一种智能健身车远程教学系统的制作方法

本发明涉及健身运动技术领域，特别涉及一种智能健身车远程教学系统。

背景技术：

教练带领学员进行健身成为越来越受广大健身爱好者欢迎的一种科学有效的健身方式，当然，如果我们能选择一对一的现场教练带学员的方式自然是一种最有利于学员进行学习的途径，但是考虑到更为经济以及提高教练的教学资源利用率的情况，目前，一位教练带领多名学员进行现场健身锻炼的学习方式更为普遍。

然而，一方面，这种一对多的现场指导往往存在教练和学员互动性不够强的问题；另一方面，现场指导的方式受到场地的限制，降低了健身教学资源的利用率。

技术实现要素：

为了克服如上所述的技术问题，本发明提出一种智能健身车远程教学系统，建立了一种基于互联网络的远程教学系统，加强教练和学员之间的互动性，并能够实现教练对学员的远程教学。

本发明所采用的具体技术方案如下：

本发明提出一种智能健身车远程教学系统，包括：云教学服务器、多个计算机终端设备以及多辆智能健身车，所述云教学服务器和计算机终端设备之间通过通信网络进行连接，所述计算机终端设备和智能健身车之间通过蓝牙通信进行连接，所述多个计算机终端设备中安装有教练系统或学员系统；

所述智能健身车，用于：

上传采集到的自身骑行数据至所述计算机终端设备；

根据接收到的健身车控制命令调节自身运动模式；

所述教练系统，供教练使用，用于：

获取所述教练的骑行数据；

上传教学信息和所述教练的骑行数据；

向所述云教学服务器发送健身车控制命令，所述健身车控制命令用于控制所述智能健身车；

所述学员系统，供学员使用，用于：

获取所述教学信息；

上传所述学员的骑行数据；

向所述智能健身车发送所述健身车控制命令；

所述云教学服务器，用于：

接收并存储所述学员的骑行数据、所述教练的骑行数据和所述教学信息；

向所述计算机终端设备发送所述健身车控制命令。

在一种可能的实现中，所述教学信息包括课程信息。

在一种可能的实现中，所述计算机终端设备包括语音模块和摄像头模块。

在一种可能的实现中，所述教学信息包括语音信息和视频信息。

在一种可能的实现中，所述健身车控制命令包括阻力控制命令。

在一种可能的实现中，所述运动模式包括阻力等级。

在一种可能的实现中，所述骑行数据包括功率、踏频、速度和阻力。

在一种可能的实现中，所述的智能健身车教学系统，还包括：所述云教学服务器将所述健身人员的注册账号和所述健身人员所使用的智能健身车进行绑定。

在一种可能的实现中，所述的智能健身车教学系统，还包括：摄像头，所述摄像头用于采集所述智能健身车的使用者的视频信息，并通过通信网络将采集到的视频信息上传至所述云教学服务器。

在一种可能的实现中，所述的智能健身车教学系统，还包括：所述云教学服务器将所述健身人员的注册账号、所述健身人员所使用的智能健身车以及所述健身人员所使用的摄像头进行绑定。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提出了一种智能健身车远程教学系统，包括：云教学服务器、多个计算机终端设备以及多辆智能健身车，所述云教学服务器和计算机终端设备之间通过通信网络进行连接，所述计算机终端设备和智能健身车之间通过蓝牙通信进行连接，所述多个计算机终端设备中安装有教练系统或学员系统，具体包括如下优点：

(1)所述计算机终端设备，优选地，为便携式计算机终端设备，这样健身人员利用常见的手机或平板便可以和所述智能健身车通过蓝牙通信进行数据交互，一方面获取健身车的骑行数据，不仅方便健身人员使用无法显示骑行数据的健身车或者骑行数据显示不够丰富的健身车，还能方便健身人员随时浏览自己的历史骑行数据，有利于有效制定健身计划；另一方面，接受健身人员的输入，对健身车进行控制，灵活方便；

(2)健身教练通过教练系统便可以对学员进行指导，无需面对面地和健身学员进行沟通，同时还能够通过教练系统对学员的智能健身车进行随动控制或单独控制，有效直接地指导学员的训练；学员也能通过学员系统获取到教练的骑行数据和实时健身示范视频，并将自身的运动信息远程反馈给健身教练；

(3)本发明通过建立一种基于互联网络的远程教学系统，加强了教练和学员之间的互动性，并能够实现教练对学员的远程教学。

附图说明

图1所示为本发明一种智能健身车远程教学系统的示意图；

图2所示为本发明另一种智能健身车远程教学系统示意图；

图3所示为本发明中的教练系统的一种模块示意图；

图4所示为本发明中的学员系统的一种模块示意图；

图5所示为教练系统的实时教学模块的显示界面示意图；

图6所示为学员系统的实时健身模块的显示界面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方案作进一步地详细描述。

如图1所示为本发明一种智能健身车远程教学系统的示意图，包括：云教学服务器101、多个计算机终端设备102以及多辆智能健身车103。

所述云教学服务器101可以是一台服务器，或者是由若干服务器组成的服务器集群，服务器集群中的各个服务器之间的数据可以共享，也可以是云计算服务中心。

所述计算机终端设备102，考虑到操作的方便，优选的，为移动终端设备，可以是手机、平板电脑或膝上便携式计算机等。需要说明的是，在一种可能的实现中，教练和学员所使用的计算机终端设备102包括语音模块和摄像头模块，所述语音模块包括麦克风和喇叭，所述摄像头模块用于采集智能健身车使用者的视频信息，并通过通信网络将采集到的视频信息上传至所述云教学服务器101，所述视频信息需要反映使用者的骑行动作，容易理解的是，在教学过程中使用者有时还需要操作该计算机终端设备上安装的教练系统软件或学员系统软件，所以为了操作的方便性，在另一种可能的实际操作中，可选择在靠近智能健身车的位置安装独立的摄像头，与云教学服务器通过通信网络进行连接，方便采集健身人员的视频信息，如图2所示为本发明另一种智能健身车远程教学系统示意图，可选的，摄像头为无线摄像头104，在可能的实现中，支持rtp(realtimetransportprotocol)实时传输协议、rtcp(realtimetransportcontrolprotocol)实时传输控制协议或rtsp(realtimerstreamingprotocol)实时流协议，通过通信网络将视频画面传输到云教学服务器101，每个无线摄像头都有一个唯一的id，用户端可以将用户账号绑定到该摄像头。

所述智能健身车103是一种可精确控制阻力输出的智能健身车，在一种可能的实现中，包括表头、电机控制器及永磁同步电机，其中，表头具有低功耗蓝牙ble功能，能够和手机或平板电脑配对连接，电机控制器接收表头的控制命令并控制电机输出精确的阻力，表头与电机控制器通过uart，can，rs485等有线连接，电机控制器接收表头的控制命令，其控制命令中包含了需要输出的扭力值，电机控制器控制电机处于制动状态，通过电压和电流的精确控制，让电机输出精确的反向扭力，同时，电机控制器通过连接的踏频传感器采集使用者的踏频值，连同此时的实时功率通过前面提到的uart，can或rs485总线等串口通讯方式上报给表头。

所述云教学服务器101和计算机终端设备102之间通过通信网络进行连接，所述计算机终端设备102和智能健身车103之间通过ble进行连接，所述多个计算机终端设备中安装有教练系统或学员系统，所述通讯网络包括有线网络或无线网络，其中所述无线网络主要包括通过公众移动通信网实现的无线网络(如4g，3g或gprs)和无线局域网(wifi)两种方式。需要说明的是，在一种可能的实现中，为保证数据传输的安全性，本发明中所涉及的数据传输在https或加密的websocket通道上传输，受到加密保护。

图3所示为本发明中的教练系统的一种模块示意图，所述教练系统包括注册模块300、课程发布模块301、设备管理模块302、学员查询模块303和实时教学模块304。

图4所示为本发明中的学员系统的一种模块示意图，所述学员系统包括注册模块400、课程选择模块401、设备管理模块402、教练查询模块403、实时健身模块404。

由图3和图4所示的模块示意图，易知云教学服务器101对应的一种模块组成，可以包括用户管理模块、课程管理模块、设备管理模块和教学管理模块，所述教学管理模块对应实时教学模块304和实时健身模块404中对应的教学信息，可选的，包括视频信息和音频信息。

需要说明的是，教练和学员在利用本发明所提出的智能健身车远程教学系统进行健身训练之前，需要在系统中进行注册，具体地，教练应通过教练系统的注册模块300进行教练员注册，学员应通过学员系统的注册模块400进行学员注册，所述注册信息应当由健身系统的相关运营管理人员进行审核，在一种可能的实现中，所述教练员注册信息除了个人基本信息，还应包括该教练员的教龄和擅长科目等，在另一种可能的实现中，所述学员注册信息除了个人基本信息，还应包括该学员的感兴趣科目等。当教练和学员注册完成之后，所述云教学服务器101中将会把相应注册信息保存在数据库中，所述数据库，可选的，包括mysql和mongodb等本领域人员所知的其他数据库。

另外，教练在教练软件中注册账号后，通过教练软件中提供的设备管理模块302添加该教练所使用的智能健身车，这样所述云教学服务器101便将该教练的注册账号和该教练所使用的智能健身车进行绑定。同样的，学员完成注册后，通过学员软件中提供的设备管理模块402添加并绑定该学员的注册账号和该学员所使用的智能健身车。需要说明的是，如图2中所示，当被使用的智能健身车附近还配备有对应的摄像头时，教练和学员还需要在所使用的设备管理模块中添加并绑定摄像头信息。由此摄像头摄像的视频数据以及智能健身车产生的数据将会和对应的注册账号绑定。

本发明所提出的智能健身车远程教学系统主要包括下列两个使用场景：课程选择场景和教学场景。

对于课程选择场景，在一种可能的实际操作中，教练通过注册账号登录教练系统软件，然后进入课程发布模块301中，选择日期和时间，发布课程介绍，通过系统管理人员审核之后，图1中的云教学服务器101会将该课程同步到学员系统软件上。

对于课程选择场景，在一种可能的实际操作中，学员通过注册账号登录学员系统软件，然后进入课程选择模块301中，便可以查询到所有教练发布的课程信息，在已发布的课程列表中浏览，查看教练信息和课程信息，学员可通过自身喜好选择选择感兴趣的课程，并确认提交到图1中的云教学服务器101中进行存储，同时选课信息将通过云教学服务器101同步到教练端，学员可以通过教练查询模块403查询得到所选择的教练信息和对应的课程信息，教练可以通过教练系统软件的学员信息管理模块302中看到选择该课程的学员人数和学员信息等，如达到期望人数，则到期开课，如果人数未达目标，则延期开课或取消。

对于教学场景，首先需要说明的是，图1中的智能健身车103的表头会通过定制的ble服务，将骑行相关的数据上报到教练系统软件或学员系统软件，具体地，在一种可能的实际操作中，健身车上的表头为service端，为保证通信的可靠和低延迟，其由一个writecharacteristic和一个readcharacteristic组成，其中，writecharacteristic为控制通道，readcharacteristic为数据通道。手机或平板电脑通过控制通道发送健身车控制命令，如阻力控制命令，状态显示等给表头，表头通过数据通道将骑行相关数据发送给手机或平板电脑。ble服务设计为justwork模式，这是因为用户无需配对即可快速连接并使用健身车，更加方便快捷，所述骑行相关数据，可选的，包括智能健身车功率、踏频、速度、阻力等。

进一步地，为建立安全可靠的ble连接，每一个表头在生产时，已经写入了唯一的id和密钥，并且其信息已经通过erp系统同步到服务器，运行在手机或平板电脑上的教练系统或学员系统软件通过以下步骤建立安全可靠连接：

1.教练系统或学员系统软件通过justwork模式连接表头；

2.表头发送id和随机token给教练系统或学员系统软件；

3.教练系统或学员系统软件将token发送给云教学服务器101；

4.云教学服务器101能过id查询该健身车对应的密钥，使用该密钥对token签名；

5.云教学服务器101将签名的token发送回教练系统或学员系统软件；

6.教练系统或学员系统软件将签名的token发送给表头；

7.表头验证签名的token是否正确，如果正确，则该连接是可信任的安全连接。

容易理解的是，通过对于教学场景的上述说明，可知图1中的智能健身车103的表头会通过定制的ble服务，将骑行相关的数据上报到教练系统软件或学员系统软件，具体地，教练将自身的骑行数据上报到教练系统，学员将自身的骑行数据上报到学员系统，同时所述教练系统软件或学员系统软件会将骑行相关的数据转发给云教学服务器101。需要说明的是，本发明所述的智能健身车的骑行数据，可选的，包括：如功率、踏频、速度和阻力等

健身教学过程中，教练通过登录教练系统软件并进入实时教学模块304，如图5所示为教练系统的实时教学模块的显示界面示意图，包括显示学员相关信息、课程信息及要求以及骑行数据等。

如图5所示，教练系统软件从云教学服务器101获取到所有学员信息，并以类似于宫格的形式显示每个学员的视频图像，当教练选择某个学员时，该学员的视频图像会放大展示并显示是当前活动窗口，此时，教练可以观察到学员的骑行数据和动作，可以选中某学员，单独对该学员进行指导，可以与该学员对话；当教练没选择特定学员时，教练说的话将会以广播的形式被所有学员听到。

本发明所公布的智能健身车远程教学系统能够帮助学员车与教练车实现远程随动控制，学员车与教练车实现随动控制的目的，是方便教练在上课过程中，同步全体学员的健身车设置，即学员车能够接收一种同步调节控制命令，所述同步调节控制命令是根据所述教练系统所获取所述教练的骑行数据而产生的用于控制所述智能健身车的健身车控制命令。当教练按课程要求讲解要点时，可按不同阶段的要求，只需要通过健身车上的旋钮调节自己健身车上的运动模式，所述运动模式包括阻力等级，学员的健身车就可以同步设置为教练车的阻力等级。该功能是通过网络远程连接和ble近场连接来实现，其实现步骤如下：

1.健身车和用户都有唯一的id，并且健身车与用户通过唯一的id绑定，软件系统即可识别当前远程教室中每一名学员或者教练和与之对应的健身车；

2.根据课程发布与课程选择，其对应的教练信息、学员信息、健身车信息会存储在云教学服务器101，并与一个“远程教室”的id绑定；

3.课程中，教练根据课程要求，旋转旋钮调节到合适的阻力，此时，该健身车的阻力等级即会通过ble连接，发送到教练平板电脑上运行的教练系统上；

4.教练系统比较健身车当前阻力等级与之前的阻力等级，如果有变化，则通过https或者websocket连接，将健身车id及其阻力等级发送到云教学服务器101；

5.云教学服务器101根据健身车id，检测到该车为教练车，并且阻力等级有变化，则通过https或者websocket广播到当前“远程教室”相关的其它学员的学员系统上；

6.每个学员所使用的计算机终端设备102上运行的学员系统都会收到以上广播，并将此广播消息转化为健身车阻力设置的命令；

7.学员系统通过ble连接，将阻力等级发送给健身车的表头；

8.表头将阻力等级通过之前描述的有线连接，如uart、485、can总线发送到电机控制器；

9.电机控制器根据该阻力等级，转化成对应的电压、电流控制信号，使用电机输出对应的阻力值。

需要说明的是，上述随动控制模式只是教练对学员的其中一种可选的控制模式，该控制模式是可以在教练系统中进行设置切换的，考虑到学员的训练进度的参差不齐，可选的控制模式还包括单独控制，即可以选择不同的学员进行个性化的随动控制，而此时其他学员的健身车将不再受到教练端的控制。

学员通过登录学员系统软件并进入实时健身模块404，如图6所示为学员系统的实时健身模块的显示界面示意图，包括显示课程信息及要求、骑行数据及其他学员列表等。

如图6所示，学员系统软件从云教学服务器101获取到教练信息，并在界面中居中显示教练的视频信息，可以观察到教练的健身动作和骑行数据。另外，学员在课程中，可对教练主动发起语音沟通，对其他熟悉的学员，也可以在学员列表中选中该学员，并与其进行交流，互相学习。需要说明的是，综合上述所有实施例的说明，包括课程信息、教练在上课过程中的视频信息以及音频信息对于学员来说都是教学过程中的教学信息。学员系统软件通过ble服务与智能健身车连接，接收智能健身车骑行数据；同时，需要说明的是，在一种可能的实现中，学员可能跟不上教练的健身车阻力设置，学员在和教练通过学员系统软件进行语音沟通获得允许后，在未处于教练端的控制模式下时，可以直接控制健身车，也可以通过学员系统软件控制健身车，即学员车能接收一种主动调节控制命令，所述主动调节控制命令是接受所述学员系统的所述输入而产生的用于控制所述智能健身车的健身车控制命令。

本发明实施例提出了一种智能健身车远程教学系统，包括：云教学服务器、多个计算机终端设备以及多辆智能健身车，所述云教学服务器和计算机终端设备之间通过通信网络进行连接，所述计算机终端设备和智能健身车之间通过蓝牙通信进行连接，所述多个计算机终端设备中安装有教练系统或学员系统，具体包括如下优点：

(4)所述计算机终端设备，优选地，为便携式计算机终端设备，这样健身人员利用常见的手机或平板便可以和所述智能健身车通过蓝牙通信进行数据交互，一方面获取健身车的骑行数据，不仅方便健身人员使用无法显示骑行数据的健身车或者骑行数据显示不够丰富的健身车，还能方便健身人员随时浏览自己的历史骑行数据，有利于有效制定健身计划；另一方面，接受健身人员的输入，对健身车进行控制，灵活方便；

(5)健身教练通过教练系统便可以对学员进行指导，无需面对面地和健身学员进行沟通，同时还能够通过教练系统对学员的智能健身车进行随动控制或单独控制，有效直接地指导学员的训练；学员也能通过学员系统获取到教练的骑行数据和实时健身示范视频，并将自身的运动信息远程反馈给健身教练；

(6)通过建立的基于互联网络的远程教学系统，加强了教练和学员之间的互动性，并能够实现教练对学员的远程教学。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。