健身穿戴装置及系统的制作方法

1.本发明涉及穿戴设备技术领域，尤其是涉及一种健身穿戴装置及系统。


背景技术：

2.目前，用于健身的穿戴设备主要测量用户的心率、体温、运动步数、距离、速度等参数，然而上述参数均无法反应健身时用户最本质的部位肌肉的特性。相关技术中提供了较为专业的肌电信号测试设备，在采集用户的原始肌电信号后，需要利用较为复杂的软件算法对原始肌电信号进行分析处理得出相应的分析结果，而且整套设备存在体积较大、成本较高的问题，不便于用户的日常穿戴。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种健身穿戴装置及系统，无需配置复杂的肌电信号分析算法，而且便于用户日常穿戴，还可以高效直观地为用户提供肌肉特性。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种健身穿戴装置，包括：控制器，以及与所述控制器电连接的信号处理组件和通信组件；其中，所述信号处理组件包括信号采集器件和信号处理电路；所述信号采集器件用于采集目标对象的肌电信号，并将所述肌电信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于接收所述肌电信号，并向所述控制器输出所述肌电信号对应的处理结果，所述处理结果用于表征所述目标对象的肌肉特性；所述通信组件用于建立所述控制器与外设终端的通信连接；所述控制器用于将所述处理结果发送至所述外设终端，以通过所述外设终端显示所述处理结果。
5.在一种实施方式中，所述健身穿戴装置还包括振动电机、振动电机控制电路和比较器电路，所述振动电机电与所述振动电机控制电路电连接，所述比较器电路分别与所述振动电机控制电路和所述信号处理电路电连接；其中，所述比较器电路用于接收所述信号处理电路输出的所述处理结果和所述控制器输出的dac输出电压，所述处理结果采用电压信号形式；所述比较器电路还用于在所述处理结果高于所述dac输出电压时，向所述振动电机控制电路发送电机控制指令；所述振动电机控制电路用于接收所述电机控制指令，并驱动所述振动电机振动。
6.在一种实施方式中，所述健身穿戴装置还包括振动电机电源控制电路，所述振动电机电源控制电路分别与所述控制器和所述振动电机控制电路电连接。
7.在一种实施方式中，所述健身穿戴装置还包括电源电路，所述电源电路用于为所述控制器、所述信号处理电路、所述通信组件供电。
8.在一种实施方式中，所述健身穿戴装置还包括与所述电源电路电连接的电池。
9.在一种实施方式中，健身穿戴装置还包括与所述电池电连接的充电电路，所述充电电路用于为所述电池充电。
10.在一种实施方式中，所述健身穿戴装置还包括电量电路，所述电量电路用于读取所述电池的剩余电量，并将所述剩余电量发送至所述控制器。
11.在一种实施方式中，所述信号采集器件包括电极片，所述通信组件包括蓝牙电路。
12.在一种实施方式中，所述信号处理电路包括依次连接的信号放大子电路、信号滤波子电路、信号整流子电路、信号反向子电路和信号积分子电路。
13.第二方面，本发明实施例还提供一种健身穿戴系统，包括：上述第一方面提供的任一项所述的健身穿戴装置，以及与所述健身穿戴装置电连接的外设终端。
14.本发明提供的一种健身穿戴装置及系统，包括：控制器，以及与控制器电连接的信号处理组件和通信组件；其中，信号处理组件包括信号采集器件和信号处理电路；信号采集器件用于采集目标对象的肌电信号，并将肌电信号发送至信号处理电路；信号处理电路用于接收肌电信号，并向控制器输出肌电信号对应的处理结果，处理结果用于表征目标对象的肌肉特性；通信组件用于建立控制器与外设终端的通信连接；控制器用于将处理结果发送至外设终端，以通过外设终端显示处理结果。上述健身穿戴装置通过信号处理电路等硬件电路对肌电信号进行处理，本发明实施例提供的健身穿戴设备具备处理速度快、响应实时，处理结果明确简单等优点，无需配置复杂的肌电信号分析算法处理肌电信号，便于用户日常穿戴。
15.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
18.图1为本发明实施例提供的一种健身穿戴设备的结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的另一种健身穿戴装置的结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的一种信号放大子电路的电路图；
21.图4为本发明实施例提供的一种信号滤波子电路的电路图；
22.图5为本发明实施例提供的一种信号整流子电路的电路图；
23.图6为本发明实施例提供的一种信号反向子电路的电路图；
24.图7为本发明实施例提供的一种信号积分子电路的电路；
25.图8为本发明实施例提供的一种处理器电路的电路图；
26.图9为本发明实施例提供的一种蓝牙电路的电路图；
27.图10为本发明实施例提供的一种比较器电路的电路图；
28.图11为本发明实施例提供的一种振动电机控制电路的电路图；
29.图12为本发明实施例提供的一种振动电机电源控制电路的电路图；
30.图13为本发明实施例提供的一种电源电路的电路图；
31.图14为本发明实施例提供的一种充电电路的电路图；
32.图15为本发明实施例提供的一种电量电路的电路图；
33.图16为本发明实施例提供的一种健身穿戴系统的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.目前，虽然市场上已经存在很多健身穿戴设备，但是其主要通过比较成熟的传感器和测量电路测量心率、体温、运动步数、运动距离和运动速度等，然而上述参数不能反映健身时最本质的部位肌肉的特性。而现有肌电信号测量设备，虽然可以反映肌肉特性，但是主要用于控制和身体监测，需要利用复杂的软件算法对原始肌电信号进行分析处理方可得到处理结果，其整体价格较贵且体积较大，不适合个人健身。还有部分肌电信号测量设备用于控制诸如机器人等外部设备，也无法用于个人健身。基于此，本发明实施例提供了一种健身穿戴装置及系统，无需配置复杂的肌电信号分析算法，而且便于用户日常穿戴，还可以高效直观地为用户提供肌肉特性。
36.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种健身穿戴装置进行详细介绍。
37.本发明提供了一种健身穿戴设备，该健身穿戴设备包括：控制器，以及与控制器电连接的信号处理组件和通信组件；其中，信号处理组件包括信号采集器件和信号处理电路；信号采集器件用于采集目标对象的肌电信号，并将肌电信号发送至信号处理电路；信号处理电路用于接收肌电信号，并向控制器输出肌电信号对应的处理结果，处理结果用于表征目标对象的肌肉特性；通信组件用于建立控制器与外设终端的通信连接；控制器用于将处理结果发送至外设终端，以通过外设终端显示处理结果。
38.为便于理解，图1示意出了一种健身穿戴设备的结构示意图，如图1所示，示意出了健身穿戴设备包括控制器110，以及与控制器110电连接的信号处理组件120和通信组件130。
39.信号处理组件120包括信号采集器件1和信号处理电路2，其中，信号采集器件1用于采集目标对象的肌电信号，并将肌电信号发送至信号处理电路2。其中，目标对象也即用户，在一种实施方式中，信号采集器件1可以采用电极片，电极片的数量可以为多个，通过将电极片固定在用户的肌肉处，即可通过电极片采集到用户的肌电信号。信号处理电路2用于接收肌电信号，并向控制器110输出肌电信号对应的处理结果，处理结果用于表征目标对象的肌肉特性。在一种实施方式中，信号处理电路2可以对肌电信号进行放大处理、滤波处理、整流处理、反向处理和积分处理等，即可得到相应的处理结果。示例性的，若用户在穿戴本发明实施例提供的健身穿戴装置时运动，即可通过信号采集器件1采集用户运动时的肌电信号，并通过信号处理电路对采集到的肌电信号进行处理，即可得到相应的处理结果，从而通过该处理结果表征用户运动时的肌肉特性。
40.通信组件130用于建立控制器与外设终端的通信连接。在一种实施方式中，通信组件可以包括蓝牙电路，也可以包括其他可实现无线连接的电路，具体可基于实际需求设置
所需的通信组件。
41.控制器110用于将处理结果发送至外设终端，以通过外设终端显示处理结果。其中，控制110包括处理器电路，外设终端可以为用户的手机、个人电脑、平板电脑、智能手表等。在一种实施方式中，控制器与外设终端通过蓝牙连接后，即可将处理结果实时发送至外设终端，用户即可通过外设终端获知当前的肌肉特性。
42.本发明实施例提供的上述健身穿戴装置通过信号处理电路等硬件电路对肌电信号进行处理，本发明实施例提供的健身穿戴设备具备处理速度快、响应实时，处理结果明确简单等优点，无需配置复杂的肌电信号分析算法处理肌电信号，便于用户日常穿戴。
43.在一种实施方式中，健身穿戴装置包括电极片、信号处理电路、处理器电路、蓝牙电路、振动电机、振动电机控制电路、电源电路、电池、充电电路、电量电路振动电机电源控制电路和比较器电路。为便于对上述实施例提供的健身穿戴装置进行理解，本发明实施例提供了一种健身穿戴装置的具体结构，参见图2所示的另一种健身穿戴装置的结构示意图，健身穿戴装置包括电极片(图中未示出)、信号处理电路2、处理器电路3、蓝牙电路4、振动电机(图中未示出)、振动电机控制电路5、电源电路6、电池7、充电电路8、电量电路9、振动电机电源控制电路10、比较器电路11。
44.在一种实施方式中，信号处理电路2分别与电极片和比较器电路11电连接，比较器电路11与处理器电路3和振动电机控制电路5电连接，处理器电路3还与蓝牙电路4、电量电路9、振动电机电源控制电路10和比较器电路11电连接，振动电机控制电路5还与振动电机和振动电机电源控制电路10电连接，电源电路6与信号处理电路2、处理器电路3、蓝牙电路4、电池7、振动电机电源控制电路10和比较器电路11电连接，电池7还与充电电路8和电量电路9电连接。图2中箭头方向可以理解为信号传输方向或电能传输方向，其中，蓝牙电路4和处理器电路3之间有通信交互所以标注双向箭头。
45.可选的，电极片可以包括金属电极片或者普通无纺布电极片，从而通过电极片富集肌电信号。
46.可选的，信号处理电路2包括依次连接的信号放大子电路、信号滤波子电路、信号整流子电路、信号反向子电路和信号积分子电路。在实际应用中，由于采集到的肌电信号为无规律信号，因此需要上述子电路对肌电信号进行处理以得到处理结果。其中，信号放大子电路用于对肌电信号进行放大处理，诸如图3所示的一种信号放大子电路的电路图；信号滤波子电路用于对放大后的肌电信号进行滤波处理，诸如图4所示的一种信号滤波子电路的电路图，信号整流子电路用于对滤波后的肌电信号进行整流处理，诸如图5所示的一种信号整流子电路的电路图；信号反向子电路用于对整流后的肌电信号进行反向处理，诸如图6所示的一种信号反向子电路的电路图；信号积分子电路用于对反向后的肌电信号进行积分处理，诸如图7所示的一种信号积分子电路的电路，即可得到肌电信号对应的处理结果。请继续参见图3至图7，信号放大子电路中u3芯片的vs+引脚和vs-引脚均与信号滤波子电路、信号整流子电路、信号反向子电路和信号积分子电路连接，信号放大子电路中u3芯片的vout引脚还与信号滤波子电路中r5连接，信号滤波子电路中u4芯片的vout引脚与信号整流子电路的电容c25连接，信号整流子电路中u13芯片的vout引脚与信号反向子电路的电阻r23连接，信号反向子电路中u15芯片的vout引脚与信号积分子电路中电阻r20连接，具体连接方式可参见图3至图7所示，本发明实施例在此不进行赘述。
47.可选的，处理器电路3用于接收信号处理电路2发送的处理结果，并通过蓝牙电路4将处理结果发送至外设终端。示例性的，本发明实施例提供了如图8所示的一种处理器电路的电路图，处理器电路包括处理芯片u7，处理芯片u7的各引脚的连接方式可参见图8。
48.可选的，蓝牙电路4用于建立处理器电路3与外设终端的通信连接。示例性的，本发明实施例提供了如图9所示的一种蓝牙电路的电路图，蓝牙电路包括蓝牙芯片u8，蓝牙芯片u8的各引脚的连接方式可参见图9，例如，蓝牙芯片u8的p00引脚与处理芯片u7的pb1引脚连接，蓝牙芯片u8的p04引脚与处理芯片u7的pa10引脚连接，蓝牙芯片u8的p05引脚与处理芯片u7的pa9引脚连接，蓝牙芯片u8的p06引脚与处理芯片u7的p b2引脚连接。
49.可选的，比较器电路11用于接收信号处理电路2输出的处理结果和处理器电路3输出的dac输出电压，处理结果采用电压信号形式。另外，比较器电路11还用于在处理结果高于dac输出电压时，向振动电机控制电路5发送电机控制指令；振动电机控制电路5用于接收电机控制指令，并驱动振动电机振动；在肌电信号低于dac输出电压时，振动电机控制电路5不会驱动振动电机振动。
50.在实际应用中，处理器电路3的pa4引脚输出的dac电压信号给比较器电路11，信号处理电路2输出的处理结果(也即电压信号)也输出到比较器电路11，示例性的，本发明实施例提供了如图10所示的一种比较器电路的电路图，图10中ad4信号是信号处理电路2输出信号，dac信号是处理器3的pa4引脚输出信号，两个信号比较后输出高低电平信号决定振动电机是停止还是工作，该高低电平信号也即图10中所示的pin2信号。另外，本发明实施例还提供了如图11所述的一种振动电机控制电路的电路图，振动电机控制电路6包括图11所示的(a)和(b)两个子电路，两个子电路的连接关系如图11所示，从而通过连接后的两个子电路共同驱动振动电机震动。
51.可选的，振动电机电源控制电路10输出的电源给振动电机控制电路5，为振动电机控制电路5提供运行所需电源。示例性的，本发明实施例还提供了如图12所示的一种振动电机电源控制电路的电路图，其中，处理器电路3的pb3引脚用于控制振动电机的电源接通还是断开。
52.可选的，电源电路6用于为处理器电路3、信号处理电路2、蓝牙电路4供电。另外，电源电路6输出的电源还提供给振动电机电源控制电路10，处理器电路3发出控制信号控制振动电机电源控制电路10是否接通振动电机的电源。示例性的，本发明实施例提供了如图13所述的一种电源电路的电路图，电源电路包括芯片u2，芯片u2的cfly-引脚经电容c7连接至cfly+引脚，芯片u2的gnd引脚接地，芯片u2的vin引脚经电容c6接地，芯片u2的vout引脚经电容c5接地，同时vin引脚和vout引脚均连接至振动电机控制电路5。
53.可选的，电池7与电源电路电连接，电池7用于为电源电路6供电。在一种可选的实施方式中，电池7可以采用锂电池。
54.可选的，充电电路8与电池7电连接，充电电路8用于为电池7充电。示例性的，本发明实施例提供了如图14所述的一种充电电路的电路图，充电电路8的电路结构可参见图14，本发明实施例在此不再赘述。
55.可选的，电量电路9用于读取电池7的剩余电量，并将剩余电量发送至处理器电路3。在一种实施方式中，当电池7的剩余电量低于预设电量时，处理器电路3可以将电量过低警告发送至外设终端，通过外设终端提醒用户对健身穿戴装置进行充电。示例性的，本发明
实施例提供了如图15所述的一种电量电路的电路图，电量电路9的电路结构可参见图15，本发明实施例在此不再赘述。
56.综上所述，本发明实施例提供了一种信号处理电路2的新用法，本发明实施例通过对硬件电路进行设计，从而达到替代采用软件算法处理肌电信号的目的，本发明实施例提供的健身穿戴设备可以达到与软件算法相似的效果，但是算法处理的缺点在于需要采集多点数据分析，分析结果需要时间，容易出现延迟，而本发明实施例无需配置复杂的肌电信号分析算法处理肌电信号，通过信号处理电路2可以达到处理速度快、响应实时，处理结果明确简单等优点。
57.此外，本发明提供的健身穿戴装置还具备以下特点：
58.(1)可以通过信号处理电路2降低因为皮肤和电极之间的阻抗变化引起的噪声，从而显著提高处理结果的准确程度。
59.(2)当用户穿戴本发明实施例提供的健身穿戴装置进行运动时，可以针对个人提供具体明确的肌电信号的处理结果，从而直观地为用户展示肌肉训练的效果。
60.对于前述实施例提供的健身穿戴装置，本发明实施例提供了一种健身穿戴系统，参见图16所示的一种健身穿戴系统的结构示意图，该健身穿戴系统包括前述实施例提供的健身穿戴装置100，以及与健身穿戴装置100电连接的外设终端200。在一种实施方式中，健身穿戴装置100用于采集目标对象的肌电信号并对其进行处理得到处理结果，外设终端200用于展示该处理结果。
61.本发明实施例提供的上述健身穿戴系统，包括前述实施例提供的健身穿戴设备和外设终端，健身穿戴装置通过信号处理电路等硬件电路对肌电信号进行处理，本发明实施例提供的健身穿戴设备具备处理速度快、响应实时，处理结果明确简单等优点，无需配置复杂的肌电信号分析算法处理肌电信号，便于用户日常穿戴。
62.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的健身穿戴系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
63.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。