一种智能健身系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能健身技术领域，尤指一种智能健身系统及其控制方法。

背景技术：

近几年来，随着人们生活水平的逐渐提高，人们越来越注重健身，健身器材市场的发展呈逐年上升趋势，随着健身计划的实施，人们生活水平的提高和消费观念的转变等等，对健身器材的功能有了极大的需求。

现有技术中存在各种各样的健身设备，例如跑步机、健身车以及划船机等，都是通过模拟户外运动来实现健身的功能，其中，健身车又叫“功率自行车”，可以通过调整运动时的强度(功率)，起到健身的效果。健身车是一种有氧健身器材也被称为心肺训练器材，主要是通过身体较长时间，以适当强度的运动来促进心血管的运动，加快新陈代谢，增强心脏和肺部功能，从而改善人体的体质。

然而，现有技术中的健身设备，由于长时间单一地运动枯燥而又无聊，人们很难长时间坚持这种运动方式，于是市场上出现了可以娱乐的健身器材，例如在跑步机上安装显示屏，用户可以一边跑步一边观看影视节目，然而，当用户想更换节目时，需要停下来操作显示屏，这样不但操作不方便，而且会影响运动的效果。虽然现有技术中的健身设备存在一些娱乐性，但是互动方式一般都比较单一，且操作不方便，无法满足用户的需求，使用户无法长时间坚持锻炼。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种智能健身系统及其控制方法，用以解决现有技术中存在的健身设备互动方式比较单一，且操作不方便，用户无法长时间坚持锻炼的问题。

本发明实施例提供了一种智能健身系统，包括：健身设备、固定于所述健身设备的把手对应于用户手指触碰位置的多个物理按键、与各所述物理按键分别电信号连接的控制器，以及与所述控制器电信号连接的显示设备；其中，

所述物理按键，用于采集用户的操作指令，并将所述操作指令发送至所述控制器；

所述控制器，用于将所述操作指令发送至所述显示设备；

所述显示设备，用于根据所述操作指令，实现相应的操作并显示对应的画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，还包括：固定于所述健身设备上的多种数据采集器；其中，

所述数据采集器，与所述控制器电信号连接，用于采集用户的运动数据，并将所述运动数据发送至所述控制器；

所述控制器，用于将所述运动数据发送至所述显示设备；

所述显示设备，用于根据所述运动数据，实现相应的操作并显示对应的画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述数据采集器包括：固定于所述健身设备上的心率采集器。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述健身设备为健身车；

所述数据采集器包括：固定于所述健身车上且用于在所述健身车的车轮转动时测量所述车轮的转速信息的测速器。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述测速器包括：均匀固定于所述健身车的车轮边缘处的多个永磁体，以及固定于所述健身车上且位于所述永磁体的磁场范围内的霍尔传感器。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述测速器包括：分别固定于所述健身车且位于车轮两侧的红外线发射器和红外线接收器，以及均匀固定于所述车轮边缘处的多个凸起结构；

所述凸起结构，用于遮挡所述红外线发射器出射的光线。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述显示设备包括：处理器以及与所述处理器电信号连接的显示模组；

所述处理器，用于根据接收到的运动数据和/或操作指令，实现相应的操作并控制所述显示模组显示对应的画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述智能健身系统还包括头盔，以及设置于所述头盔上的且分别与所述处理器电信号连接的加速度传感器和陀螺仪；

所述处理器，还用于根据所述加速度传感器的加速度信息和所述陀螺仪的角度信息实现相应的操作并控制所述显示模组显示对应的画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述智能健身系统中，所述显示设备为虚拟现实显示设备或增强现实显示设备。

本发明实施例还提供了一种上述智能健身系统的控制方法，包括：

物理按键采集用户的操作指令，并将所述操作指令发送至控制器；

所述控制器将所述操作指令发送至显示设备；

所述显示设备根据所述操作指令，实现相应的操作并显示对应的画面。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种智能健身系统及其控制方法，该智能健身系统，包括：健身设备、固定于健身设备的把手对应于用户手指触碰位置的多个物理按键、与各物理按键分别电信号连接的控制器，以及与控制器电信号连接的显示设备；其中，物理按键，用于采集用户的操作指令，并将操作指令发送至控制器；控制器，用于将操作指令发送至显示设备；显示设备，用于根据操作指令，实现相应的操作并显示对应的画面。本发明实施例提供的智能健身系统，通过在健身设备的把手对应于用户手指触碰位置固定多个物理按键，控制器可以根据各物理按键采集到的操作指令，控制显示设备实现相应的操作并显示对应的画面，一方面，使用户可以在运动过程中很方便地操作显示设备以实现相应的功能，另一方面，增加了用户健身时的互动方式，增强了健身的娱乐性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能健身系统的结构示意图之一；

图2a为本发明实施例中物理按键的分布示意图；

图2b为本发明实施例中健身车的物理按键的分布示意图；

图3为本发明实施例提供的智能健身系统的结构示意图之二；

图4为本发明实施例中的一种测速器的结构示意图；

图5a为本发明实施例中的另一种测速器的结构示意图之一；

图5b为本发明实施例中的另一种测速器的结构示意图之二

图5c为本发明实施例中的另一种测速器的结构示意图之三；

图6为本发明实施例提供的智能健身系统的结构示意图之三；

图7为本发明实施例提供的智能健身系统的控制方法的流程图；

其中，10、物理按键；11、数据采集器；12、控制器；13、显示设备；14、把手；15、车轮；16、车架；17、加速度传感器；18、陀螺仪；111、心率采集器；112、测速器；131、处理器；132、显示模组；201、霍尔传感器；202、永磁体；203、红外发射器；204、红外接收器；205、凸起结构。

具体实施方式

针对现有技术中存在的健身设备互动方式比较单一，用户无法长时间坚持锻炼的问题，本发明实施例提供的了一种智能健身系统及其控制方法。

下面结合附图，对本发明实施例提供的智能健身系统及其控制方法的具体实施方式进行详细地说明。附图中各结构的大小和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供了一种智能健身系统，如图1所示，包括：健身设备、固定于健身设备的把手对应于用户手指触碰位置的多个物理按键10、与各物理按键10分别电信号连接的控制器12，以及与控制器12电信号连接的显示设备13；其中，

物理按键10，用于采集用户的操作指令，并将操作指令发送至控制器12；

控制器12，用于将操作指令发送至显示设备13；

显示设备13，用于根据操作指令，实现相应的操作并显示对应的画面。

本发明实施例提供的智能健身系统，通过在健身设备的把手对应于用户手指触碰位置固定多个物理按键10，控制器12可以根据各物理按键10采集到的操作指令，控制显示设备13实现相应的操作并显示对应的画面，一方面，使用户可以在运动过程中很方便地操作显示设备以实现相应的功能，另一方面，增加了用户健身时的互动方式，增强了健身的娱乐性。

上述健身设备可以为健身车、跑步机、踏步机或划船机等任何健身器材，此处并不对健身设备的种类进行限定。上述控制器12可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或现场可编程门阵列Field－Programmable Gate Array，FPGA)等具有数据处理功能的微处理器131或微控制器12，控制器12可以将各个物理按键10发送的操作指令分别发送至显示设备13，也可以将一段时间(例如1s)接收的操作指令进行数据处理，并打包后发送至显示设备13。上述控制器12可以采用有线的方式向显示设备13发送操作指令，也可以采用无线的方式(例如蓝牙)向显示设备13发送操作指令，优选为采用支持蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)的蓝牙模块，此处并不对控制器12向显示设备13发送数据的方式进行限定。

上述显示设备13可以为液晶显示器或有机电致发光显示器等任何具有显示功能的显示设备13，用户可以通过显示设备13在健身过程中观看各种节目，并可以通过控制物理按键10来控制观看的内容，或者可以通过显示设备13在健身的过程中进行各种游戏，例如各种竞技游戏或益智游戏等。

上述物理按键10可以为任何种类的物理按键10，例如按钮，触摸按键或者人体工程学按键等。通过设置多个物理按钮，可以使用户更方便的控制显示设备13实现相应的操作并显示对应的画面。例如，可以通过物理按键10选择显示设备13中的电视节目，也可以通过物理按键10控制显示设备13的音量或显示亮度等参数。在显示设备13具有游戏功能时，也可以利用多个物理按键10模仿游戏手柄的功能，实现控制游戏操作的功能，例如，可以通过物理按键10控制竞技类游戏中人物左右移动、跳跃或加速等操作，从而丰富了游戏的控制功能，除了竞技类游戏，还可以实现多种游戏的控制，例如射击、策略或者冒险类的有效，通过设置多个物理按键10极大的丰富了该智能健身系统的游戏种类，提高了智能健身系统的娱乐性，并且，各物理按键10设置在把手对应于用户手指触碰的位置，使用户在健身过程中可以随时控制显示设备13中播放的节目，或者玩各种游戏，增强了用户健身的动力和粘性。

如图2a所示，为了便于用户操作，上述物理按键10优选为设置在健身设备的把手14对应于用户手指触碰位置，通常最多可以设置十个分别对应用户手指的物理按键10，图2a中以设置八个物理按键10为例进行示意，且以物理按键10的形状为圆形进行示意，也可以为其他形状，此处并不对物理按键10的数量和形状进行限定。

进一步地，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，如图3所示，还可以包括：固定于健身设备上的多种数据采集器；其中，

数据采集器，与控制器电信号连接，用于采集用户的运动数据，并将运动数据发送至控制器；

控制器，用于将运动数据发送至显示设备；

显示设备，用于根据运动数据，实现相应的操作并显示对应的画面。

通过在健身设备上设置多种数据采集器，控制器可以根据各数据采集器采集到的运动数据，控制显示设备实现相应的操作并显示对应的画面，例如，可以根据运动数据控制显示设备更换节目，例如用户运动强度大时播放一些高亢的音乐，运动强度小时播放一些柔和的音乐，或者根据运动数据通过显示设备进行各种竞技类游戏，例如，用于运动强度越大时，游戏中的人物反应越快等，从而进一步增加了用户健身时的互动方式，提高了健身的娱乐性。

上述控制器可以将各个数据采集器发送的运动数据分别发送至显示设备，也可以将一段时间(例如1s)接收的运动数据和上述操作指令进行数据处理，并打包后发送至显示设备，上述控制器可以采用有线或无线的方式发送上述运动数据和/或操作指令，优选为采用支持BLE功能的蓝牙模块，此处不对控制器向显示设备发送数据的方式进行限定。

具体地，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，如图3所示，数据采集器11可以包括：固定于健身设备上的心率采集器111。

通过在健身设备上设置心率采集器111，可以实时监测用户健身时的心率，并通过显示设备13显示用户的实时心率，当用户的心率过高时通过报警的方式提醒用户停止运动。当用户的心率在正常范围内时，可以根据用户的心率值来改变显示设备13中的显示内容，例如，当用户在玩竞技类游戏时，可以通过心率值的变化来改变游戏中人物的状态，比如当用户的心率值较高时，可以控制显示设备13中显示的人物增加出汗或喘气等效果，或者显示一些激励用户坚持运动的文字，或播放一些高亢的歌曲，来增加用户锻炼的乐趣和坚持运动的动力。

在具体实施时，上述心率采集器111可以为光电式、心电式或者震动式心率采集器111，优选为光电式心率采集器111，因为血液对特定波长的光有吸收作用，心脏每次泵血时该波长的光线都会被大量吸收，因此可以确定心率。根据该原理，可以将上述心率采集器111设置在健身设备的把手14上，且该心率采集器111可以包括：两个发绿光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)灯和一个光敏传感器，当手掌或手指中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。LED灯发出绿色波长的光波，光敏传感器可以接受皮肤的反射光并感测光场强度的变化并换算成心率。

如图3所示，以下通过上述健身设备为健身车为例进行说明：

在具体实施时，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，健身设备为健身车；

数据采集器11还可以包括：固定于健身车上且用于在健身车的车轮15转动时测量车轮15的转速信息的测速器112。

通过在健身车上设置测速器112，可以在用户健身过程中，实时获取车轮15转动的转速信息，并根据该转速信息控制显示设备13实现相应的功能，例如，用户在玩竞技类游戏时，可以通过转速信息控制游戏中的人物或者赛车的速度，转速越大游戏中的人物或赛车越快，这样就激励用户蹬健身车的速度，达到激励用户锻炼的作用。

参照图3，上述健身车也可以包括上述物理按键10和心率采集器111，原理与上述健身设备类似，此处不再赘述，且图2b示出了物理按键10设置与健身车的把手14的结构示意图。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，上述测速器112可以通过以下方式实现：

方式一：如图4所示，测速器112包括：均匀固定于健身车的车轮15边缘处的多个永磁体202，以及固定于健身车上且位于永磁体202的磁场范围内的霍尔传感器201。

霍尔传感器201是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，霍尔传感器201中设有一个霍尔半导体片，恒定电流从水平方向通过霍尔半导体片，该恒定电路在磁场中受洛仑兹力的作用，使恒定电流的电子流在通过霍尔半导体片时向一侧偏移，使霍尔半导体片在垂直方向上产生电位差，即霍尔电压，霍尔电压能将一切与磁相关的物理量转化为易测的脉冲信号。霍尔传感器201测转速的原理就是把永磁体202固定在车轮15的边缘，永磁体202随着车轮15同步转动，当永磁体202通过霍尔传感器201时，霍尔传感器201产生一个相应的脉冲信号，计算出两个连续的脉冲信号的间隔时间，就可以计算出被测转速。

参照图4，可以将多块永磁体202均匀的固定在车轮15的边缘，将霍尔传感器201固定在健身车的支架上，每当一个永磁体202经过霍尔传感器201时，便会产生一个脉冲信号，由于固定在车轮15上的永磁体202是均匀设置的，可以通过测量得到每两个永磁体202之间的距离L，控制器12通过记录产生脉冲信号的时间，可以得到两个脉冲信号之间的时间差Δt，因此，永磁体202经过霍尔传感器201的转速可以近似为：

v＝L/Δt

由该公式可知，车轮15上的永磁体202越多，两个永磁体202之间的距离L越小，得到的转速值越接近永磁体202经过霍尔传感器201时的真实转速值，即车轮15上的永磁体202越多，测量转速值的精度越高，控制显示设备13的实时性越高，例如，在显示设备13显示游戏界面时，可以通过转速信息控制竞技游戏中人物或者赛车的速度，永磁体202设置的数量越多，转速信息更新的越频繁，从而将转速信息更快速的响应到游戏中，增强用户在游戏中的沉浸感，更有助于用户坚持锻炼。图4中以八个永磁体202为例进行示意，在具体实施时，永磁体202也可以设置为其他数量，在空间允许的情况下，永磁体202的数量越多越好。

方式二：如图5a、图5b即图5c所示，测速器112包括：分别固定于健身车且位于车轮15两侧的红外线发射器和红外线接收器，以及均匀固定于车轮15边缘处的多个凸起结构205；

凸起结构205，用于遮挡红外线发射器出射的光线。

如图5a所示，红外发射器203和红外接收器204分别设置在车轮15的两次，且相对设置，在没有凸起结构205遮挡时，红外接收器204可以接收红外发射器203出射的光线。由于车轮15的边缘处设有凸起结构205，凸起结构205会随着车轮15的转动而转动，当凸起结构205转到红外发射器203和红外接收器204之间的位置时，如图5b所示，红外发射器203出射的光线被凸起结构205遮挡，使红外接收器204接收不到红外发射器203的光线，因此，可以通过相邻两次光线被遮挡的时间间隔，以及相邻两个凸起结构205之间的距离，得到车轮15当前的转速信息，该公式与方式一中的转速公式类似，此处不再赘述。

如图5c所示，可以将红外发射器203和红外接收器204设置在健身车的车架16上，凸起结构205均匀的分布于车轮15的边缘。与方式一类似，凸起结构205越多，得到的转速值越接近凸起结构205经过红外发射器203时的真实转速值，即车轮15上的凸起结构205越多，测量转速值的精度越高，控制显示设备13的实时性越高，与方式一类似，设置多个凸起结构205，可以增强用户在游戏中的沉浸感，更有助于用户坚持锻炼。图5c中以八个凸起结构205为例进行示意，在具体实施时，凸起结构205也可以设置为其他数量，在空间允许的情况下，凸起结构205的数量越多越好。

进一步地，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，如图6所示，显示设备13包括：处理器131以及与处理器131电信号连接的显示模组132；

处理器131，用于根据接收到的运动数据和/或操作指令，实现相应的操作并控制显示模组132显示对应的画面。

参照图6，显示设备13中的处理器131与控制器12电信号连接，控制器12可以通过有线或无线的方式向处理器131发送运动数据和/或操作指令。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，智能健身系统还可以包括头盔，以及设置于头盔上的且分别与处理器131电信号连接的加速度传感器17和陀螺仪18；

处理器131，还用于根据加速度传感器17的加速度信息和陀螺仪18的角度信息实现相应的操作并控制显示模组132显示对应的画面。

上述加速度传感器17一般为三轴加速度传感器17，通过加速度传感器17可以得到x、y和z三个方向的加速度，再结合陀螺仪18得到的角度信息，从而可以准确的判断用户的头盔移动的方向及距离，从而可以通过头盔移动的方向执行相应的操作指令，通过移动的距离来控制操作指令的操作程度。例如，用户通过显示设备13玩竞技类游戏时，可以通过加速度传感器17和陀螺仪18确定的头盔移动的方向，来控制游戏中的人物的移动方向，可以以头盔的左右移动表示游戏中人物的左右移动，头盔移动的程度可以表示游戏中人物的移动的程度，一方面促进了用户的头部运动，另一方面，增加了用户锻炼的乐趣。

更进一步地，本发明实施例提供的上述智能健身系统中，显示设备13为虚拟现实(Virtual Reality，VR)显示设备13或增强现实(Augmented Reality，AR)显示设备13。

上述显示设备13为VR或AR显示设备13时，上述处理器131可以为VR或AR视屏处理器131，显示模组132可以采用分辨率为4k的显示模组132。

VR和AR显示设备13使用户具有身临其境的感觉，将虚拟现实技术、增强现实技术、游戏设计以及健身设备相结合，可以进一步增加健身系统的功能，使用户可以足不出户就可以在一个虚拟环境中体验室外骑行运动，而且可以让用户在锻炼的同时与虚拟场景中的人物比赛，或可以通过网络与其他用户进行比赛，既可以让人们轻松体验到户外运动的风采，也大大增加了智能健身系统的娱乐性和趣味性，同时也克服了普通网游容易上瘾伤身的弊端，能大幅度提高体育健身设备的科技含量和用户粘性。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述智能健身系统的控制方法，由于该控制方法解决问题的原理与上述智能健身系统相似，因此该控制方法的实施可以参见上述智能健身系统的实施，重复之处不再赘述。如图7所示，该控制方法包括：

S301、物理按键采集用户的操作指令，并将操作指令发送至控制器；

S302、控制器将操作指令发送至显示设备；

S303、显示设备根据操作指令，实现相应的操作并显示对应的画面。

本发明实施例提供了一种智能健身系统及其控制方法，通过在健身设备的把手对应于用户手指触碰位置固定多个物理按键，控制器可以根据各物理按键采集到的操作指令，控制显示设备实现相应的操作并显示对应的画面，使用户可以在运动过程中很方便地操作显示设备以实现相应的功能，而且增加了用户健身时的互动方式，增强了健身的娱乐性。此外，还可以在健身设备上设置多种数据采集器，该数据采集器可以包括心率采集器等采集器，对于健身车来说，还可以包括测速器等，丰富了智能健身系统的功能，增加了用户与健身设备的互动方式。此外，通过显示设备设置为VR或AR显示设备，可以使用户具有身临其境的体验，增加了用户锻炼的乐趣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。