新型所述固連，指將本檢測裝置與健身啞鈴固定相連，可以采用綁帶磁鐵的方式將本檢測裝置固定在健身啞鈴的表面，也可以直接將其設(shè)置于健身啞鈴內(nèi)。
[0027]參照圖1。在本實施例中，所述檢測電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器(微機械慣性傳感器芯片)，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0028]實施例2
[0029]參考圖3，本實用新型在實施例1的基礎(chǔ)上為了檢測啞鈴的方位角，在電路上進一步設(shè)置一個磁場傳感器模塊20，本實施例中包括殼體1，所述殼體I內(nèi)設(shè)有檢測電路，所述檢測電路包括微控制器模塊3以及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、磁場傳感器模塊20、電池電源管理模塊5、人機交互模塊6和藍牙4.0射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，同時所述慣性傳感器模塊2的X軸、Y軸、Z軸三軸與裝置殼體I的長寬深方向?qū)R，所述磁場傳感器模塊20包括用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸磁場強度的三軸磁阻傳感器，同時所述磁場傳感器模塊20的X軸、Y軸、Z軸三軸與裝置殼體I的長寬深方向?qū)R，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、磁場傳感器模塊20、人機交互模塊6、藍牙4.0射頻通訊模塊4提供工作電源，當使用可充電電池時，電池電源管理模塊5還可利用外部電源為電池充電。
[0030]磁場傳感器模塊20所測量得到的X軸、Y軸、Z軸方向的磁場強度，能夠反映健身啞鈴所處環(huán)境的磁場強度，以及由于啞鈴姿態(tài)變化造成的各個敏感軸上的磁場分量變化。值得注意的是，多數(shù)健身啞鈴由鐵、鋼等磁性材料制成，某些測量軸上的磁場強度可能會超過磁場傳感器的測量量程，造成測量錯誤，在具體的應(yīng)用中:選用量程較大的磁阻傳感器，如優(yōu)選的HMC5883L，可以有效避免測量值超過量程造成的檢測錯誤。考慮到靜態(tài)功耗，磁場傳感器模塊20的測量輸出經(jīng)過IIC總線傳輸至微控制器模塊3。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該可知，各模塊在實施例1中具有的技術(shù)特征及工作過程同樣適用于本實施例，因此此處不做贅述。
[0031]其中，為了檢測啞鈴的姿態(tài)角，需要將裝置通過殼體與健身啞鈴固連，此時，慣性傳感器模塊2所測量得到的X軸、Y軸、Z軸方向的三軸加速度，X軸、Y軸、Z軸方向的三軸角速度，能夠反應(yīng)健身啞鈴的對應(yīng)運動。值得注意的是，在一些特別的啞鈴健身動作中，某些測量軸上的加速度可能會超過加速度傳感器的測量量程，造成測量錯誤，在具體的應(yīng)用中:選用帶有多量程選擇的加速度傳感器，如優(yōu)選的MPU-6050，可以有效避免測量值超過量程造成的檢測錯誤?？紤]到靜態(tài)功耗，慣性傳感器模塊2的測量輸出經(jīng)過IIC總線傳輸至微控制器t吳塊3。
[0032]電池電源管理模塊5完成電池放電時的穩(wěn)壓和電池充電控制，電池的放電電壓與電池電量有關(guān)，并不穩(wěn)定，電池放電電壓高于系統(tǒng)內(nèi)部工作電壓，電池電源管理模塊將電池放電電壓降壓穩(wěn)壓至系統(tǒng)內(nèi)部工作電壓2.(Γ3.0V的某一特定電壓值上?？紤]到本實用新型的低功耗要求，選用開關(guān)式降壓穩(wěn)壓器，在具體應(yīng)用實例中，該降壓穩(wěn)壓器可采用開關(guān)式降壓穩(wěn)壓芯片LM3670或TPS62730實現(xiàn)。當采用可充電電池時，電池充電控制需要對外部充電器的5V輸出電壓進行降壓和限流，在電池電壓過低時，采用恒流充電，在電池即將充滿時，采用恒壓充電，并提供電池充電狀態(tài)的信號輸出，在具體應(yīng)用實例中，電池充電可采用單節(jié)電池充電芯片SE9017、SE9016或LTC4054實現(xiàn)，充電狀態(tài)可由紅、綠雙色LED顯示。
[0033]所述人機交互模塊6進一步包括顯示單元和按鍵單元，所述按鍵單元包括用于控制顯示單元的第一按鍵和用于復(fù)位裝置的第二按鍵。
[0034]人機交互模塊6主要實現(xiàn)顯示裝置工作模式、顯示鍛煉數(shù)據(jù)、復(fù)位裝置的功能。本實用新型裝置的主要工作模式為:1、睡眠模式，2、藍牙可發(fā)現(xiàn)模式，3、藍牙連接模式，4、鍛煉模式；本實用新型裝置的主要鍛煉數(shù)據(jù)為:1、啞鈴健身動作完成次數(shù)，2、啞鈴健身消耗卡路里數(shù)，3、啞鈴健身動作評分；其中裝置工作模式需要實時顯示，而鍛煉數(shù)據(jù)僅在用戶鍛煉過程中和鍛煉完成時需要顯示，鍛煉過程中和鍛煉結(jié)束后，鍛煉數(shù)據(jù)由OLED屏幕顯示，顯示內(nèi)容為1、啞鈴健身動作完成次數(shù)，2、啞鈴健身消耗卡路里數(shù)，3、啞鈴健身動作評分。
[0035]微控制器模塊3主要完成以下處理工作:1、接收慣性傳感器模塊2的輸出信號，
2、接收磁場傳感器模塊20的輸出信號,3、檢測按鍵狀態(tài),4、檢測電池電壓和充放電狀態(tài)，
5、控制LED和OLED顯示，6、控制藍牙4.0射頻通訊模塊4工作，設(shè)定藍牙發(fā)射參數(shù)、發(fā)射內(nèi)容，接收藍牙數(shù)據(jù)。7、根據(jù)本實用新型提出的健身啞鈴運動與位置的檢測方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶的位置關(guān)系。具體應(yīng)用實例中，微控制器模塊3可由cc2541實現(xiàn)或nRF51822片上系統(tǒng)芯片實現(xiàn)，該類芯片為射頻片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部具有單片機內(nèi)核和
2.4GHz射頻收發(fā)器，并可運行藍牙4.0低功耗協(xié)議棧。
[0036]參照圖2.本實用新型主要具有以下工作模態(tài)，均由微控制器模塊進行控制和調(diào)度:1、上電初始化模態(tài)，2、睡眠模態(tài)，3、藍牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)，4、藍牙連接模態(tài)，5、鍛煉模態(tài)，6、鍛煉完成t旲態(tài)。
[0037]參考圖2，本實施例使用時，當裝置7上電/復(fù)位后，裝置7進入上述模態(tài)的上電初始化模態(tài)，主要初始化傳感器、藍牙協(xié)議棧等，初始化結(jié)束后，裝置進入上述模態(tài)的睡眠模態(tài)，在睡眠模態(tài)中，系統(tǒng)每隔若干秒時間，檢測一次加速度，若加速度的變化超過了設(shè)定的閾值，則認為裝置發(fā)生了運動，那么裝置退出睡眠模態(tài)進入藍牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)，裝置處于藍牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)時，微控制器模塊3控制藍牙4.0射頻通訊模塊4發(fā)射廣播幀，當智能手機、平板電腦等移動終端設(shè)備通過藍牙連接本裝置7后，裝置進入藍牙連接狀態(tài)，如果智能手機、平板電腦等智能終端通過藍牙操作本裝置7開始鍛煉后，本裝置進入鍛煉模態(tài)，在鍛煉模態(tài)時，微控制器模塊3配置慣性傳感器模塊2和磁場傳感器模塊20，使其進入20Hz高速采集模式，增加采樣頻率會增加功耗，但是也能提高健身啞鈴姿態(tài)角和位置檢測的精度和帶寬，在鍛煉模態(tài)下，微控制器模塊3根據(jù)慣性傳感器模塊2和磁場傳感器模塊20的測量值，實時計算出健身啞鈴姿態(tài)角和位置，并實時通過藍牙4.0射頻通訊模塊4將測量結(jié)果和解算結(jié)果發(fā)送至智能手機或平板電腦，智能手機或平板電腦等智能終端根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算出鍛煉次數(shù)、消耗卡路里數(shù)、運動評分，再通過藍牙4.0射頻通訊模塊4返回給微控制器模塊3，微控制器模塊3根據(jù)返回數(shù)據(jù)，及檢測到的第一按鍵狀態(tài)，控制OLED循環(huán)顯示上述鍛煉數(shù)據(jù)，藍牙連接斷開后，裝置進入睡眠模態(tài)。
[0038]藍牙4.0射頻通訊模塊4負責(zé)藍牙連接、藍牙輸出傳輸功能。具體應(yīng)用實例中，藍牙4.0射頻通訊模塊4可由cc2541或nRF51822片上系統(tǒng)芯片實現(xiàn)，該類芯片為射頻片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部具有單片機內(nèi)核和2.4GHz射頻收發(fā)器，并可運行藍牙4.0低功耗協(xié)議棧。
[0039]實施例1與實施例2說明的健身啞鈴運動檢測裝置，其在使用過程中，可以作為獨立設(shè)置的電路板組裝在其他系統(tǒng)中，也可單獨使用。因此，實施例3將其單獨使用組裝應(yīng)用做一說明，本領(lǐng)域人員應(yīng)該可以理解的是，此實施例并不構(gòu)成其應(yīng)用方式的限定。
[0040]實施例3
[0041]本實施例包括外殼1，如實施例1或?qū)嵤├?所述的檢測裝置7固定在外殼I內(nèi)部，在外殼I的一端面通過魔術(shù)扎帶與啞鈴手柄8相對固定。如圖4所示，本實施例與健身啞鈴固連后，裝置內(nèi)部的慣性傳感器2和磁場傳感器模塊20能夠跟隨健身啞鈴運動，測量啞鈴運動產(chǎn)生的加速度、角速度、磁場變化，并經(jīng)由本實用新型提出的健身啞鈴運動及位置檢測方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶位置關(guān)系。
[0042]實施例4
[0043]如實施例1或?qū)嵤├?所述的一種健身啞鈴運動檢測裝置7，僅包含電路，安裝于健身啞鈴9內(nèi)部。參考圖5所示,本實施例為其一具體應(yīng)用實例的結(jié)構(gòu)示意圖,本實施例安裝于健身啞鈴內(nèi)部，其慣性傳感器模塊和磁場傳感器模塊能夠跟隨健身啞鈴運動，測量啞鈴運動產(chǎn)生的加速度、角速度、磁場變化，并經(jīng)由本實用新型提出的健身啞鈴運動及位置檢測方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶位置關(guān)系。
[0044]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的裝置具有以下有益效果:
[0045](I)針對健身啞鈴，能夠可靠地檢測出啞鈴的姿態(tài)角。
[0046](2)針對健身啞鈴，能夠利用上述測得的啞鈴姿態(tài)角、健身啞鈴動作流程和人體關(guān)節(jié)運動約束，計算出健身啞鈴和用戶的位置關(guān)系。
[0047]( 3 )針對健身啞鈴，能夠利用上述測得的姿態(tài)角，統(tǒng)計用戶使用啞鈴進行特定健身動作訓(xùn)練的訓(xùn)練次數(shù)和時間，能夠利用上述測得的健身啞鈴和用戶的位置關(guān)系和啞鈴的質(zhì)量，計算出用戶進行啞鈴健身運動消耗的卡路里數(shù)。
[0048](4)由于本實用新型設(shè)有射頻通訊模塊，因此能夠與智能手機、智能平板電腦互聯(lián)，對上述測量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行進一步處理，為用戶的健身質(zhì)量和效果提供評估，并進一步指導(dǎo)用戶的健身動作和健身計劃。
[0049](5)采用低功耗芯片配置和針對低功耗的檢測流程，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間待機。
[0050](6)具有簡單易用的人機交互接口，用戶能夠直觀的了解裝置的運行狀態(tài)。
[0051 ] 綜上所述，本實用新型公開了一種健身啞鈴運動檢測裝置。其檢測電路包括微控制器模塊，以及與所述微控制器模塊電連接的慣性傳感器模塊、磁場傳感器模塊、電池電源管理模塊，和藍牙射頻通訊模塊，慣性傳感器模塊包括分別用以檢測加速度的三軸加速度傳感器和用以檢測角速度的三軸角速率傳感器，磁場傳感器模塊包含用以檢測裝置所處環(huán)境磁場的三軸磁阻傳感器，慣性傳感器模塊和磁場傳感器模塊的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過串行接口輸入微控制器模塊，微控制器模塊利用健身啞鈴運動與位置檢測算法，對數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果和傳感器數(shù)據(jù)通過藍牙4.0射頻通訊模塊發(fā)送至手機或平板電腦，對用戶提供直觀的健身動作評估和提示。本實用新型安裝于健身啞鈴上之后，能夠精確檢測出健身啞鈴與用戶的位置關(guān)系，從而解決了健身啞鈴健身的卡路里消耗評估、啞鈴健身動作標準性評估的問題。
[0052] 上述【具體實施方式】用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種健身啞鈴運動檢測裝置，其特征在于所述裝置包括檢測電路，所述檢測電路包括微控制器模塊(3 )及與所述微控制器模塊(3 )電連接的慣性傳感器模塊(2 )、電池電源管理模塊(5)和射頻通訊模塊(4)，所述慣性傳感器模塊(2)包括分別用于檢測X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊(5)用于為微控制器模塊(3)、慣性傳感器模塊(2)、射頻通訊模塊(4)提供工作電源。
2.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運動檢測裝置，其特征在于所述檢測電路還包括磁場傳感器模塊(20),所述磁場傳感器模塊(20)包括檢測X軸、Y軸、Z軸三軸磁場強度的三軸磁阻傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運動檢測裝置，其特征在于所述射頻通訊模塊(4)為藍牙4.0射頻通訊模塊，所述微控制器模塊(3)和射頻通訊模塊(4)采用型號為CC2541或nRF51822的片上系統(tǒng)處理芯片。
4.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運動檢測裝置，其特征在于所述慣性傳感器模塊(2)采用型號為MPU-6050的六軸MEMS傳感器芯片。
5.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運動檢測裝置，其特征在于所述磁場傳感器模塊(20)采用型號為HMC5883L的三軸磁阻傳感器芯片。
【文檔編號】A63B71/06GK203935596SQ201420091142
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】陳雋永, 王圣捷, 盧卓來 申請人:永康市坤卓科技有限公司