健身器材运动强度检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及健身器械技术领域，具体涉及健身器材运动强度检测电路。


背景技术：

2.随着社会的不断进步和人们生活水平不断提高，人们对自身生活的要求也在不断提高，其中要求自身有一个良好的身体状况就是一个非常突出的体现，拥有一个健康的身体已经成为人们面对社会、承担责任的先决条件。因此，人们开始比以往更注重自己的身体健康，并且参加各种各样的健身活动，而健身器材作为一种方便健身器具也开始成为人们所喜爱的健身工具。
3.然而目前的健身器械所产生的功率强度大部分是由人工调节，有的也有检测心率来调整输出功率，如我司在先申请专利cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用，可根据心率和其他生命体征来智能调节阻力功率。由但是于没有运动强度的测量和控制，因此锻炼效果会达不到最佳状态。
4.因此，亟待一种能够结合运动强度与常见的生命体征，从而智能调节健身器械的阻力功率的健身器材运动强度检测电路。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种健身器材运动强度检测电路。
6.为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用了以下技术方案：健身器材运动强度检测电路应用于健身器械，包括设于健身器械上或穿戴于运动者上的心率检测传感器以及用于获取运动者运动时应力变化的受力应变传感装置；
7.受力应变传感装置包括设于健身器械受力面或受力臂处的受力结构以及与该健身器械通信连接的处理电路；
8.受力结构包括多个应变片，应变片均布于健身器械受力面或受力臂并均与处理电路电连接。
9.工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，本技术创新应用了受力应变传感装置，将应变片置入健身器械的受力面、受力臂等，当运动时在受力面、受力臂在应力作用下应变片输出受力变化信号，可经处理电路放大处理输出运动强度信号，实现用检测运动强度测控功能，有了运动强度信号作为一个参数后，结合心率检测传感器获取的运动者的心率参数，就能够通过健身器械本身的控制端进行计算智能调节健身器械的阻力功率(如我司在先申请专利cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用中的多用途数字阻力装置)，组成完整的健身器材运动强度检测电路，如此可以达到最佳的锻炼效果；
10.2、通过应变片在受力时输出受力变化信号经过处理电路运算放大后就能够方便且准确的检测当前运动者的运动强度，受力信号中受力增加就表示运动强度增高，受力降低就表示运动强度降低，如在动感单车的脚踏上，如在椭圆机的脚踏上，如在飞鸟训练机的
受力臂上等。
11.进一步地，应变片依次连接组成全桥应力检测部，以实现通过该全桥应力检测部根据受力大小输出差动电信号至处理电路。此设置，能够更加精准地检测受力变化，从而达到更加精确的运动强度检测效果。
12.进一步地，处理电路包括与应变片电连接的运放电路、与该运放电路电连接的单片机电路及通信电路，运放电路用于将应变片输出的受力变化信号运算放大并输入至单片机电路，单片机电路用于处理运算放大后的受力变化信号并输出运动强度信号输入至通信电路，通信电路用于将运动强度信号输出至健身器械的控制端或移动终端。此设置，运放电路将应变片输出的信号放大，使得单片机电路更容易进行处理，单片机电路根据内置的程序处理好信号后(解析信号生成运动强度信号)，就能够将信号通过通信电路发送给健身器械的控制端或移动终端，从而方便的结合运动者的心率特征等生命体征来调节健身器械的阻力功率，如运动强度和心率高于阈值，则需要降低阻力功率，如运动强度和心率低于阈值，则需要提高阻力功率，以达到最佳的运动心率和最佳的运动强度，使得两者更加平衡，从而达到最佳锻炼状态。
13.进一步地，运放电路包括运算放大器和多个电阻，应变片依次连接组成全桥应力检测部并分别连接运算放大器的同相端和反相端以及输出端。
14.进一步地，单片机电路包括单片机和与该单片机电连接的程序写入电路，程序写入电路用于将程序写入单片机，单片机分别与运放电路和通信电路电连接。此设置，能够通过程序写入电路写入写好的程序，方便单片机升级程序，起到更好地锻炼效果。
15.进一步地，受力结构包括电源，该电源与处理电路电连接。通过电源单独供电，而不是连接健身器械的电源进行供电，相当于本技术的监控电路可以是模块化且独立存在的，适用于绝大多数能够无线通信连接的健身器械，只需要在健身器械上升级程序使其能够结合运动强度信号来调节阻力功率即可。
16.进一步地，通信电路其中两端均与单片机电连接，其中一端接入电源，剩余一端接地设置。
附图说明
17.图1是本实用新型的受力结构应用于踏板的结构示意图一；
18.图2是本实用新型的受力结构应用于踏板的结构示意图二；
19.图3是图2的截面图一；
20.图4是图2的截面图二；
21.图5是应变片的一种实施方式示意图；
22.图6是本实用新型处理电路的示意图。
23.图中，1、踏板主轴；2、应变片；3、电源；4、pcb板；5、配重块；6、踏板上盖；7、踏板下盖；8、防滑垫；9、踏板重力盖；10、护带；11、侧盖。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
26.实施例1
27.本健身器材运动强度检测电路应用于健身器械，包括受力应变传感装置和生命特征传感器。
28.其中，生命特征传感器用于获取人体生命特征，以结合处理电路输出的信号调节健身器械的阻力功率。生命体征传感器至少获取人体的心率参数，可以是常见的智能手环、智能手表等，也可以是单独的心率检测传感器、血氧传感器等。生命体征传感器最基本获取的就是心率，也可以获取如运动者的体重、血氧、血压等参数，综合考虑来改变健身器械的阻力功率，改变阻力功率可参照我司在先申请专利cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用。具体地获取心率等参数的方式可以参照我司在先专利cn202010386083.8一种ai心率运动系统。在本实施例中选用最基本的心率传感器。
29.其中，健身器械可以是常见的椭圆机、动感单车、飞鸟训练机等，不仅限于本技术公开的几种健身器械。
30.具体地，受力应变传感装置包括设于健身器械受力面或受力臂处的受力结构以及用于处理并放大输出该受力结构的受力变化信号的处理电路，受力结构用于获取在应力作用下产生的受力变化信号并输出至处理电路。
31.其中，受力结构包括多个应变片2，应变片2均布于健身器械受力面或受力臂，如在椭圆机上，那么应变片2就设置在脚踏上，也可以设置在座凳上，如在飞鸟训练机或者划船器上，那么应变片2可以设置在拉手，船桨，脚踏等部件上，也可以设置在座凳上。目的在于获取运动者运动时对于健身器械受力面或受力臂的作用力大小变化，因为运动者在不同运动状态时，作用力肯定是不同的。
32.具体地，如图1所示，处理电路包括与应变片2电连接的运放电路、与该运放电路电连接的单片机电路及通信电路，运放电路用于将应变片2输出的受力变化信号运算放大并输入至单片机电路，单片机电路用于处理运算放大后的受力变化信号并输出运动强度信号输入至通信电路，通信电路用于将运动强度信号输出至健身器械的控制端或移动终端，运放电路包括运算放大器和多个电阻以及电源3，电源3分别与应变片2和运算放大器电连接，应变片2依次连接并连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接单片机电路，单片机电路包括单片机和与该单片机电连接的程序写入电路，程序写入电路用于将程序写入单片机，单片机分别与运放电路和通信电路电连接，应变片2依次连接组成全桥应力检测部，以实现通过该全桥应力检测部根据受力大小输出差动电信号至处理电路。运放电路将应变片2输出的信号放大，使得单片机电路更容易进行处理，单片机电路根据内置的程序处理好信号后(解析信号生成运动强度信号)，就能够将信号通过通信电路发送给健身器械的控制端或移动终端，从而方便的结合运动者的心率特征等生命体征来调节健身器械的阻力功
率，如运动强度和心率高于阈值，则需要降低阻力功率，如运动强度和心率低于阈值，则需要提高阻力功率，以达到最佳的运动心率和最佳的运动强度，使得两者更加平衡，从而达到最佳锻炼状态。
33.在本实施例中，如图1所示，r1、r2、r3、r4为应变片2，桥式联结组成全桥应力检测，r1、r2一端相连后与电阻r5一端相连接；r2另一端与r3一端相连后与第一电源35v相连接；r3另一端与r4一端相连后与电阻r6一端相连接；r1另一端与r4另一端相连后与地(gnd)相连接。其中r5为运算放大器反相信号输入电阻，r6为运算放大器同相信号输入电阻，r7为负反馈电阻，由r5和r7的比值决定运算放大器的增益，通常设r5＝r6，r7＝r8，r9为输出电阻。
34.电阻r5另一端与电阻r7一端相连后与运算放大器u1反相端相连接，电阻r6另一端与电阻r8一端相连后与运算放大器u1同相端相连接，r7另一端与运算放大器u1输出端相连接；电阻r8另一端与地(gnd)相连接；运算放大器u1输出端与电阻r9一端相连接，电阻r9另一端与单片机(u2，stm8s003f3)输入端(19脚)相连接。
35.单片机设有程序写入电路，由j1四芯插座连接，j1四芯插座1脚与第二电源35v相连接，j1四芯插座2脚与与单片机swim端口(18脚)相连接，j1四芯插座3脚与地(gnd)相连接，j1四芯插座4脚与单片机nrst端口(4脚)相连接，在j1四芯插座4脚与电阻r10的一端相连接，电阻r10的另一端连接第三电源35v，在j1四芯插座4脚与二极管d1的一端相连接，二极管d1的另一端连接第三电源35v，在j1四芯插座4脚与电容c1的一端相连接，电容c1的另一端与地(gnd)相连接。其中，j1四芯插座用于单片机程序写入，属于现有技术。
36.单片机tx(2脚)与rx(3脚)串有电阻r11和电阻r12，输出串行信号给蓝牙模块，由蓝牙模块输出无线信号，由手机app接收无线信号进行相关应用和分析处理。当然也可以是wifi模块，这里不做限定。
37.如此，由r1、r2、r3、r4四个应变组成全桥应力检测，例如当在脚踏上面加力至踏板时，应变全桥跟据所加重力大小输出差动电信号，经运算放大器差动放大后，经电阻r9输入单片机输入端(19脚)，单片机进行模数转换，输出与所加重力成正比的数字信号，经由蓝牙模块发送至手机app。
38.如此，只需要将心率等生命体征参数和运动强度信号两者经过加权计算得出当前运动得分，或者分别比对生命体征参数和运动强度信号的阈值，从而根据每个阈值所在范围调节对应的阻力功率，从而组成完整的健身器材运动强度检测电路，如此可以达到最佳的锻炼效果。
39.在本实施例中，如运动锻炼时，运动锻炼者的心率没有达到最低运动强度心率，例如一直在120次/分以下(中等强度)，说明运动锻炼强度还不够大，此时系统会自动增加阻力功率，使运动锻炼者的运动强度增加，运动锻炼者增加了运动强度后，心率会有所上升，当达到所设定的运动强度(根据运动强度信号的反馈)，例如接近160次/分(中等强度)，系统会停止增加阻力功率；反之例如运动锻炼者心率超过160次/分(中等强度)，系统会减少阻力功率，使运动锻炼的强度减少，以免出现运动强度过大。运动强度设定会结合运动者的年龄、身体素质现状、以及以往运动锻炼数据，进行智能设定，在调节过程中会结合心率上升或下降的速率，进行智能增加或减少的速度，以让运动锻炼有一个渐变过程，达到最佳的运动锻炼效果。
40.实施例2
41.如2-6所示，在实施例1的基础上，本实施例应用于健身器械的脚踏时，受力结构包括与健身器械连接的踏板主轴1、与该踏板主轴1旋转连接的踏板壳体及设于该踏板壳体顶部内壁下方的多个应变片2，每个应变片2均与处理电路电连接。针对于有脚踏的健身器械时，将应变片2置于踏板内的受力面处，从而方便地获取受力变化。
42.具体地，踏板壳体分为踏板上盖6和与该踏板上盖6可拆卸连接的踏板下盖7，踏板上盖6上设有供应变片2安装的空腔，踏板下盖7与踏板主轴1旋转连接。在踏板上盖6上还设有踏板重力盖9，踏板重力盖9抵接应变片2上顶部。
43.在本实施例中，空腔内不仅安装有应变片2，还安装有电源3和pcb板4，该pcb板4上设有处理电路和通信模块，而在踏板下盖7内还可以安装配重块5等，而配重块5通过安装在踏板下盖7上的侧盖11进行更换，拆装方便，以适合不同运动强度需求的运动者。
44.在本实施例中，在踏板重力盖9的顶部可以设置防滑垫8，从而起到很好地防滑效果，同时搭配踏板下盖7上的护带10，该护带10与踏板壳体形成供运动者脚部插入的空间。为了防止运动者在运动过程中脚掌相对于踏板重力盖9不会发生相对运动，从而显著提升应变片2来检测应力变化的效果，从而保证最终的运动强度信号具有极好的可信度，尤其是配合防滑垫8效果更佳。
45.本实施例中的可拆卸连接，基本为卡扣连接或螺丝连接等方式。
46.实施例3
47.基于实施例1或实施例2，本实施例公开了应用于动感单车的应用例。将本技术的受力应变传感装置设置于动感单车的脚踏上，将生命特征传感器设置在动感单车的把手上或者作为可穿戴设备戴在运动者身上，如此能够控制动感单车的阻尼装置(磁粉控制器等)来实现调节。
48.在动感单车进行运动锻炼时，在脚踏内部设置前后左右四个应变片2，当脚踏受力时，应变片2输出受力变化信号，经运算放大器放大，输入单片机进行数据处理，单片机输出运动强度信号，经由蓝牙模块发送至手机app。实现用应变片2检测运动强度测控功能，有了运动强度信号后，结合运动者的心率参数，由单片机电路或者动感单车本身的控制端智能调节动感单车的阻力功率，使之达到最佳的运动锻炼效果，如此结合cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用和cn202010386083.8一种ai心率运动系统，可以更好地控制动感单车的阻力功率，实现最佳锻炼状态。
49.实施例4
50.基于实施例1或实施例2，本实施例公开了应用于椭圆机的应用例。与实施例3的动感单车类似，在椭圆机进行运动锻炼时，在脚踏内部设置前后左右四个应变片2，当脚踏受力时，应变片2输出受力变化信号，经运算放大器放大，输入单片机进行数据处理，单片机输出运动强度信号，经由蓝牙模块发送至手机app。实现用应变片2检测运动强度测控功能，有了运动强度信号后，结合运动者的心率参数，智能调节椭圆机的阻力功率，使之达到最佳的运动锻炼效果，如此结合cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用和cn202010386083.8一种ai心率运动系统，可以更好地控制椭圆机的阻力功率，实现最佳锻炼状态。
51.实施例5
52.基于实施例1或实施例2，本实施例公开了应用于山地越野自行车的应用例。与实
施例3的动感单车类似，在进行运动锻炼时，在脚踏内部设置前后左右四个应变片2，当脚踏受力时，应变片2输出受力变化信号，经运算放大器放大，输入单片机进行数据处理，单片机输出运动强度信号，经由蓝牙模块发送至手机app。实现用应变片2检测运动强度测控功能，有了运动强度信号后，结合运动者的心率参数，智能调节山地越野自行车的挡位，使之达到最佳的运动锻炼效果，可以更好地控制山地越野自行车的挡位，实现最佳锻炼状态。
53.实施例6
54.基于实施例1或实施例2，本实施例公开了应用于飞鸟综合训练器的应用例。在力臂上设置上下二个应变片2，当力臂受力时，应变片2输出受力变化信号，经运算放大器放大，输入单片机进行数据处理，单片机输出运动强度信号，经由蓝牙模块发送至手机app。实现用应变片2检测运动强度测控功能，有了运动强度信号后，结合运动者的心率参数，智能调节飞鸟综合训练器的阻力功率，使之达到最佳的运动锻炼效果，如此结合cn202210028362.6一种多用途数字阻力装置及其应用和cn202010386083.8一种ai心率运动系统，可以更好地控制飞鸟综合训练器的阻力功率，实现最佳锻炼状态。
55.本实用新型未详述部分为现有技术，故本实用新型未对其进行详述。
56.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
57.尽管本文较多地使用了踏板主轴1、应变片2、电源3、pcb板4、配重块5、踏板上盖6、踏板下盖7、防滑垫8、踏板重力盖9、护带10、侧盖11等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
58.本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。