一种基于运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统的制作方法

本发明涉及传感器技术，具体是一种基于运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统。

背景技术：

世界卫生组织(who)在其宪章中对健康作出如下定义：“健康不仅仅是没有疾病或不虚弱，而是身体的、精神的健康和社会适应良好的总称”由此可见，随着社会的进步，健康将日益受到人们的重视，同时人们也将对健康提出更高的要求和标准。从上述定义中，我们得知健康由三个方面的内容组成:在心理方面，健康是指精神健康，如无心理障碍，无精神疾病等；近年来，肥胖人群越来越多，其主要的原因是来自过高的热量摄取以及递减的身体活动，而身体活动是预防和治疗超重与肥胖的一项重要环节，更是预防与治疗心血管疾病相当重要的一项因素。走路是我们日常生活中可行性最高的一种生活方式，容易以一个较低强度的层级执行，可以视为时康复以及疾病预防的一项重要活动，并可消除身体多余的卡路里，减轻器官负担，有效达到身心健康的目的。

21世纪以来，我国社会经济文化的快速发展，使人们的生活方式发生了很大的改变，在日常生活中人们更加注重身体锻炼，各种各样的俱乐部、休闲健身娱乐中心越来越普遍。同时，国家和政府也更加重视体育的发展，新中国成立以来，在党中央、国务院的亲切关怀和正确领导下，在社会各界和全国人民的积极支持和广泛参与下，我国全民健身事业取得令人瞩目的成就，积累了宝贵经验。全民健身已家喻户晓、深入人心，为促进竞技体育和群众体育的协调发展，推动我国由体育大国向体育强国迈进奠定了良好基础。国务院在2011年2月15日印发《全民健身计划(2011-2015年)》的通知，里面强调了，要统筹规划，分类指导，逐步形成覆盖城乡比较健全的全民健身公共服务体系，不断满足人民群众日益增长的体育健身需求，努力提高全民族身体素质、健康水平和生活质量。

步行和慢跑作为全世界最受欢迎的健身运动项目，引领着大众的生活方式。相对于其它健身方式，跑步具有经济、有效、不受场地限制的优势，因而一直备受人们的青睐。跑步作为一种技术要求简单、无需特殊场地、服装和器械的一种强身健体的活动，但是不合理的运动强度有可能对我们的身体造成不可预知的危险，特别是特殊人群以及一些患病人群。据调查目前大量的流行病学研究已经证实，体力活动不足是健康的重要独立危险因素之一，体力活动不足与心血管疾病、2型糖尿病、结肠癌和其他一些重要疾病的发生密切相关。因此运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统对提高人们健康水平和预防慢性疾病的起到重要的作用。

为了让走、跑健身者更简便、准确的自我监控运动负荷，通过科学运动促进健康，但是在跑步时，对于缺少跑步经验的人，跑步会是一个痛苦、劳累、枯燥的过程，会出现呼吸困难、全身无力、腿部酸痛等很多身体反应，导致很多人在中途放弃锻炼。即使勉强坚持下来了，最后也是累的筋疲力尽，效果也不一定好。所以在跑步过程中及时的给与运动情况的提醒与指导促使人们更加科学健康愉快的运动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统，包括：

数据采集模块，用于收集跑步中的相关数据指标；

状态判定模块，利用数据采集模块采集到的数据，进行运动状态的判定；

个人信息模块：用于存储用户的基本信息，包括年龄、性别、疾病史、有无锻炼基础；

提醒内容生成模块：根据个人信息、运动状态、运动目的，生成相应的提示内容；

语音播放模块：根据提示内容生成模块进行语音播报；

训练目的设计模块：用于针对不同的训练需求提供不同的语音教导指南；

所述数据采集模块采集运动者的数据信息并传输给状态判定模块，状态判定模块还分别连接个人信息模块和提醒内容生成模块，提醒内容生成模块还分别连接个人信息模块、训练目的设计模块和语音播放模块。

作为本发明的进一步技术方案：所述相关数据指标包括心率、血氧、步频、呼吸频率、锻炼时间。

作为本发明的进一步技术方案：心律检测采用心律传感器。

作为本发明的进一步技术方案：步频检测采用重力传感器。

作为本发明的进一步技术方案：呼吸频率检测采用麦克风。

作为本发明的进一步技术方案：所述语音提醒模块采用扬声器实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以个性化跑步运动处方为主题，基于个人基本健康信息和跑步锻炼的目的模块，利用现有的第三方可穿戴设备在跑步运动中采集的相关生理数据，以跑步安全、有效、及时提醒鼓励为出发点，及时科学评价及监测提醒跑步者的运动状态，增强跑步者的运动科学性、趣味性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2为本发明的系统工作原理图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参阅图1-2；本发明实施例中，一种基于运动类传感器的跑步监测和语音提醒系统，包括：

数据采集模块，用于收集跑步中的相关数据指标；

状态判定模块，利用数据采集模块采集到的数据，进行运动状态的判定；

个人信息模块：用于存储用户的基本信息，包括年龄、性别、疾病史、有无锻炼基础；

提醒内容生成模块：根据个人信息、运动状态、运动目的，生成相应的提示内容；

语音播放模块：根据提示内容生成模块进行语音播报；

训练目的设计模块：用于针对不同的训练需求提供不同的语音教导指南；

所述数据采集模块采集运动者的数据信息并传输给状态判定模块，状态判定模块还分别连接个人信息模块和提醒内容生成模块，提醒内容生成模块还分别连接个人信息模块、训练目的设计模块和语音播放模块。

相关数据指标包括心率、血氧、步频、呼吸频率、锻炼时间。其中：心律检测采用心律传感器。步频检测采用重力传感器。呼吸频率检测采用麦克风。语音提醒模块采用扬声器实现

本发明的工作原理是：系统模块的构成

1)个人信息模块：

用户的基本信息，包括年龄、性别、疾病史、有无锻炼基础。

2)数据采集模块：

利用智能手表或心率带等监测设备的心率传感器、血氧传感器、薄膜压力传感器，收集跑步中的相关数据指标，包括：心率、血氧、步频、呼吸频率、锻炼时间。

3)训练目的设计模块：

不同的训练目的所对应的语音提示也不相同。比如减脂训练、普通健身、心肺锻炼、马拉松训练等不同的锻炼目的，在相同的锻炼阶段、相同的运动状态下，也可能有完全不同、甚至相反的语音提法。

减脂训练状态下的运动者运动强度应控制在hrmax的60％～70％左右，时间因人而异；健身目的的运动者运动强度可控制在hrmax的70％～80％；马拉松训练属于中等到大强度且时间较长的运动，因此强度可适当提高。

4)运动状态判定模块

利用数据采集模块采集到的数据，进行运动状态的判定。对一次跑步运动按照时间顺序进行划分阶段，包括热身阶段、初始阶段、运动阶段、结束阶段、拉伸阶段等。

(1)热身阶段

由5～10min的小到中等强度的有氧和肌肉耐力运动组成。此时运动强度应控制在60％的hrmax(最大心率)以下；血氧饱和度应在正常范围内，即动脉血血氧饱和度在95％～97％，静脉血血氧饱和度在75％；呼吸频率保持在16～18次/min。

公式：hrmax＝207-0.7*年龄(适用于所有年龄段和体适能水平的成年男女)

(2)运动阶段

即开始跑步阶段。根据不同的计划运动强度范围计算thr(靶心率)范围，运动过程中应保持在靶心率范围内，若超过范围应给予语音提示；血氧饱和度随运动强度的增加而降低，当动脉血氧饱和度下降至94％时，机体即将进入低氧状态，降至90％时，将易产生低氧血症，因此在血氧饱和度低至94％时给予降低运动速度语言提醒，低至90％时发出警告。

呼吸频率随运动时间的增加而上升，但由于呼吸频率因人而异，不方便计算，所以需要运动者主观上自行判断，在运动过程中明显感觉到呼吸急促，但是能够和他人正常讲话、交流，此时的运动强度适宜；如果上气不接下气，无法与他人进行正常交谈，说明运动强度过大。

公式：

a.计算hrr：hrr＝hrmax-hrrest

b.确定计划强度范围，以hrr％确定强度,％hrr＝强度*hrr

c.确定thr范围:thr＝％hrr+hrrest

运动中各状态情况：

a.稳定跑步状态：按照个人信息、心率、血氧、呼吸频率等，进行分析，各项指标均在正常范围内，此时的状态为稳定跑步状态。

b.疲劳状态：根据用户的心率、血氧浓度等，得知用户当前可能有疲劳现象。

c.呼吸困难状态：根据用户的呼吸频率、血氧浓度等，得知用户正在呼吸困难。

d.危险跑步状态：根据用户的心率值、血氧浓度等，得知用户已经达到个人所能承受的心率值，随时都有可能发生心脏骤停、猝死等，用户已经处于危险的跑步状态。

3)整理阶段

包括至少5～10min的小到中等强度的有氧和肌肉耐力运动，目的是使运动者得hr恢复到正常水平，同时消除机体运动时的代谢产物。当达到计划运动时间后，语音提示降低运动强度。

4)拉伸阶段

进行15～20min的肌肉拉伸运动，时间结束后语音提示。

5)提示内容生成模块：

根据个人信息、运动状态、运动目的等，会有相应的提示内容。

(1)热身准备阶段

1)规范指导

提醒用户做好各方面的跑步准备，比如先进行深呼吸，做好身体热身活动等。

2)激励指导

播放关于跑步的一些激励语言，发挥用户的潜力，在安全锻炼范围内，让用户坚持更长时间。

(2)跑步过程阶段

1)规范指导

提示用户均匀呼吸、保持均匀步频等；提示用户加快速度；提示用户放慢速度；

2)激励指导

时长播放比如“您已跑步4分钟”、“您已跑步20分钟”等。

3)状态播报

“您现在处于最佳的跑步状态，继续保持哦”

“您现在可能会很累，但是再坚持几分钟，您就会进入到稳定的跑步状态，加油”

“当前运动强度过大，请放慢脚步”；

“您当前过于劳累，请先步行一段时间，再根据语音要求跑步”

(3)跑步结束阶段

1)规范知道提醒用户降低速度至停止。

2)激励指导

“恭喜，您已顺序完成本次跑步训练，做的很好，继续努力”。

3)紧急情况指导

“不要马上停下来，继续散步5分钟”

(4)拉伸运动阶段

1)规范指导提醒用户做好拉伸、放松动作。

2)激励指导

“运动后的拉伸必不可少，请您进行拉伸运动”。

6)语音播放模块

单片机控制语音播放模块播放哪一阶段语音是根据数据采集器输入给单片机的数据进行播放的，每一阶段对应的数据在哪个范围，请写出来。

根据提示内容生成模块进行语音播报。具体的语音播放设备可基于第3方面硬件设备，比如智能手机、智能手表等。