一种运动预警方法及装置与流程
本发明属于安全监测技术领域，特别涉及一种运动预警方法及装置。
背景技术
随着生活水平的提高，人们的健康意识逐渐增强，除了追求饮食健康外，人们更喜欢通过运动来提高身体健康。然而在运动健身过程中，人体的肌肉在反复工作的情况下，容易发生肌肉疲劳，当人们在进行大强度的无氧运动时，肌肉的疲劳发生的较快，当人们进行小强度的有氧运动时，肌肉工作可以维持相当长的一段时间而不发生疲劳，由于每个人所做的运动项目不同，人们很难判断自身是否已经产生肌肉疲劳，并且，目前也没有可实时监测人们是否产生肌肉疲劳的手段，很多健身爱好者因无法了解自身肌肉疲劳情况，而持续进行高强度运动，容易造成运动性肌肉损伤，对身体造成伤害。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种运动预警方法及装置，可实时监测用户在运动过程中的肌肉状况，并在产生肌肉疲劳时发出预警，实现保护用户的运动安全的目的。
本发明提供的技术方案如下：
一种运动预警方法，包括以下步骤：
采集目标肌群的肌电信号；
当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
当所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息。
进一步地，所述当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时具体包括：
对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算所述肌电信号的功率谱的平均功率频率，得到所述平均功率频率随时间变化的曲线；
当所述平均功率频率随时间增加而出现下降时，开始计时；
当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时。
进一步地，所述当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时具体包括：
当所述平均功率频率下降的斜率值大于斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第二预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时；
当所述平均功率频率下降的斜率值小于所述斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第三预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时；所述第三预设阈值大于所述第二预设阈值。
进一步地，所述当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时具体包括：
对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算所述肌电信号的功率谱的中位频率，得到所述中位频率随时间变化的曲线；
当所述中位频率随时间增加而出现下降时，开始计时；
当所述中位频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时。
进一步地，还包括：
获取用户的个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据；
根据所述个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据计算得到用户的运动能量消耗值；
当所述运动能量消耗值大于第四预设阈值时，发出第二预警信号；所述第一预警信号和所述第二预警信息的预警方式为语言提示、灯光提示和振动提示中的任意一种或多种。
本发明还提供一种运动预警装置，包括：肌电传感器、处理器和第一预警器，所述肌电传感器和所述第一预警器分别与所述处理器连接；
所述肌电传感器，用于采集目标肌群的肌电信号；
所述处理器，用于根据采集到的所述肌电信号判断所述目标肌群是否产生肌肉疲劳，当所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；并用于判断所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间是否大于第一预设阈值；
所述第一预警器，用于当所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息。
进一步地，所述处理器包括：
处理单元，用于对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算单元，用于计算所述肌电信号的功率谱的平均功率频率，得到所述平均功率频率随时间变化的曲线；
计时单元，用于当所述平均功率频率随时间增加而出现下降时，开始计时；还用于当判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
判定单元，用于当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳。
进一步地，所述判断单元还用于当所述平均功率频率下降的斜率值大于斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第二预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳；
所述判断单元还用于当所述平均功率频率下降的斜率值小于所述斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第三预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，所述第三预设阈值大于所述第二预设阈值。
进一步地，所述处理器包括：
处理单元，用于对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算单元，用于计算所述肌电信号的功率谱的中位频率，得到所述中位频率随时间变化的曲线；
计时单元，用于当所述中位频率随时间增加而出现下降时，开始计时；还用于当判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
判定单元，用于当所述中位频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳。
进一步地，还包括信息采集器和第二预警器；所述信息采集器和第二预警器分别与所述处理器连接；
所述信息采集器，用于获取用户的个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据；
所述处理器还用于根据所述个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据计算得到用户的运动能量消耗值；以及用于判断所述运动能量消耗值是否大于第四预设阈值；
所述第二预警器，用于当所述运动能量消耗值大于第四预设阈值时，发出第二预警信号；所述第一预警器和第二预警器为声音播放器、灯光提示器和振动器中的任意一种或多种。
通过本发明提供的一种运动预警方法及装置，能够带来以下至少一种有益效果：
1、本发明通过采集目标肌群的肌电信号，然后根据肌电信息判断目标肌群是否处于肌肉疲劳状态，当目标肌群的肌肉疲劳状态持续的时间大于预设阈值时，发出预警信息，本发明可实时监测用户在运动过程中的肌肉状态，避免因长时间肌肉疲劳，而造成肌肉损伤，从而达到保护用户的运动安全的目的。
2、本发明通过根据平均功率频率下降的斜率值来设定不同的肌肉疲劳的判定条件，在剧烈运动时，肌肉疲劳持续较短的时间即发出预警信息，更符合实际运动情况，做到真正的保护用户的运动安全。
3、本发明通过计算用户的运动能量消耗值，当运动能量消耗值大于预设阈值时，发出预警信息，通过双重监测，更能保护用户的运动安全，提高用户的使用体验。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种运动预警方法及装置的上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种运动预警方法的实施例一的流程示意图；
图2是本发明一种运动预警方法的实施例二的流程示意图；
图3是本发明一种运动预警方法的实施例四的流程示意图；
图4是本发明一种运动预警方法的实施例五的流程示意图；
图5是本发明一种运动预警装置的实施例六的结构示意框图；
图6是本发明一种运动预警装置的实施例七的结构示意框图；
图7是本发明一种运动预警装置的实施例七的结构示意框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
根据本发明提供的第一实施例，如图1所示，
一种运动预警方法，包括以下步骤：
采集目标肌群的肌电信号；
当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
当所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息。
具体地，本实施例可应用于智能穿戴设备，如智能手环、智能手表等。预警装置上设置有肌电传感器、处理器和预警器，通过肌电传感器实时采集目标肌群的肌电信号，处理器根据采集到的肌电信号判断目标肌群是否产生肌肉疲劳，当判定目标肌群开始产生肌肉疲劳时，开始计时，当目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息，提醒用户不能再进行高强度运动，需要休息，以免目标肌群产生肌肉损伤，对用户的身体造成伤害。其中，第一预设阈值可根据用户的年龄和身体情况进行设定，如当用户为青年且身体比较壮硕时，可将第一预设阈值设置为半个小时或更长，当用户的年龄较大或有病史时，可将第一预设阈值设置为二十分钟或更短。本发明通过实时监测用户在运动过程中的肌肉状况，在实现运动健身的目的的同时，保护用户的运动安全。
根据本发明提供的第二实施例，如图2所示，所述当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时具体包括：
对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算所述肌电信号的功率谱的平均功率频率，得到所述平均功率频率随时间变化的曲线；
当所述平均功率频率随时间增加而出现下降时，开始计时；
当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时。
具体地，本实施例是上述第一实施例的优选实施例，本实施例先对采集到的肌电信号进行滤波处理，然后计算肌电信号的功率谱，再通过计算肌电信号功率谱的平均功率频率来判断肌肉是否产生疲劳。肌肉疲劳是肌肉在经过一段时间的持续收缩或反复收缩后不能继续保持运动所需或所预期的肌张力和肌肉收缩。并且肌肉产生疲劳时，乳酸等代谢物会在肌肉中堆积，肌电信号的传导速度会出现下降，此时，肌电信号的频谱曲线会发生不同程度的左移现象，导致肌电信号功率谱的平均功率频率出现下降，并且在肌肉发生疲劳的过程中，功率谱的平均功率频率呈单调下降趋势。肌电信号的功率谱的计算方法为先计算肌电信号序列x(n)的离散傅里叶变换，得到x(k)，然后再取其幅值的平方，并除以n，即得到肌电信号的功率谱。得到肌电信号的功率谱后在计算其平均功率频率(mpf)，平均功率频率(mpf)的计算公式为
根据本发明提供的第三实施例，所述当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时具体包括：
当所述平均功率频率下降的斜率值大于斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第二预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时；
当所述平均功率频率下降的斜率值小于所述斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第三预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时；所述第三预设阈值大于所述第二预设阈值。
具体地，本实施例是上述第二实施例的优选实施例。由于肌电信号功率谱的平均功率频率下降的斜率值代表肌肉的疲劳程度，即平均功率频率下降的斜率值越大，表示肌肉的疲劳程度越严重。并且，运动相同的时间，用户做剧烈运动的肌肉疲劳程度比做普通运动的肌肉疲劳程度严重。因此，本实施例通过根据平均功率频率下降的斜率值来设定不同的肌肉疲劳的判定条件，在剧烈运动时，肌肉疲劳持续较短的时间即发出预警信息，更符合实际运动情况，做到真正的保护用户的运动安全。例如，当平均功率频率下降的斜率值大于斜率预设阈值时，即用户快跑时，当目标肌群产生肌肉疲劳10分钟后，可能用户就需要休息了，不然就会导致肌肉损伤，而当平均功率频率下降的斜率值小于斜率预设阈值时，即用户慢跑时，可能目标肌群产生肌肉疲劳20分钟后，才需要休息，因此，通过根据平均功率频率下降的斜率值来设定不同的肌肉疲劳的判定条件，更符合实际运动情况。
根据本发明提供的第四实施例，如图3所示，所述当根据采集到的所述肌电信号判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时具体包括：
对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算所述肌电信号的功率谱的中位频率，得到所述中位频率随时间变化的曲线；
当所述中位频率随时间增加而出现下降时，开始计时；
当所述中位频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，并开始计时。
具体地，本实施例是上述第一实施例的优选实施例，本实施例是通过计算肌电信号功率谱的中位频率(mf)，然后当中位频率(mf)随时间增加下降时，开始计时，当中位频率下降的持续时间满足预设条件时，判定目标肌群产生肌肉疲劳，中位频率的计算公式为
根据本发明提供的第五实施例，如图4所示，还包括：
获取用户的个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据；
根据所述个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据计算得到用户的运动能量消耗值；
当所述运动能量消耗值大于第四预设阈值时，发出第二预警信号；所述第一预警信号和所述第二预警信息的预警方式为语言提示、灯光提示和振动提示中的任意一种或多种。
具体地，本实施例为上述第一、第二、第三和第四实施例的优选实施例。本发明在监测肌肉疲劳的基础上，还监测了用户的运动能量消耗值，当肌肉疲劳满足预警条件时，发出第一预警信息，当用户的运动能量消耗值满足预警条件时，发出第二预警信息。本发明通过双重监测，更能保护用户的运动安全，提高用户的使用体验。第一预警信息和第二预警信息可相同，也可不同，如当肌肉疲劳满足预警条件时，发出语音提示，当运动能量消耗值满足预警条件时，也发出语音提示，或既发出语音提示，也发出灯光提示。
本实施例中，用户的个人信息包括但不限于用户的性别、年龄、体重等信息。运动模式可以是运动项目，如：跑步、走路、瑜伽、骑行、跳绳等。当用户选择跑步模式时，获取的用户的运动状态数据，如运动距离、时间和速度等，然后根据用户的体重和运动距离计算用户的运动能量消耗值，当用户的运动能量消耗值满足预警条件时，发出预警信息，防止用户在运动过程中因过度运动，而影响用户的身体健康。
根据本发明提供的第六实施例，如图5所示，
一种运动预警装置，包括：肌电传感器100、处理器200和第一预警器300，所述肌电传感器100和所述第一预警器300分别与所述处理器200连接；
所述肌电传感器100，用于采集目标肌群的肌电信号；
所述处理器200，用于根据采集到的所述肌电信号判断所述目标肌群是否产生肌肉疲劳，当所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；并用于判断所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间是否大于第一预设阈值；
所述第一预警器300，用于当所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息。
本实施例中的各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
根据本发明提供的第七实施例，如图5、图6和图7所示，
一种运动预警装置，包括：肌电传感器100、处理器200和第一预警器300，所述肌电传感器100和所述第一预警器300分别与所述处理器连接；
所述肌电传感器100，用于采集目标肌群的肌电信号；
所述处理器200，用于根据采集到的所述肌电信号判断所述目标肌群是否产生肌肉疲劳，当所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；并用于判断所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间是否大于第一预设阈值；
所述第一预警器300，用于当所述目标肌群产生肌肉疲劳的持续时间大于第一预设阈值时，发出第一预警信息。
优选地，所述处理器200包括：
处理单元210，用于对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算单元220，用于计算所述肌电信号的功率谱的平均功率频率，得到所述平均功率频率随时间变化的曲线；
计时单元230，用于当所述平均功率频率随时间增加而出现下降时，开始计时；还用于当判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
判定单元240，用于当所述平均功率频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳。
优选地，所述判断单元还用于当所述平均功率频率下降的斜率值大于斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第二预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳；
所述判断单元还用于当所述平均功率频率下降的斜率值小于所述斜率预设阈值时，所述平均功率频率下降的持续时间大于第三预设阈值时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳，所述第三预设阈值大于所述第二预设阈值。
优选地，所述处理器200包括：
处理单元210，用于对采集到的所述肌电信号进行处理，得到所述肌电信号的功率谱；
计算单元220，用于计算所述肌电信号的功率谱的中位频率，得到所述中位频率随时间变化的曲线；
计时单元230，用于当所述中位频率随时间增加而出现下降时，开始计时；还用于当判定所述目标肌群产生肌肉疲劳时，开始计时；
判定单元240，用于当所述中位频率下降的持续时间满足预设条件时，判定所述目标肌群产生肌肉疲劳。
优选地，还包括信息采集器400和第二预警器500；所述信息采集器400和第二预警器500分别与所述处理器200连接；
所述信息采集器400，用于获取用户的个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据；
所述处理器200还用于根据所述个人信息、当前运动模式和当前运动模式下的运动状态数据计算得到用户的运动能量消耗值；以及用于判断所述运动能量消耗值是否大于第四预设阈值；
所述第二预警器500，用于当所述运动能量消耗值大于第四预设阈值时，发出第二预警信号；所述第一预警器和第二预警器为声音播放器、灯光提示器和振动器中的任意一种或多种。
本实施例中的各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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