专利名称：健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，特别涉及健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，它主要包括安装有IC卡控制器的健身器械，IC卡控制器还连接有测量健身器械变化的传感器单元、输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟、健身器控制器，健身器械上的IC卡控制器将传感器单元测量的信息处理后存入IC卡中，计算机上的IC卡控制器可将IC卡中记录的信息传入计算机中。
安装有IC卡控制器的计算机，IC卡控制器上还安装有输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟，其中IC卡控制器还控制着计算机的电源开关。
背景技术：
现有的健身器械与计算机和游戏相结合的系统，一般是一边健身一边玩游戏，但这种系统一般都是与跑步机或固定自行车相关连，游戏也大多都是跑步或骑自行车，游戏内容很枯燥难以长期吸引入锻炼。现有的计算机用户开机就可以使用，人们用起电脑来就忘记了休息，尤其是青少年玩游戏时就更顾不的休息了，长此以往，会使眼睛疲劳干涩，诱发各种眼病，腰背也会应长期操作电脑而酸，不利于人体健康。
发明内容
本发明涉及健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，它主要包括安装有IC卡控制器的健身器械，IC卡控制器还连接有测量健身器械变化的传感器单元、输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟、健身器控制器，健身器械上的IC卡控制器将传感器单元测量的信息处理后存入IC卡中；安装有IC卡控制器的计算机，其中IC卡控制器还控制着计算机的电源开关，IC卡控制器上还安装有输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟，计算机上的IC卡控制器可将IC卡中记录的信息传入计算机中，还可根据IC卡中记录的信息控制计算机的使用方式。
它的有益作用是可以使用户坚持锻炼，并能设定计算机使用方式，使用户在使用计算机一定时间后必须休息一定时间，才可以继续使用，从而避免了因长时间不间断使用计算机对身体健康的影响。它可促进用户进行锻炼只有通过所述健身器械锻炼后将锻炼所消耗的能量传入IC卡中，然后才可通过IC卡启动计算机，并且使用所述计算机的时间的长短取决于IC卡中记录的用户锻炼所消耗的能量值的大小。用户的锻炼情况可传入计算机中供游戏软件设定游戏角色的能力、级别等使用，从而促进用户进行身体锻炼。健身房还可通过所述IC卡进行管理和收费。
技术方案是在所述健身器械上安装有IC卡控制器，健身器械上还安装有、传感器单元、输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟、健身器控制器，它们都连接IC卡控制器，所述IC卡控制器包含有控制单元、IC卡接口、存储单元。
所述传感器单元，用于测量用户通过所述健身器械时，测量健身器械在用户的驱动下或健身器械自身运转中，健身器械中的角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息，这些信息反映了用户锻炼时的情况，安装于所述健身器械上的传感器单元，包括一个或多个传感器，传感器安装于健身器械中产生角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息的位置，安装的个数、类型、安装的方式和方法依据不同的健身器械而不同。所述输入单元，是由按键组成的，用于控制所述健身器械上安装的IC卡控制器执行各种操作。显示单元，用于显示锻炼能量。发音单元，用于提醒用户的一些对IC卡控制器的错误操作。所述串行接口单元，可使健身器械上安装的IC卡控制器与计算机进行通信。既可将时时测得的健身器械中的角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息传入计算机中，也可将经控制单元处理后，生成用户信息传入计算机中。所述“健身器控制器”用于控制健身器械可否被使用。当所述健身器械是电力驱动的时，所述“健身器控制器”是继电器，它控制健身器械的电源；当所述健身器械不是电力驱动的时，所述“健身器控制器”是电控锁，它控制健身器械的活动部分，从而控制健身器械可否被使用。
所述健身器械上的IC卡控制器中的控制单元控制IC卡接口和存储单元，用户的IC卡可插入IC卡接口中，IC卡控制器通过连接的传感器单元测得的健身器械在用户的驱动下或健身器械自身运转中，健身器械中的角度变化、力量变化、位移变化的“有效信息”和速度信息以及旋转圈数信息，经控制单元处理后，生成用户信息，存入存储单元中，用户锻炼完后，可通过输入单元控制IC卡控制器，将存储单元中存储的用户信息存入所述IC卡中。还可将传感器测得的“有效信息”和速度信息以及旋转圈数信息存入IC卡中。用户通过健身器械锻炼一般都是周期性的重复运动，所述传感器测得的“有效信息”指的是用户在一个“运动周期内”，传感器测得的最大力量、最大角度、最大位移信息。
所述计算机上安装有IC卡控制器，其中IC卡控制器还控制着计算机的电源开关，还可读取电源指示灯状态，IC卡控制器上还安装有输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟，所述IC卡控制器包含有控制单元、IC卡接口、存储单元。
控制计算机的电源开关的方法是在计算机的电源开关线路上串联和并联各一个开关电路，通过IC卡控制器控制电源开关线路上串联的开关电路的开关以及开启或关闭，可控制电源开关是否可被用户使用，通过控制电源开关线路上并联的开关电路的开关的时间，可控制计算机进入开机、关机、待机状态，在电源开关指示灯的线路上串联了一个光电开关，电源指示灯的线路串联在光电开关的输入端，计算机上的IC卡控制器连接光电开关的输出端，通过检测光电开关的输出信号可知计算机所处的状态(开启、关闭、待机)，根据状态控制计算机(计算机需设置为在按下电源按钮时待机，这样只有按下按钮4秒钟后才关机)。所述输入单元，是由按键组成的，用于控制所述计算机上安装的IC卡控制器执行各种操作。显示单元，用于显示锻炼能量，由输入单元控制所述计算机上安装的IC卡控制器发来的各种信息。发音单元，用于提醒用户的一些对IC卡控制器的错误操作，用户的使用计算机的权限。所述串行接口单元，用于与计算机进行通信，将IC卡中的用户信息传入计算机中。这些信息可供游戏软件用来设定用户使用的游戏角色的能力、能量、级别等。计算机中的IC卡控制器中的控制单元，控制着IC卡接口和存储单元，用户的IC卡可插入所述IC卡接口中，计算机中的IC卡控制器根据IC卡中记录的能量信息控制计算机的使用时间(能量越多可使用的时间越长)。
用户的IC卡以地址划分为“标志字”、“计费区”、“记录能量区”、“肌肉信息区”四部分，“肌肉信息区”又可分为N个区，每个区记录人体一部分肌肉的最大力量信息，“标志字”用来区分持卡者是否为高级用户，“计费区”是用户在健身房健身前，由健身房对用户的“计费区”进行充值，只有将“计费区”进行充值的IC卡才可启动健身房中的健身器械，“记录能量区”用来记录用户锻炼所消耗的能量。
所述每台健身器械都有与之对应的传感器信息库和与传感器信息库对应的ID号，这个传感器信息库和与传感器信息库对应的ID号存储于健身器械上的IC卡控制器中，或固化在程序中。传感器信息库中记录的是与之对应的健身器械上的每个传感器的传感器信息，传感器信息包括传感器的模拟量输入通道地址、传感器的类型、肌肉信息、比例信息，如果传感器是测力类传感器，所述“肌肉信息”代表的是传感器所测得的信息是用户身体上哪几部分肌肉用力驱动健身器械时促使传感器产生的，因为传感器测得的信息随这几部分肌肉用力的增大而增大，所以这几部分肌肉中的每部分肌肉用力的大小都与传感器测得的信息有一定的比例关系，所述“比例信息”记录的就是着个比例关系。如果传感器是测量角度或位移类传感器，所述“肌肉信息”代表的是传感器所测得的信息是用户身体上哪几部分肌肉伸缩驱动健身器械时促使传感器产生的，因为传感器测得的信息随这几部分肌肉伸缩距离的增大而增大，所以这几部分肌肉中的每部分肌肉伸缩距离的大小都与传感器测得的信息有一定的比例关系，所述“比例信息”记录的就是着个比例关系。
生成用户信息的方法是根据采集到的力量、角度、位移、距离的“有效信息”、速度信息、旋转圈数以及锻炼的时间长短，将力量信息结合角度或位移信息并结合具体健身器械计算出消耗的能量信息，如果是速度类健身器(如跑步机)则通过用户的体重和跑步的距离计算出消耗的能量信息，生成能量值存入控制单元的存储器中，对每次的能量值进行累加，根据采集到的“最大力量信息”结合具体健身器械中的“传感器信息库”计算出用户的“相关肌肉”力量信息，并与从IC卡中读取到存储单元中的这几部分肌肉的力量信息比较，将这几部分肌肉的最大力量存入存储单元的相应位置，锻炼完后，通过输入单元的控制，可将所述存储单元中记录的能量值和所计算的几部分肌肉的最大力信息存入用户插入的IC卡中的相应位置。也可只将所述传感器测得的力量、角度、位移、距离的“有效信息”、速度信息、旋转圈数以及锻炼的时间长短和传感器信息库或与传感器信息库对应的ID号记录到IC卡中，通过计算机上的IC卡控制器，传入计算机中，也可直接通过健身器械上串行接口传入计算机中。
与游戏关联的方法计算机首先生成一个存储所述用户信息的数据库，其中包括能量信息和用户的每部分肌肉力量，然后将通过串口读取到的IC卡中的信息存入数据库中，将能量信息累加，将IC卡中记录的每部分肌肉的力量信息与数据库中记录的相应的部分的肌肉力量比较，将大值存入信息库中相应位置，游戏软件则可调用这个数据库中的信息设置游戏角色的能力、级别等等。
图1是所述发明的原理方框图。
图1中包括IC卡控制器(1)、输入单元(2)、显示单元(3)、发音单元(4)、串行接口(5)、时钟(6)、电源开关(7)、电源指示灯(8)、开关电路(10)、开关电路(11)、光电开关(12)、IC卡控制器(15)、输入单元(16)、显示单元(17)、发音单元(18)、健身器控制器(19)、串行接口(20)、传感器单元(21)、时钟(23)、IC卡(24)、线路(25)、线路(26)、线路(27)。
图2是以89C52单片机为例的安装于健身器上的IC卡控制器及相关电路的原理图。图2中包括单片机(31)、电源控制(32)、存储单元(310)、IC卡插座(33)、时钟(23)、A/D转换器(321)、传感器(322)、LED驱动器(17)、输入单元(16)、发音单元(18)、电源电平转换芯片MAX232(37)、串行接口(20)、光电开关(311)、电控锁(312)、继电器(313)、光电编码器(314)、光电传感器(315)。
图3是以89C51单片机为例的安装于计算机上的IC卡控制器及其相关电路的电路原理图。
图3中包括单片机(41)、电源控制(42)、存储单元(410)、数据存储器(44)、IC卡插座(43)、时钟(6)、显示单元(3)输入单元(2)、发音单元(4)、电源电平转换芯片MAX232(47)、串行接口(5)。
图4是采集电源指示灯状态的电路原理图。
图4中包括引线(51)、光电开关(52)、电源指示灯(8)、引线(53)。
图5是采用继电器作为图1中的开关电路(10)和开关电路(11)控制电源开关的原理图。图5中包括；引线(61)、引线(62)、引线(63)、继电器(64)。
图6是采用光电开关作为图1中的开关电路(10)和开关电路(11)的原理图。图6中包括引线(71)、引线(72)、光电开关(73)、引线(74)。
图7是在健身器械中的连接轴上安装电控锁的结构示意图。
图7中包括连接轴(81)、连杆(82)、连杆(83)、外轴(84)、凹槽(85)、锁头(86)、内轴(87)、电控锁(88)。
图8是本发明以跑步机为例的示意图。图8中包括扶手(1)、跑步面(2)、轴(3)、轮盘(4)、孔(5)、光电传感器(6)、测力量传感器(7)、轴(8)。
图9是本发明以一种假设的非速度(如跑步机)类健身器械为例的示意图。
图9中包括手柄(1)、测力量传感器(2)、杆(3)、轮(4)、轴(5)、底座(6)、摩擦片(7)、光电编码器(8)、箭头(9)。
图10是健身器械上的IC卡控制器运行的主程序的流程图。图10中的R0是指针，指向RAM中的一个地址，用于记录用户在一个运动周期内传感器测得的“有效信息”。G是所述健身器械上的传感器的模拟量输入通道地址。L用于存储能量信息。n所述(此)健身器械上传感器的个数。A是用户锻炼时的记录的最大力量。“打开健身器控制器”指的是当“健身器控制器”是电控锁时，打开电控锁；当“健身器控制器”是继电器时，控制继电器使其导通健身器的电源。B用来判断IC卡中的“计费区”中所充数值是否已用完，当B＝1时说明“计费区”中所充数值是已用完，当B＝0时说明“计费区”中所充数值是未用完。
图11是用户锻炼完后健身器械上的IC卡控制器将采集后处理好的信息存入IC卡中的子程序J1的流程图。“相关肌肉信息”指的是此健身器械所锻炼的用户身体上的那几部分肌肉，在IC卡中的“肌肉信息区”中存储的这几部分肌肉的力量信息。
图12是处理测力量传感器采集的信息的子程序J2的流程图。
图12中@R0是指针R0指向的RAM中的一个地址中存储的信息。
图13是处理角度或位移传感器采集的信息的子程序J3的流程图。
图13中当在一次运动周期内传感器测得的角度或位移变大时“D＝0”，@R0是指针R0指向的RAM中的一个地址中存储的信息。
图14是计算用户在一个“运动周期”内所消耗的能量和所运动的部分肌肉的力量的子程序J31的流程图。
图15是用于速度类健身器(例如跑步机)上的IC卡控制器的住程序的流程图。图15中的变量B与图1中的变量B相同。
图16是图10和图15中应用的中断服务程序Z1的程序流程图。
图17是处理速度类健身器(例如跑步机)信息的子程序J4的流程图。
图17中“测量并记录用户的体重”是通过安装在跑步机的下面的测力量传感器测得的。“测量并记录旋转的圈数”是通过传感器测得的带动跑步机的“跑步面”运动的轴旋转的圈数，根据这个圈数就能计算出跑步者跑步的距离，结合跑步的总时间可计算出平均速度。
图18是计算机上的IC卡控制器运行的主程序的流程图。其中的F是高级用户设定的变量值，用户卡中的能量值转换成时间值后如果小于或等于F中记录的时间值，说明卡中的能量值快用完了，提醒用户保存数据并关机。H是限定用户一次连续使用计算机的最长时间。如果用户一次连续使用计算机的时间大于过等于H中记录的时间值，就通知用户待机，延时一段时间后，如果计算机仍未处于待机状态，则计算机上安装的IC卡控制器控制，强行使计算机进入待机状态。J是用户卡中的能量值转换成时间值后必须大于或等于J中记录的时间值才允许用户开机。E是记录用户一次连续使用计算机的时间。K是限定最底待机时间的变量，当计算机进入待机状态后，只有待机K分钟才允许用户开机。
图19是将IC卡中的信息导入计算机中的子程序C1的流程图。
图20是根据IC卡中的信息控制计算机可否被使用的子程序C2的流程图。其中B用来判断IC卡中的“计费区”中所充数值是否已用完，当B＝1时说明“计费区”中所充数值是已用完，当B＝0时说明“计费区”中所充数值是未用完。
图21是图20中应用的中断服务程序PZ1的程序流程图。
图22是具体控制计算机的子程序C21的程序流程图。
图23是“延时子程序D”的流程图。
图24是电源指示灯状态查询子程序C3的流程图。
图24中的N和M用于限定读取电源指示灯状态的次数。当“R1＝1”时说明计算机处于开机状态，当“R1＝2”时说明计算机处于关机状态，当“R1＝3”时说明计算机处于待机状态。只需要判断R1的值就能确定计算机的状态。
图25是IC卡中的能量用完时关机的子程序C21的流程图。
具体实施例方式
图1中IC卡控制器(1)安装于计算机上，IC卡控制器(1)连接并控制输入单元(2)、显示单元(3)、发音单元(4)、串行接口(5)、时钟(6)、开关电路(10)、开关电路(11)、光电开关(12)，IC卡控制器(1)可通过串行接口(5)与计算机通信，开关电路(10)并联在电源开关(7)与主板连接的线路(25)和线路(26)之间，开关电路(11)串联在电源开关(7)与主板连接的线路(26)上，光电开关(12)的输入端串联在电源指示灯(8)与主板连接的线路(27)上，光电开关(12)的输出端连接IC卡控制器(1)。IC卡控制器(15)连接并控制输入单元(16)、显示单元(17)、发音单元(18)、健身器控制器(19)、串行接口(20)、传感器单元(21)、时钟(23)。传感器单元(21)中含有多个传感器，依据不同的健身器械含有测量角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息的传感器。IC卡控制器(15)将传感器采集到信息处理后存入IC卡(24)中，并可通过与计算机连接的IC卡控制器(1)将IC卡(24)中的信息传入计算机中，或根据IC卡(24)中的信息控制计算机。
图2中采用单片机(31)作为控制单元，P1.0作为电源短路检测输入连接电源控制电路(32)。P1.1作为IC电源控制端，连接电源控制电路(32)。IC卡插座(33)是IC卡的插入装置，它一般有5个信号接口端，其中电源端由电源控制电路(32)输入，时钟(SCL)连接P1.2，数据传送端连接P1.3，IC卡插座(33)上还一个有/无卡信号输出端，连接到P1.4。通过74LS373扩展了一片数据内存6116作为存储单元(310)，单片机(31)的引脚ALE连接74LS373的引脚G，74LS373的引脚OE接地，单片机(31)的端口P0连接74LS373的引脚D0～D7和6116的引脚D0～D7。单片机(31)的引脚P2.7连接6116的引脚CE。单片机(31)的引脚WR连接6116的引脚WE。单片机(31)的引脚RD连接6116的引脚OE。单片机(31)的引脚P2.0～P2.2连接6116的引脚A8～A10。74LS373的引脚Q0～Q7连接6116的引脚A0～A7。通过电源电平转换芯片MAX232(37)扩展了一个串行接口(20)，可通过串行接口(20)连接计算机。输入单元(16)中包括两个按键它们分别连接单片机(31)的P3.2、P1.5。发音单元(18)连接单片机(31)的P3.4。扩展了一片含I2C接口的芯片PCF8573作为时钟(23)，扩展了一片含I2C接口的芯片PCF8591作为A/D转换器(321)，A/D转换器(321)连接传感器(322)，扩展了一片含I2C接口的芯片SAA1064作为LED驱动器(17)，用于数据显示。PCF8573、PCF8591、SAA1064的数据引脚和时钟引脚分别连接单片机(31)的引脚P1.3和P1.2。当所述健身器械是靠电力驱动的健身器械时(如跑步机)，所述“健身器控制器”是继电器，继电器控制健身器械的电源，单片机(31)通过引脚P1.7控制继电器(313)ONOFF动作，从而控制健身器械的开启或关闭；当所述健身器械是非电力驱动的健身器械时，所述“健身器控制器”是电控锁，电控锁控制健身器械上运动部分的连接轴，单片机(31)通过引脚P2.3通过光电开关(311)控制电控锁(312)的开启或关闭动作，从而控制健身器械可否被使用单片机(31)通过引脚P2.4接收电控锁(312)反馈回来的状态，用于判断电控锁(312)是开启还是关闭。通过74LS245扩展了一个光电编码器(314)，单片机(31)的引脚P2.5连接74LS245的引脚DIR，单片机(31)的引脚P2.6连接74LS245的引脚E，单片机(31)的端口P0连接74LS245的引脚A0～A7，74LS244的引脚B0～B7连接光电编码器(314)的输出端，光电编码器(314)用于测量健身器械上的角度变化或位移变化，当光电编码器(314)中应用的是码盘时，可用于测量角度，当光电编码器(314)中应用的是码尺时，可用于测量位移。单片机(31)的引脚P3.5连接光电传感器(315)，它安装在健身器械上旋转的轴(如跑步机上带动跑步面运动的轴)处，所述轴上安装一个带孔的圆盘，轴转动时同时带动所述圆盘转动，光电传感器(315)检测所述圆盘旋转时，圆盘上的孔经过的次数，每经过一次，光电传感器(315)产生一个脉冲，说明所述轴旋转了一周，单片机(31)记录传入的脉冲个数，就能记录所述轴旋转的圈数，从而判断跑步者跑步的距离。光电编码器(314)、光电传感器(315)和A/D转换器(321)连接的传感器(322)都是图1中的传感器单元(21)中所包含的传感器。
图3中采用单片机(41)作为控制单元，P1.0作为电源短路检测输入连接电源控制电路(42)。P1.1作为IC电源控制端连接电源控制电路(42)，IC卡插座(43)是IC卡的插入装置，它一般有5个信号接口端，其中电源端由电源控制电路(42)输入，时钟(SCL)连接P1.2，数据传送端连接P1.3，IC卡插座(43)上还一个有/无卡信号输出端，连接到P1.4。通过74LS373扩展了一片程序内存27256和作为存储单元(410)，单片机(41)的引脚ALE连接74LS373的引脚LE，74LS373的引脚OE接地，单片机(41)的端口P0连接74LS373的引脚D0～D7和27256的引脚D0～D7。单片机(41)的引脚PSEN连接27256的引脚OE，27256的引脚CE接地，单片机(41)的引脚P2.0～P2.6连接27256的引脚A8～A14，74LS373的引脚Q0～Q7连接27256的引脚A0～A7。通过电源电平转换芯片MAX232(47)扩展了一个串行接口(5)，可通过串行接口(5)连接计算机，与计算机通信。输入单元(2)中包括3个按键它们分别连接单片机(41)的引脚P3.2、P3.3、P1.5。发音单元(4)连接单片机(41)的P3.4。扩展了一片含I2C接口的芯片PCF8573作为时钟(6)，扩展了一片含I2C接口的芯片24C256作为数据存储器(44)，扩展了一片含I2C接口的芯片SAA1064作为LED驱动器(3)，用于数据显示。PCF8573、PCF8591、SAA1064的数据引脚和时钟引脚分别连接单片机(41)的引脚P1.3和P1.2。
图4中光电开关(52)的输入端串联在电源指示灯(8)的与主板连接的一条引线(53)上，引线(51)连接图3中单片机(41)的P3.7。当主板控制电源指示灯(8)发光或闪烁时，引线(53)上的电流也会发生变化，光电开关(52)的输出的信号也会发生变化，单片机(41)根据这个变化判断计算机的状态。
图5中当继电器(64)作为图1中的开关电路(10)时，引线(61)连接图3中单片机(41)的P3.6，继电器(64)的输出端引线(62)和引线(63)并联在计算机与电源开关连接的引线上。继电器(64)作为图1中的开关电路(11)时，引线(61)连接图3中单片机(41)的P3.5，继电器(64)的输出端引线(62)和引线(63)串联在计算机与电源开关连接的引线上。通过控制引线(61)上信号的变化，控制计算机电源开关的导通与关闭。
图6中光电开关(73)作为图1中的开关电路(10)时，引线(71)连接图3中单片机(41)的P3.6，光电开关(73)的输出端引线(72)和引线(74)并联在计算机与电源开关连接的引线上。光电开关(73)作为图1中的开关电路(11)时，引线(71)连接图3中单片机(41)的P3.5，光电开关(73)的输出端引线(72)和引线(74)串联在计算机与电源开关连接的引线上。通过控制引线(71)上信号的变化，从而控制计算机电源开关的导通与关闭。
图7中健身器械中的连接轴上安装电控锁的结构示意图，一般健身器械都是一个整体，各部分都是相互关联的，只要控制其中一部分不可以运动，就能控制整个健身器械不可以被用户使用。一般健身器械的各个部分都是通过连接轴连接，只要控制连接轴可否转动，就能控制健身器械可否转动。连杆(82)与外轴(84)连接，连杆(83)与内轴(87)连接，内轴(87)上固定有电控锁(88)，外轴(84)上有凹槽(85)。电控锁(88)关闭时锁头(86)伸出，当锁头(86)伸入凹槽(85)中时，连接轴(81)不可被转动，从而控制健身器械不可被使用。电控锁(88)打开时锁头(86)收回到电控锁中，连接轴(81)可以被转动，使健身器械可被使用。
图8中通过轴(93)和轴(98)的转动带动跑步面(92)运动，跑步机下面安装有测力量传感器(97)，当用户站在跑步机上时，测得的力量信息减去跑步机的重量，得到的就是用户的体重。轮盘(94)固定在轴(93)上，并与轴(93)是同心圆，轮盘(94)上有孔(95)，轴(93)上还固定有光电传感器(96)，光电传感器(96)通过检测轮盘(94)上的孔(95)转过的次数，就能测得轮盘(94)旋转的圈数，也就是轴(93)旋转的圈数，根据旋转的圈数确定跑步的距离。
图9中手柄(301)连接测力量传感器(302)，测力量传感器(302)固定在杆(303)上，杆(303)固定在轮(304)上，轮(304)通过轴(305)固定在底座(306)上，在轴(305)处还固定有绝对编码器(308)，用于检测杆(303)转过的角度。摩擦片(307)与轮(304)接触，并对其产生摩擦力(阻力)。这是一个锻炼用户手臂拉力的健身器械，用户可握住手柄(301)向箭头(309)方向拉动，从而带动轮(304)转动，绝对编码器(308)可测得轮(304)转过的角度，从而检测杆(303)的绝对位置。摩擦片(307)对轮(304)产生的摩擦力，使用户感到费力。测力量传感器(302)在用户拉动手柄(301)向箭头(309)方向拉动时，时时测得拉力。根据健身器械初始时杆(303)绝对位置和用户拉动后的绝对位置差以及杆(303)的长度，可计算出用户拉动手柄(301)时手臂收缩的距离，因为杆(303)在用户的拉动过程中，力臂会不断变化，这样测得的力也会不断变化，所以须对具体的健身器械设定一个参数，用于在计算锻炼所消耗的能量时使用。
图10中首先初始化R0、G、L、D＝0、A、B＝0(101)，然后控制单元控制电控锁或继电器打开健身器控制器(102)，然后设置定时器计时中断服务程序(Z1)矢量地址(103)，然后设置并激活定时器开始计时(104)，然后读取IC卡中“肌肉信息区”中记录的与此健身器相关的“相关肌肉信息”到IC卡控制器所连接的存储单元中(105)。然后判断B＝1？(106)，当B＝1时说明所述IC卡中“计费区”中所充数值已用完，就调用子程序J1(108)，用于将计算的能量与肌肉力量存入IC卡中的相应位置，并结束程序；当B＝0时说明“计费区”中所充数值是未用完，程序继续运行，用户可继续使用健身器械。然后判断用户是否要结束锻炼(107)，如果结束则调用子程序J1(108)，然后结束程序，否则继续执行程序。采集健身器械上的传感器信息，采集模拟量输入通道地址G处的信息(109)，如果是测力量传感器则调用子程序J2(1012)，如果是角度或位移传感器则调用子程序J3(1011)，然后循环采集下一路模拟量输入通道地址。
图12中首先判断采集的力量值为0？(121)，如果是，返回，否则判断力量值大于@R0？(122)，用于判断采集的力量值是否大于以前此测力量传感器采集的力量值，如果是，则用采集的力量值替换以前此测力量传感器采集的力量值，力量值替换@R0(123)。然后判断力量值大于A？(124)，如果大于，就力量值替换A中的值(125)，最后返回。
图13中当在一次运动周期内传感器测得的角度或位移变大时“D＝0”，当达到最大值时，通过调用子程序J31计算此次运动周期内消耗的能量，并使“D＝1”，以确保在此次运动周期内不重复计算并累加能量。只有在下一个运动周期内，当传感器测得的角度达到最大值时才再次调用子程序J31计算所消耗的能量。具体执行过程是首先判断采集的角度或位移值为0？(131)，如果是，返回，否则判断角度或位移值大于@R0？(132)，用于判断采集的角度或位移值是否大于以前此传感器采集的值，如果是，则判断D＝0？(133)，如果D等于0，则调用子程序J31(134)，然后使D＝1(136)，然后用采集的值替换以前此传感器采集的值，角度或位移值替换@R0(136)。如果判断D＝0？(133)，D不等于0，则转到角度或位移值替换@R0(136)处。如果判断角度或位移值大于@R0？(132)为否，则使D＝0(135)，然后转到角度或位移值替换@R0(136)处执行，最后返回。
图14中首先根据采集到的力量、角度、位移、距离、速度的“有效信息”，结合具体健身器械计算出能量信息(141)，然后将能量信息累加到“L”中(142)，因每种健身器械的结构都不同，所以每种健身器械都有一个参数，计算用户在一个运动周期内所消耗的能量时也要结合具体健身器械上的参数进行计算，根据采集到的最大力量信息结合具体健身器械中的“传感器信息库”计算出用户的“相关肌肉”力量信息(143)；如果是速度类健身器(如跑步机)则通过采集跑步距离和用户的体重，结合具体健身器械计算出能量信息，根据采集到的体重信息结合具体健身器械中的“传感器信息库”计算出用户的“相关肌肉”力量信息。如果计算出的肌肉力量信息大于存储单元中记录的用户的“相关肌肉”力量信息(144)，则计算出的肌肉力量信息替换存储单元中记录的用户的“相关肌肉”力量信息(145)，否则不替换，然后将根据采集到的力量、角度、位移、距离、速度的“有效信息”的值清0(146)，最后返回。
图16中首先削减IC卡中的“计费区”中一定量的数值(161)，然后判断IC卡中的“计费区”中数值≤0？(162)，如果是，说明用户的IC卡中的“计费区”所充的值已用完，则使B＝1(163)，提供其它程序判断用，否则不使B等于1，最后返回。
图17中首先通过安装在跑步机下面的测力量传感器测量并记录用户的体重(171)，通过读取IC卡控制器所连接的时钟日历芯片得到并记录开始锻炼的时间(172)。然后测量并记录旋转的圈数(173)，通过跑步机上连接的传感器测量跑步机上的轴旋转的圈数。并判断B＝1？(174)，如果B等于1则说明用户的IC卡中的“计费区”所充的值已用完，或用户结束锻炼，程序则转到记录结束锻炼的时间(176)处执行，然后根据“旋转的圈数”计算跑步的的距离，根据开始与结束的时间差计算得出“跑步时间”(177)，得出跑步的总时间。然后根据用户的体重和跑步的距离计算出所消耗的能量并累加到“L”中(178)，并根据用户的体重计算用户腿部的肌肉力量(179)，然后比较计算出的用户腿部的肌肉力量是否大于读取到存储单元中的IC卡中记录的“相关肌肉信息”(1710)，如果大于则刚计算出的信息替换读取到存储单元中的IC卡中记录的“相关肌肉信息”(1711)，否则不替换，最后返回。
图18中首先读取所述IC卡中的“标志字”用于判断持卡者是什么用户，判断是否为高级用户？(181)，如果是就开启图1中的开关电路(11)，使用户可以开启计算机(182)，高级用户可以设置E、F、H、J、K的值(184)，然后通过调用子程序C3(185)判断是否计算机关机？(186)，如果关机，退还IC卡并结束；如果是普通用户，判断用户是将IC卡中的信息导入PC？(187)，如果是则调用子程序C1(188)。如果不将IC卡中的信息导入PC，就判断用户是否想利用卡中的信息控制PC？(189)，如果是则调用子程序C2(1810)。
图20中首先初始化B＝0(201)，然后读取IC卡中记录的能量信息并换算成时间值存入变量Z(202)，然后比较变量Z＜J？(203)，如果是则提示用户时间不够不能开机(204)，然后返回，如果Z不小于J，则发出指令允许用户开机(205)，然后调用子程序C3(206)，查询计算机的状态，如果计算机关机，继续查询则，如果计算机出于开机状态，则设置定时器计时中断服务程序(PZ1)矢量地址(208)，然后设置并激活定时器开始计时(209)，然后调用子程序C21(2010)具体控制计算机，最后返回。
图21中首先削减IC卡中的“记录能量区”中一定量的数值(211)，然后判断IC卡中的“记录能量区”中数值≤0？(212)，如果是，说明用户的IC卡中的“记录能量区”的能量值已用完，使B＝1(214)，提供其它程序判断用，否则不使B等于1，最后返回，如果IC卡中的“记录能量区”中数值是大于0，则E＝E+1(213)，提供给程序C21用户连续使用计算机的时间，最后返回。
图22中首先读取卡中的能量信息并换算成时间值存入变量Z(221)，然后判断Z≤F？(222)，如果小于等于就提醒用户所省时间不多(223)，然后调用子程序C3(224)判断计算机的状态，如果待机则等待用户开机，如果关机则返回调用它的程序，否则继续执行，然后判断E≥H？(229)，如果是，则说明用户连续使用计算机的时间已经达到高级用户设顶的时间了，先关闭定时器(2212)，并使E＝0(2213)，然后通知用户待机(2214)，在调用延时子程序(2215)后，调用子程序C3(2216)判断计算机的状态，如果计算机处于待机状态，调用延时子程序D(2219)，延时K分钟后，就开启图1中的开关电路(11)，允许用户开机(2220)，无论用户开机或关机都激活定时器(2224)，并返回本程序开始处继续执行，如果E小于H，就判断B＝1？(2210)，如果B等于1，就调用子程序C211(2211)，否则返回本程序开始处继续执行。
图24中首先读取电源指示灯状态(241)，然后判断指示灯状态(242)，如果指示灯是亮的，然后初始化N的值(243)，然后进入循环，循环N次，每次都读取电源指示灯状态(244)，并判断指示灯状态是亮还是灭，如果循环完N次，指示灯还是亮的，就使R1＝1(247)说明计算机处于开机状态，然后返回，如果在N次循环中，指示灯变灭，则退出循环，初始化M的值(248)，然后进入另一个循环，循环M次，每次都读取电源指示灯状态(249)，并判断指示灯状态是亮还是灭，如果指示灯是灭的，则继续循环，当循环完M次后，使R1＝2(2412)说明计算机处于关机状态，然后返回，如果果在M次循环中，指示灯变亮，则退出循环，使R1＝3(2413)说明计算机处于待机状态，然后返回，在程序开始时如果指示灯是灭的，其执行过程同前面的过程基本原理相同。
权利要求
1.健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，它主要包括安装有IC卡控制器的健身器械，健身器械上还安装有、传感器单元、输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟、健身器控制器，它们都连接IC卡控制器，所述IC卡控制器包含有控制单元、IC卡接口、存储单元；安装有IC卡控制器的计算机，健身器械上的IC卡控制器将传感器单元测量的信息处理后存入IC卡中，计算机上的IC卡控制器可将IC卡中记录的信息传入计算机中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是安装于所述健身器械上的传感器单元，包括一个或多个传感器，传感器安装于健身器械中产生角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息的位置，安装的个数、类型、安装的方式和方法依据不同的健身器械而不同，所述传感器单元，用于测量用户通过所述健身器械时，测量健身器械在用户的驱动下或健身器械自身运转中，健身器械中的角度变化、力量变化、位移变化、旋转圈数、速度信息的信息，这些信息反映了用户锻炼时的情况。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述健身器械上的串行接口单元，可以与计算机进行通信，将健身器械上的传感器测得的信息传入计算机中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述“健身器控制器”控制健身器械可否被使用，当健身器械是电力驱动的时，所述“健身器控制器”是继电器，它控制健身器械的电源；当健身器械不是电力驱动的时，所述“健身器控制器”是电控锁，它控制健身器械的运动部分，从而控制健身器械可否被使用。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述系统还包含一种使健身器械与游戏关联的方法，方法是所述健身器械上的IC卡控制器中的控制单元控制IC卡接口和存储单元，用户的IC卡可插入所述IC卡接口中，通过IC卡控制器连接的传感器单元测得的健身器械在用户的驱动下或健身器械自身运转中，健身器械中的角度变化、力量变化、位移变化、速度信息、旋转圈数，经控制单元处理后，生成“用户信息”，并存入存储单元中，当用户锻炼完后，可通过输入单元控制IC卡控制器将存储单元中存储的“用户信息”，存入用户插入的IC卡中，用户锻炼完后将IC卡插入所述计算机上的IC卡控制器中，IC卡控制器可将IC卡中记录的信息通过其所连接的串行接口传入计算机中，供游戏软件设定游戏角色的能力、级别等。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述每台健身器械都有与之对应的传感器信息库和与传感器信息库对应的ID号，这个传感器信息库和与传感器信息库对应的ID号存储于健身器械上的IC卡控制器中，或固化在程序中，传感器信息库中记录的是与之对应的健身器械上的每个传感器的传感器信息，传感器信息包括传感器的模拟量输入通道地址、传感器的类型、肌肉信息、比例信息，如果传感器是测力类传感器，所述“肌肉信息”代表的是传感器所测得的信息是用户身体上哪几部分肌肉用力驱动健身器械时促使传感器产生的，因为传感器测得的信息随这几部分肌肉用力的增大而增大，所以这几部分肌肉中的每部分肌肉用力的大小都与传感器测得的信息有一定的比例关系，所述“比例信息”记录的就是着个比例关系，如果传感器是测量角度或位移类传感器，所述“肌肉信息”代表的是传感器所测得的信息是用户身体上哪几部分肌肉伸缩驱动健身器械时促使传感器产生的，因为传感器测得的信息随这几部分肌肉伸缩距离的增大而增大，所以这几部分肌肉中的每部分肌肉伸缩距离的大小都与传感器测得的信息有一定的比例关系，所述“比例信息”记录的就是着个比例关系。
7.根据权利要求5所述的使健身器械与游戏关联的方法，其特征是所述生成“用户信息”的方法是根据采集到的力量、角度、位移、距离的“有效信息”、速度信息、旋转圈数以及锻炼的时间长短，将采集的力量信息结合角度或位移信息并结合具体健身器械计算出消耗的能量信息，如果是速度类健身器(如跑步机)则通过用户的体重和跑步的距离计算出消耗的能量信息，生成能量值存入控制单元的存储器中，对每次的能量值进行累加，根据采集到的“最大力量信息”结合具体健身器械中的“传感器信息库”计算出用户的“相关肌肉”力量信息，并与从IC卡中读取到存储单元中的这几部分肌肉的力量信息比较，将这几部分肌肉的最大力量存入存储单元的相应位置，用户锻炼完后，通过输入单元的控制，可将所述存储单元中记录的能量值和所测得的几部分肌肉的最大力量信息存入用户插入的IC卡中的相应位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述系统还包含一种控制方法将所述传感器测得的力量、角度、位移、距离的“有效信息”、速度信息、旋转圈数以及锻炼的时间长短和传感器信息库或与传感器信息库对应的ID号记录到IC卡中，通过计算机上的IC卡控制器，传入计算机中，也可直接通过所述健身器械上的IC卡控制器连接的串行接口传入计算机中。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述系统中的IC卡内的存储空间分配，用户的IC卡以地址划分为“标志字”、“计费区”、“记录能量区”、“肌肉信息区”四部分，“肌肉信息区”又可分为N个区，每个区记录人体一部分肌肉的最大力量信息，“标志字”用来区分持卡者是否为高级用户，“计费区”是用户在健身房健身前，由健身房对用户的“计费区”进行充值，只有将“计费区”进行充值的IC卡才可启动健身房中的健身器械，“记录能量区”用来记录用户锻炼所消耗的能量。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述计算机上安装的IC卡控制器，还控制着计算机的电源开关，方法是在计算机的电源开关线路上串联和并联各一个开关电路，通过IC卡控制器控制电源开关线路上串联的开关电路的开关以及开关的时间，可控制电源开关是否可被用户使用，通过控制电源开关线路上并联的开关电路的开启或关闭，可控制计算机进入关机、休眠、待机状态，在电源开关指示灯的线路上串联了一个光电开关，电源指示灯的线路串联的光电开关的输入端，计算机上的IC卡控制器连接光电开关的输出端，通过检测光电开关的输出信号可知计算机所处的状态(开启、关闭、休眠或待机)。
全文摘要
本发明涉及健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，特别涉及健身器与计算机和游戏相结合的方法和使用该方法的系统，它主要包括安装有IC卡控制器的健身器械，健身器械上还安装有测量健身器械变化的传感器单元，传感器单元连接IC卡控制器，健身器械上还安装有输入单元、显示单元、发声单元、串行接口单元、时钟、健身器控制器，健身器械上的IC卡控制器将传感器单元测量的信息处理后存入IC卡中，计算机上的IC卡控制器可将IC卡中记录的信息传入计算机中，或根据IC卡中的信息控制计算机。
文档编号G06K7/00GK1766894SQ200410086259
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月29日 优先权日2004年10月29日
发明者米利恒 申请人:米利恒