一种智能化跑步机的制作方法

本实用新型涉及一种智能化跑步机，具体涉及一种具有人机交互功能的新型智能化跑步机，属于运动健身设备技术领域。

背景技术：

跑步锻炼是人们最常用的一种身体锻炼方式。长期坚持跑步锻炼能够加强人的心肺功能，保持人的肌肉和骨骼的健康。而跑步机作为家庭及健身房常备的器材，使人们彻底摆脱了天气、环境的影响，可以在室内完成每天的跑步锻炼。

从诞生至今，跑步机经历了一代又一代的更新变革，其性能和外观都得到了很大的改变。然而传统的跑步机仍然无法改变其运动模式单调乏味的特性，尤其是室内运动的场景单一无聊，人们在坚持一段时间后容易放弃，并不能达到长期锻炼的目的。同时，跑步机在使用前都需要先设置好跑步速度，再启动跑步机，使用者跟着跑步机的设定速度跑步。当使用者想要改变跑步速度时，需要先修改跑步机设置，跑步机速度改变，使用者才能根据跑步机的速度改变自己的跑步速度，使用操作不便。

经检索查新，现有技术中，2015年王燕军申请的公开号为CN201510489778的名称为“一种实时交互跑步机”的实用新型专利中，公开了一种智能跑步机，跑步机本体部分将俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分连接在一起。使用者在使用跑步机的过程中，可以对跑步机的俯仰角度、转弯角度和跑步带速度进行不断调整，主控制部分会根据用户当前设置的虚拟路况信息改变画面中使用者的姿态、行进效果和行进速度。虽然这种方法会增加一些跑步中的趣味，但是使用者需要在跑步过程中对跑步机设置不断进行调整，操作不便，人机交互性并不高。

经检索查新，现有技术中，2016年白天宇申请的公开号为CN201610933217.7的名称为“一种跑步器械的探测识别与防摔电子控制”的实用新型专利中，公开了一种利用超声波距离传感器实时检测人体在跑步机上的位置，并利用安装在脚踏板部位的振动传感器检测跑步带运行速度和运动状态，从而自动调整跑步机转速的方法。但人体在跑步过程中上身摆动较大，人的跑步习惯也不相同，超声传感器难以实时检测人体与传感器之间的距离，且速度检测模块检测过程过于繁琐。

经检索查新，现有技术中，2016年顾新锋等申请的公开号为201610137336.1的实用新型专利中，公开了一种跑步机视频播放同步播放控制系统，旨在实现电脑视频播放速度与跑步机履带前进速度的同步，包括跑步机、速度测量传感器，信号采集、速度计算模块，数据发送模块，数据接收模块，视频播放控制模块和视频播放器组成。采用磁感应开关作为速度测量模块，利用单片机进行数据的采集、并计算跑步机履带前进的速度，并将跑步机的速度通过数据发送模块和数据接收模块发送给视频播放器控制模块，视频播放器控制模块根据跑步机的速度控制视频播放器的视频播放速度，实现视频播放速度随着跑步机速度变化而同步改变。但是该实用新型只是通过比较跑步机履带前进的速度V和播放器的播放速率Vb，使播放器播放速率提高或降低0.1倍，在一定程度上增强了用户和跑步机之间的人机交互性，但并不能完全做到人体跑步速度和跑步场景播放速度的完全同步，也无法量化用户跑步过程中的运动量和运动信息。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种增加弧面显示器，并能自动检测、调节跑步速度的新型智能化跑步机。

本实用新型的技术方案如下：

一种智能化跑步机，包括基座和跑步带，跑步带两端通过前轴、后轴与基座相连，基座上连接设有桌面，桌面上设有显示器，桌面一端设有扶手，扶手上设有光电传感器；基座上还设有控制模块盒和电机，电机带动前轴、后轴转动，进而控制跑步带的速度，前轴端头的轴向表面设有磁铁，基座上设有霍尔传感器，霍尔传感器、显示器、电机、光电传感器均与控制模块盒相连。

跑步时，前轴、后轴、跑步带同向转动，光电传感器感知跑步者位置，将反馈信号传输至控制模块盒，由控制模块盒控制跑步带速度。同时，霍尔传感器感知磁场变化，将感知信号反馈至控制模块盒，由控制模块盒控制显示器中画面播放速度。

根据本实用新型优选的，光电传感器包括光电传感器一和光电传感器二，光电传感器一设于扶手中部，光电传感器二设于扶手末端。光电传感器安装位置和人体腰部位置平齐。光电传感器检测到使用者处于跑步带的前端时，此时使用者跑步速度大于跑步带速度，单片机控制电机转速加快，使用者回到跑步带中间；光电传感器检测到使用者处于跑步带的后端时，此时使用者跑步速度小于跑步带速度，单片机控制电机转速降低，使用者回到跑步带中间。

根据本实用新型优选的，显示器为弧面显示器。使得界面显示更加立体，提高交互体验。弧面显示器上主要播放运动场景画面，运动场景画面的播放速度和使用者当前的运动速度一致。使用者跑步速度越快，运动场景画面播放越快；使用者跑步速度越慢，运动场景画面播放越慢；当使用者停止跑步时，运动场景画面停止播放。跑步机播放的运动画面可以是用户事先录好，导入到跑步机，并输入跑步时长和跑步路程后由系统自动处理生成的。也可以是用户利用跑步机的互联网功能，从数据库里下载的他人所分享的运动场景画面。也可以是跑步机开发者三维建模生成的动画场景。同时，在显示器的上端，显示出当前跑步速度，跑步时长，跑步路程等信息。

根据本实用新型优选的，前轴端头轴向表面的磁铁数量为四个，绕前轴端头圆周等分。磁铁与霍尔传感器形成速度自动检测部分，霍尔传感器检测到前轴当前转速，输入到控制模块盒，控制模块盒控制显示器中画面播放速度，四个磁铁在同一圆周上均布排列，这四个磁铁可提高速度检测模块的灵敏度和检测的实时性，能够获取更为精确的速度变化信息。

根据本实用新型优选的，控制模块盒内包括信号放大器、STC89C52单片机、MAX232电平转换芯片、PCF8951D/A数字模拟信号转换器和恒压源；霍尔传感器通过信号放大器与STC89C52单片机相连，STC89C52单片机通过MAX232电平转换芯片与显示器相连，STC89C52单片机通过PCF8951D/A数字模拟信号转换器和恒压源与电机相连。控制模块的功能主要包含控制功能、信息传输功能和互联网功能。霍尔传感器将接收到的信号，经过信号放大器进行放大，再经过波形变换与整形，输入到STC89C52单片机，单片机对信号进行处理后，信号输出到MAX232电平转换芯片，控制显示器中运动画面的播放速度。同时，单片机接收到光电传感器的信号，并输出到PCF8951数字模拟信号转换器，再输出到恒压源，控制电机的转速大小。

根据本实用新型优选的，所述智能化跑步机还包括VR头盔，VR头盔通过数据线与显示器连接。戴上VR头盔的用户在跑步过程中，单片机将显示器中的画面通过数据线实时传输到VR头盔，引导用户产生一种身临其境的感觉，不仅可以丰富锻炼过程，还可以取得更好的锻炼效果。

利用上述智能化跑步机的工作时，包括步骤如下：

(1)使用者在使用跑步机进行运动锻炼前，在显示器上设置好跑步速度范围，所述跑步速度范围包括最高跑步速度和最低跑步速度，或直接选取系统默认跑步速度范围；除了速度，优选的，使用者还可以选择、设置运动场景，运动场景为跑步机系统自带或用户导入；

(2)单片机控制电机缓慢加速至跑步带达到最低跑步速度，此时，人的跑步速度随着跑步带提升，显示器运动画面开始播放，运动画面播放速度和当前跑步速度一致；

(3)跑步过程中，光电传感器实时检测，当光电传感器二接收到反馈信号、光电传感器一未接收到反馈信号，代表使用者跑步速度不变，使用者的跑步速度和跑步带的速度相等，人处于跑步带的中部，此时两个光电传感器的信号传输到模块控制盒，模块控制盒控制电机转速不变；同时，前轴转动带动前轴上磁铁转动，霍尔传感器检测到磁场变化，将信号输入到模块控制盒，模块控制盒处理信息获取当前跑步速度，控制显示器上运动场景播放速度不变，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在显示器上；

当光电传感器二接收到反馈信号，光电传感器一也接收到反馈信号；或者光电传感器二未接收到反馈信号，光电传感器一接收到反馈信号，代表使用者开始提速，使用者的跑步速度大于跑步带的当前速度，人处于跑步带的前端，此时两个光电传感器的信号传输到模块控制盒，模块控制盒控制电机转速缓慢升高，跑步带速度亦缓慢提高，最高达到初始设定的最高跑步速度。同时，霍尔传感器检测到磁场变化，将信号输入到模块控制盒，模块控制盒处理信息获取当前跑步速度，控制显示器上运动场景播放速度加快，直到与当前跑步速度一致，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在显示器上；

当光电传感器二未接收到反馈信号，光电传感器一也未接收到反馈信号，代表使用者开始减速，使用者的跑步速度小于跑步带的当前速度，人处于跑步带的后端，此时两个光电传感器的信号传输到模块控制盒，模块控制盒控制电机转速降低，跑步带速度亦缓慢降低，最低至初始设定的最低跑步速度。同时，霍尔传感器检测到磁场变化，将信号输入到模块控制盒，模块控制盒处理信息获取当前跑步速度，控制显示器上运动场景播放速度减慢，直到与当前跑步速度一致，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在显示器上。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的跑步机操作方便，人机交互性强，当使用者跑步速度改变后，跑步机速度自动随之改变，显示器运动场景画面播放速度亦改变。使用者在使用跑步机跑步的过程中，可以欣赏到不同的路边风景，趣味性大大增加，利于使用者长期坚持进行运动锻炼。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的前轴端头结构示意图。

图3是本实用新型的扶手结构示意图。

图4是本实用新型的控制模块盒内外的连接框图。

其中，1.弧面显示器，2.桌面，3.扶手，4.控制模块盒，5.电机，6.基座，7.前轴，8.后轴，9.跑步带，10.霍尔传感器，11.磁铁，12.光电传感器一，13.光电传感器二。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

参考图1、图2和图3，为本实用新型装置的结构示意图。

一种智能化跑步机，包括基座6和跑步带9，跑步带两端通过前轴7、后轴8与基座6相连，基座6上连接设有桌面2，桌面2上设有弧面显示器1，桌面2一端设有扶手3，扶手3上设有光电传感器一12和光电传感器二13，光电传感器一设于扶手中部，光电传感器二设于扶手末端；基座上还设有控制模块盒4和电机5，控制模块盒4控制电机5的转动和转速，电机带动前轴、后轴转动，进而控制跑步带的速度，前轴端头的轴向表面设有磁铁11，基座上设有霍尔传感器10，霍尔传感器10位于前轴端头附近，霍尔传感器、显示器、电机、光电传感器均与控制模块盒相连。

参考图4，为本实用新型装置的控制模块盒内外的连接框图，图中控制模块盒内的元器件为现有器件。跑步机前轴7转动带动前轴7上磁铁11转动，霍尔传感器10接收到磁场变化信息，并将信息通过控制模块盒4中的信号放大器放大和波形变换与整形，输出到STC89C52单片机。单片机对信号进行处理后，信号输出到MAX232电平转换芯片，控制弧面显示器1中运动画面的播放速度。同时，单片机接收到光电传感器的信号，并输出到PCF8951数字模拟信号转换器，再输出到恒压源，控制电机5的转速。同时，使用者也可以在弧面显示器1上对跑步机进行设置，信息通过MAX232电平转换芯片到STC89C52单片机，最终控制电机5的转动和转速。

使用者在使用跑步机进行运动锻炼前，需要在弧面显示器1上选好自己所喜欢的运动场景。运动场景可以是使用者自己录制并上传到系统的，也可以是使用者利用系统的互联网功能从数据库里下载的他人所分享的运动场景画面。设置好运动场景和跑步速度范围后，单片机控制电机5缓慢加速至跑步带速度达到最低跑步速度。此时，人的跑步速度随着跑步带9提升，显示器1运动画面开始播放，运动画面播放速度和当前跑步速度一致。

当使用者跑步速度不变时，使用者的跑步速度和跑步带9的速度相等，人处于跑步带的中部。光电传感器二13接收到反馈信号，光电传感器一12未接收到反馈信号，信号传输到单片机，单片机控制电机5转速不变。同时，前轴7转动带动前轴7上磁铁11转动，霍尔传感器10检测到磁场变化，将信号输入到单片机，单片机处理信息获取当前跑步速度，控制弧面显示器1上运动场景播放速度不变，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在弧面显示器1上。

当使用者开始提速时，使用者的跑步速度大于跑步带9的当前速度，人处于跑步带的前端。此时可能有两种情况：光电传感器二13接收到反馈信号，光电传感器一12接收到反馈信号；或者光电传感器二13未接收到反馈信号，光电传感器一12接收到反馈信号，信号传输到单片机，单片机控制电机5转速升高，跑步带9速度亦缓慢提高，最高达到初始设定最高跑步速度。同时，霍尔传感器10检测到磁场变化，将信号输入到单片机，单片机处理信息获取当前跑步速度，控制弧面显示器1上运动场景播放速度加快，直到与当前跑步速度一致，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在弧面显示器1上。

当使用者开始减速时，使用者的跑步速度小于跑步带9的当前速度，人处于跑步带的后端。此时光电传感器二13未接收到反馈信号，光电传感器一12未接收到反馈信号，信号传输到单片机，单片机控制电机5转速降低，跑步带9速度亦缓慢降低，最低至初始设定最低跑步速度。同时，霍尔传感器10检测到磁场变化，将信号输入到单片机，单片机处理信息获取当前跑步速度，控制弧面显示器1上运动场景播放速度减慢，直到与当前跑步速度一致，并将当前跑步信息如跑步速度、跑步路程等输出显示在弧面显示器1上。

实施例2：

一种智能化跑步机，其结构如实施例1所述，所不同的是，磁铁的数量为4个，绕前轴端头圆周等分。磁铁与霍尔传感器形成速度自动检测部分，霍尔传感器检测到前轴当前转速，输入到控制模块盒，控制模块盒控制显示器中画面播放速度，四个磁铁在同一圆周上均布排列，这四个磁铁可提高速度检测模块的灵敏度和检测的实时性，能够获取更为精确的速度变化信息。

实施例3：

一种智能化跑步机，其结构和工作方式如实施例1所述，参考图1-图4，所不同的是，关于运动场景，跑步机开发者利用三维建模平台，对运动场景画面进行三维建模。三维建模所生成的场景画面可以有很多不同类型，可以是动画模型，也可以是开发者天马行空设计的魔幻空间、未来太空城市。

使用者在使用跑步机进行运动锻炼前，需要在显示器上选择自己所喜欢的三维运动场景，并可以在选定的三维运动场景上选择自己喜欢的跑步路线，系统将自动生成整条跑步线路的跑步场景画面，用于使用者在跑步时在显示器上播放。其余过程同实施例一。

实施例4：

一种智能化跑步机，其结构和工作方式如实施例1所述，参考图1-图4，所不同的是，还设置有VR头盔，可在该跑步机系统中增加VR头盔，VR头盔通过数据线与显示器连接。戴上VR头盔的用户在跑步过程中，单片机将显示器中的画面通过数据线实时传输到VR头盔，引导用户产生一种身临其境的感觉，不仅可以丰富锻炼过程，还可以取得更好的锻炼效果。

使用者在使用跑步机进行运动锻炼前，需要在显示器上选择自己所喜欢的运动场景。选定运动场景后，使用者带上VR头盔，跑步带开始转动，VR头盔中开始播放运动场景画面。其余过程同实施例一。