一种智能跑步机的制作方法

本实用新型涉及一种健身器材及工作方法，具体的是能通过心率识别进行身份认证、对健康及运动数据进行采集分析的智能跑步机及控制方法。

背景技术：

健康是每个人都关注的问题，适当的运动有利于身体健康。但由于外部环境及区域的限制，很多人会选择在健身房或家里使用健身器械如跑步机等。市面上跑步机大多只能显示单一的信息，例如跑步时间等，单次使用也仅能得到使用者单次数据，无法长时间保存数据，更无法对数据进行长期的数据记录保存和进一步数据综合分析。特别在多人使用的情况下，想要区分不同使用者的信息并且传输到终端中进行存储和分析，目前的跑步机并没有提供安全便捷的识别功能。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的跑步机记录数据单一且无法长时间保存并进行分析处理，更不能有效对多人数据进行有效的识别、存储、分析的缺陷，本实用新型提供一种智能跑步机、跑步机的控制方法和心率测算方法，能通过心率识别用户信息，测量用户的心率、运动时间，将数据通过无线传输到移动端后，可直接在移动端即可查看体征参数、历史数据、体征参数的变化趋势、运动数据，计算运动所消耗的能量，更好地检测和控制自己及家人的体重及健康情况。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种智能跑步机、跑步机的控制方法和心率测算方法，具体方案如下。

一种智能跑步机，包括：跑步机主体、心率识别单元、跑步机电机驱动板、无线传输模块、跑步机数据管理系统。所述的心率识别单元安装在跑步机主体上；所述的无线传输模块通过有线方式与跑步机电机驱动板连接、通过无线方式与所述的跑步机数据管理系统连接；所述的无线传输模块与所述的心率识别单元通过有线方式连接；所述的跑步机数据管理系统是指安装在云端服务器的数据接收、分析、反馈系统。

所述的心率识别单元包含PPG传感器，PPG(Photoplethysmography，光电容积脉搏波描记法)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。当一定波长的光束照射到皮肤表面时，光速将通过透射式或反射的方式传送到传感器，在此过程中，由于受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱，其中皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏的作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时，外围血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，外围血管血容量最少，检测到的光强度最大，使光电接收器检测到的光强度随之呈脉动式变化。将此光强度变化的信号转换成电信号，便可以获得容积脉搏血流的变化，心率可以通过对电信号的节律、周期、振幅分析计算得到。最后，系统可以根据数据完成对用户身份的识别。

具体地，在跑步机主体两侧有横杆，心率识别单元安装在横杆上。

所述的无线传输模块采用WiFi无线方式。

所述的跑步机数据管理系统是指安装在云端服务器的数据接收、分析、反馈系统软件。

一种跑步机的控制方法，可应用于前述的智能跑步机，包含以下步骤：

S1启动跑步机：与跑步机电机驱动板连接的无线传输模块通过入口函数启动，通过WiFi自动搜寻周围的可用无线互联网络，连接到互联网后，无线模块向跑步机数据管理系统发送连接请求指令，与跑步机数据管理系统建立连接。

S2用户注册：启动心率识别的PPG传感器，在跑步机两侧有横杆，横杆内置心率识别单元，通过心率识别单元的PPG传感器来探测；双手握住两侧横杆上，光线发射器负责向皮肤、血液等人体其他身体部位和组织发射光线，然后传感器则会收集被吸收和反射的光线完成心率测算。用户首次注册会生成一份详细的用户数据自动上传到跑步机数据管理系统，对个人的身高、体重、体脂率、年龄、性别、血压、血糖、血脂数组进行参数设置并保存。

S3用户识别：用户再使用时就会把当前数据与内置的用户档案进行比较来确认用户身份。然后从安装在云服务器上的跑步机数据管理系统读取为当前用户定制的跑步运动处方并显示出来。

S4开始运动：跑步运动处方是一组用来描述跑步程序各个阶段的跑步速度、坡度以及持续时间的数据；该数据使用一个数组来进行存储，所述的数组包括开始时间、结束时间、开始速度、结束速度、开始坡度、结束坡度；启动跑步程序：根据初始化的运动脚本，由移动终端应用发送跑步机程序指令，经跑步机数据管理系统到无线传输模块，由无线传输模块传递到跑步机电机驱动板，启动跑步机主体按照跑步机程序设定工作；

S5结束跑步程序：跑步机数据管理系统发送“00”指令到无线传输模块，由无线传输模块传递到跑步机电机驱动板，停止跑步机主体工作，上传运动数据到跑步机数据管理系统。

所述的S2用户注册步骤中的心率测算方法为：S201.PPG传感器根据人体的心率变化输出对应的心率波形；S202.对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；S203.在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；S204.之后还包括计算所述当前心率峰所对应的频率与前一次心率的差值，判断所述差值是否大于预设值，若所述差值大于所述预设值，则舍弃所述当前心率峰所对应的频率，并将所述前次心率作为当前心率输出，若所述差值小于或等于所述预设值，则将所述当前心率峰所对应的频率作为所述测人体的当前心率输出。

本实用新型的有益效果是：

1、操作方便：跑步机的心率识别单元自动识别用户身份，从跑步机数据管理系统自动下载为客户定制的跑步处方并显示出来，客户按照处方运动即可。

2、运动科学性和安全性：通过心率识别单元可以准确无误地匹配锻炼者和与其定制的跑步运动程序，同时运动的数据准确无误地反馈到跑步机数据管理系统，跑步机数据管理系统根据个人身体参数和特点及运动结果叠加渐进制定个性化的、科学的跑步程序和方案，提高了跑步健身合理性、针对性和科学性，用户的心跳无法在本人不同意的情况下被其他人挪用或夺取，心电传感器的内置特征意味它更难以窃取用户的身份。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型跑步机示意图；

图2为基于PGG传感器信号的心率检测方法的具体实现流程图。

图中，10.跑步机主体，20.心率识别单元，21.PPG传感器，30.跑步机电机驱动板，40.无线传输模块，50.跑步机数据管理系统。

具体实施方式

一种智能跑步机，包括：跑步机主体10，心率识别单元20，跑步机电机驱动板30，无线传输模块40，跑步机数据管理系统50；所述的心率识别单元20安装在跑步机主体10上，具体地，跑步机主体10两侧有横杆，心率识别单元20安装在横杆上；所述的无线传输模块40通过有线方式与跑步机电机驱动板30连接、通过无线方式与所述的跑步机数据管理系统50连接；所述的无线传输模块40与所述的心率识别单元20通过有线方式连接。

所述的心率识别单元20包含PPG传感器21，可以采集心率特征并对心率进行识读。

所述的无线传输模块40采用WiFi无线方式。

所述的跑步机数据管理系统50是指安装在云端服务器上的管理软件。

一种智能跑步机控制方法，应用于前述跑步机，包含以下步骤：

S1启动跑步机：与跑步机电机驱动板连接的无线传输模块通过入口函数启动，通过WiFi自动搜寻周围的可用无线互联网络，连接到互联网后，无线模块向跑步机数据管理系统发送连接请求指令，与跑步机数据管理系统建立连接。

S2用户注册：启动心率识别的PPG传感器，在跑步机两侧有横杆，横杆内置PPG传感器来探测，双手握住两侧横杆上，光线发射器负责向皮肤、血液等人体其他身体部位和组织发射光线，然后传感器则会收集被吸收和反射的光线完成心率测算。心率测算方法为：S201.PPG传感器根据人体的心率变化输出对应的心率波形；S202.对所述心率波形进行傅里叶变换，以获取与所述心率波形对应的心率频谱；S203.在所述心率频谱的心率频段内定位三个最高峰，并将所述三个最高峰所对应的频率与前一次心率进行比较，将频率最接近前一次心率的心率峰作为当前心率峰；S204.之后还包括计算所述当前心率峰所对应的频率与前一次心率的差值，判断所述差值是否大于预设值，若所述差值大于所述预设值，则舍弃所述当前心率峰所对应的频率，并将所述前次心率作为当前心率输出，若所述差值小于或等于所述预设值，则将所述当前心率峰所对应的频率作为所述测人体的当前心率输出。用户首次注册会生成一份详细的用户数据自动上传到跑步机数据管理系统，对个人的身高、体重、体脂率、年龄、性别、血压、血糖、血脂数组进行参数设置并保存。

S3用户识别：用户再使用时就会把当前数据与内置的用户档案进行比较来确认用户身份。然后从安装在云服务器上的跑步机数据管理系统读取为当前用户定制的跑步运动处方并显示出来。

S4开始运动：跑步运动处方是一组用来描述跑步程序各个阶段的跑步速度、坡度以及持续时间的数据；该数据使用一个数组来进行存储，所述的数组包括开始时间、结束时间、开始速度、结束速度、开始坡度、结束坡度；启动跑步程序：根据初始化的运动脚本，由移动终端应用发送跑步机程序指令经跑步机数据管理系统到无线传输模块，由无线传输模块传递到跑步机电机驱动板，启动跑步机主体按照跑步机程序设定工作；

S5结束跑步程序：跑步机数据管理系统发送“00”指令到无线传输模块，由无线传输模块传递到跑步机电机驱动板，停止跑步机主体工作，上传运动数据到跑步机数据管理系统。

本实用新型的使用方法如下：

启动跑步机，使用者的手指对准跑步机上的心率识别单元20，如果是第一次使用，心率识别单元提示进行用户注册，注册完成后，跑步机数据管理系统50保存心率特征信息及用户身高、体重、体脂率、年龄、性别、血压、血糖、血脂等生理信息，并根据这些信息制定匹配的跑步程序，自动推送给跑步机电机驱动板30，使用者无需进行其他操作即可按照运动处方在跑步机上进行跑步锻炼；如果使用者已经注册，心率识别完成后，直接进入跑步程序，使用者无需进行其他操作即可按照运动处方在跑步机上进行跑步锻炼；程序执行完毕后，跑步机停止运动；跑步机运行的速度、坡度、时间通过互联网上传到跑步机数据管理系统，为下次跑步程序的制定提供参考。

上述实施例为本实用新型的较优实现形式，用以说明本实用新型的基本结构和基本思想，不应理解为对本实用新型的绝对限制，本技术领域内的普通技术人员，在不脱离本实用新型的基本结构和基本思想的前提下，对本实用新型的实施采取与上述实施例不绝对相同的处理措施，亦应当被视为在本实用新型的权利保护范围内。