动感单车的心率和速度同步实时采集装置的制作方法

本发明涉及一种运动数据采集装置，尤其是涉及了一种动感单车的心率和速度同步实时采集装置。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的身体健康，骑车成为一种重要的健身方法。在健身房里，人们骑着普通健身自行车锻炼身体，总觉得枯燥乏味、兴趣全无，实在是弃之可惜，食之无味。科学健身的理念日渐深入人心，锻炼者更加注重骑车的健身质量和效果，希望在轻松愉快的环境中骑车锻炼身体，能够实时了解自己的运动状况，实时调整运动强度，达到最佳的运动效果。

由于没有运动数据采集装置，普通健身自行车是一个孤立的运动器械，不能与虚拟场景相连，使得锻炼者的骑车健身缺乏娱乐性。由于没有运动数据采集装置，普通健身自行车不能获取锻炼者的运动数据，不能反馈锻炼者的运动状况，使得锻炼者处于盲目健身状态，健身效果不佳。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出了一种动感单车的心率和速度同步实时采集装置。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括电源模块、光电测速模块、单片机模块、手握心率检测模块和蓝牙模块；光电测速模块安装在动感单车的驱动轮处，手握心率检测模块安装在动感单车的扶手处，电源模块与光电测速模块连接，光电测速模块与单片机模块连接，单片机模块分别与光电测速模块、手握心率检测模块、蓝牙模块连接，蓝牙模块和骑车虚拟场景无线连接；光电测速模块实时监测动感单车驱动轮的转动，获得速度脉冲信号，并传给单片机模块，手握心率检测模块实时监测用户手掌的心电信号，获得心率脉冲信号，并传给单片机模块，单片机模块依据速度脉冲信号和心率脉冲信号分别获得动感单车的车速和用户的心率并传送给蓝牙模块，蓝牙模块将速度和心率的数据无线实时地传入骑车虚拟场景。

所述光电测速模块包括光电传感器、电阻R1、电阻R2、电阻R3和放大电路，放大电路包括三极管P和电阻R4，电源模块的正负电源线与光电传感器的正负电源线相连，光电传感器的的信号输出线经电阻R3与放大电路相连，光电传感器的正向输入端和正输出端分别经电阻R1、电阻R2后与电源模块的正电源线连接，光电传感器的正输出端与三极管P的基极连接，三极管P的集电极经电阻R4接出作为放大电路的正电源线并接电源模块的正电源线，三极管P的射极作为放大电路的负电源线并接地，放大电路的正负电源线分别于单片机模块的VCC引脚和GND引脚相连，三极管P的集电极作为放大电路的信号输出线并与单片机模块的外部中断零引脚相连。

所述手握心率检测模块经连接电路与单片机模块连接，连接电路包括电阻R4、电阻R5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D1和二极管D2，手握心率检测模块的正极分别经电容C6、电容C8后与自身负极连接，手握心率检测模块的正极和信号使能端引脚与单片机模块的VCC引脚相连，手握心率检测模块的负极与单片机模块的GND引脚相连，手握心率检测模块的信号输出线经电阻R5与单片机模块的外部中断一引脚相连，手握心率检测模块的信号输出线分别经电阻R4和二极管D1后与单片机模块的VCC引脚相连，电阻R5的两端分别经二极管D2和电容C7后接地。

所述蓝牙模块的VCC引脚与单片机模块的VCC引脚相连，蓝牙模块的GND引脚与单片机模块的GND引脚相连，蓝牙模块的RXD引脚与单片机模块的TXD引脚相连，蓝牙模块的TXD引脚与单片机模块的RXD引脚相连。

本发明装置能够实时采集锻炼者骑车时的速度和心率，并能输出速度和心率的数据，让锻炼者实时了解自己的运动状态。该装置是骑车虚拟场景所需的硬件设备，把车速和心率数据同步输入虚拟场景中，不仅能实现与虚拟场景的互动，增加骑车的娱乐性，而且能够依据心率数据，控制骑车强度，保持有氧锻炼状态，提升骑车健身效果。

本发明方法的优点及显著效果，和以往的方法相比具有以下特点：

本发明装置能同步实时采集锻炼者骑车时的速度和心率，保证速度和心率的关联性，以往装置是单独分别采集心率和速度，速度和心率的关联性差。

本发明装置能实时无缝连接各种终端设备，包括PC机、智能机顶盒、智能电视机、android系统的手机和PAD,苹果系统的手机和PAD等，以往装置是连接自行车码表。

本发明装置可用于驱动各种类型的骑车虚拟场景模型，包括，视频场景、OpenGL场景、Unity 3D场景、Unreal 3D场景等，以往装置不能实现此功能。

附图说明

图1是本发明整体流程图。

图2是电源模块与光电测速模块的连接电路图

图3是光电测速模块与单片机模块的连接电路图。

图4是手握心率检测模块与单片机模块的连接电路图。

图5是蓝牙模块与单片机模块的连接电路图。

图中：1.电源模块，2.光电传感器，3.放大电路，4.动感单车，5.单片机模块，6.手握心率检测模块，7.蓝牙模块，8.骑车虚拟场景，9.光电测速模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括电源模块1、光电测速模块9、单片机模块5、手握心率检测模块6和蓝牙模块7；光电测速模块9安装在动感单车4的驱动轮处，手握心率检测模块6安装在动感单车4的扶手处；首先是电源模块1与光电测速模块9连接，接着是光电测速模块9与单片机模块5连接，然后是单片机模块5分别与手握心率检测模块6、蓝牙模块7连接，最后是蓝牙模块7和骑车虚拟场景8无线连接。

如图1，图2，图3所示，光电测速模块9包括光电传感器2和放大电路3，光电传感器2的型号为H42B6槽型光电传感器，电源模块1的正负电源线与光电传感器2的正负电源线相连，光电传感器2的正负电源线和数据线与放大电路3的正负电源线和数据线相连，放大电路3的正负电源线分别于单片机模块5的VCC引脚和GND引脚相连，放大电路3的信号输出线与单片机模块(5)的P3.2引脚相连。

如图1，图4所示，手握心率检测模块3的型号为SH-601，手握心率检测模块6的正极与单片机模块5的VCC引脚相连，手握心率检测模块6的负极与单片机模块5的GND引脚相连，手握心率检测模块6的信号输出线与单片机模块5的P3.3引脚相连，手握心率监测模块6的信号使能端E引脚与单片机模块5的VCC引脚相连。

如图1，图5所示，蓝牙模块7的型号为HC-05，蓝牙模块7的VCC引脚与单片机模块5的VCC引脚相连，蓝牙模块7的GND引脚与单片机模块5的GND引脚相连，蓝牙模块7的RXD引脚与单片机模块5的P3.1引脚相连，蓝牙模块7的TXD引脚与单片机模块5的P3.0引脚相连。

本发明的具体实施过程是：

光电测速模块9实时监测动感单车4驱动轮的转动，获得速度脉冲信号，并传给单片机模块5，依据速度脉冲信号，单片机模块5计算出动感单车4的车速，计算方法如下：

动感单车的车速为：

式中，V为动感单车的车速，单位为转/秒，T为速度脉冲信号的采样时间，单位为毫秒，m为T时间内单片机脉冲计数器的计数值，单位为个，n为光栅盘的光栅个数，单位为个。

手握心率检测模块6实时监测用户手掌的心电信号，获得心率脉冲信号，并传给单片机模块5。依据心率脉冲信号，单片机模块5计算出用户的心率，计算方法如下：

心率值：

式中，P为心率值，单位为个/分钟，T_s为两次心率脉冲的间隔时间，单位为秒。

单片机模块5把速度和心率的数据传送给蓝牙模块7，方法如下：

光电测速模块9和手握心率检测模块6把动感单车的车速脉冲信号和用户的心率脉冲信号，传给单片机模块5，单片机模块5以相邻两次心率脉冲间隔时间T_s，求出心率值P，并以T_s作为速度脉冲信号的采样时间，求出动感单车的车速V，然后把心率值P和车速V同步实时发送给蓝牙模块7。

如图1，图5所示，蓝牙模块7将速度和心率的数据无线实时地传入骑车虚拟场景8，速度数据可以驱动视频场景、OpenGL场景、Unity 3D场景、Unreal 3D场景等各种类型的骑车虚拟场景模型，心率数据反映当前锻炼者的运动状态。蓝牙模块7能实时无缝连接各种终端设备，包括PC机、智能机顶盒、智能电视机、android系统的手机和PAD，苹果系统的手机和PAD等。

在骑车虚拟场景8中，显示出锻炼者的当前心率值，锻炼者能依据心率值的大小，实时调整骑车的运动强度，提高健身效果和保障健身安全。