[发明专利]一种智能健身运动手环

权利要求书

1.一种智能健身运动手环，其特征在于：包括控制模块、健身动作姿态模块、心率采集模块、充电模块和蓝牙通讯模块，所述健身动作姿态模块、心率采集模块、充电模块和蓝牙通讯模块分别与控制模块连接，所述控制模块通过蓝牙通讯模块与移动终端进行通讯；

所述健身动作姿态模块，用于检测健身者运动动作；

所述心率采集模块，用于采集健身者运动过程中的心率数据；

所述充电模块，用于计算电池电量，并供用户完成充电；

所述控制模块，用于接收健身动作姿态模块和心率采集模块采集的数据，并对采集的数据进行分析，得到健身者运动动作的标准性和运动强度中心率的适合性；

所述蓝牙通讯模块，用于将控制模块的分析数据传输到移动终端；

所述移动终端，用于根据分析数据完成个性化科学健身指导；

所述健身动作姿态模块采用了MPU6050六轴传感器芯片，MPU6050六轴传感器芯片用于通过三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪采集健身者运动时的数据，MPU6050六轴传感器芯片的每个轴分别对应有一个十六位的A/D转换器；当MPU6050六轴传感器芯片处于正常工作状态时，其内部的三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪分别采集x，y，z三轴上由健身动作引起的电压值变化，通过A/D转换，将其转换为数字信号，最后再通过I²C总线将数据传送到控制模块；

健身动作姿态模块读取三个方向上的加速度速度和三个方向上的角速度数据，经过改进的卡尔曼滤波算法滤波处理后，将三个加速度数据值与三个角速度数据值结合，并采用峰谷检测算法计算得出波峰与波谷值，当出现一对峰谷时，判断峰谷之差是否在设置的阈值范围内，以及判断峰谷之间的时间差是否在时间窗口内，若峰谷之差在设置的阈值范围，且峰谷之间的时间差在时间窗口内，计数加一，健身动作姿态模块停止读取数据，否则，健身动作姿态模块继续读取三个方向上的加速度速度和三个方向上的角速度数据；

所述改进的卡尔曼滤波算法，具体为：假设加速度计读取的当前值为Racc，陀螺仪读取的旧值为Rgyro，用一个加权平均值，如下：

Rest(n)＝(Racc*w1+Rgyro*w2)/(w1+w2) (3)

将式(3)等号右边分子分母同时除以w1，简化为：

Rest(n)＝(Racc*w1/w1+Rgyro*w2/w1)/(w1/w1+w2/w1) (4)

令w2/w1＝wGyro，得到：

Rest(n)＝(Racc+Rgyro*wGyro)/(1+wGyro) (5)

其中，wGyro表示对加速度计和陀螺仪的相信程度。

2.根据权利要求1所述的一种智能健身运动手环，其特征在于：所述控制模块采用Arduino单片机，Arduino单片机是基于开放源代码的USB接口板，核心是ATmega168，具有14路数字输入/输出口、8路模拟输入、一个16MHz晶体振荡器、一个mini-B USB接口、一个ICSPheader和一个复位按钮。

3.根据权利要求1所述的一种智能健身运动手环，其特征在于：所述wGyro通过测试确定，范围为5-20。

4.根据权利要求1所述的一种智能健身运动手环，其特征在于：所述心率采集模块采用心率传感器，心率传感器包括红色发光二极管和受光窗，红色发光二极管发出的光线通过皮肤表面照射在受光窗，当皮肤表面的血流量随心脏跳动而改变时，红色发光二极管通过皮肤表面到达受光窗的光线也随之改变，这样光电流也发生波动性变化，从而采集到心脏脉搏信号；其中，心率传感器的芯片引脚输出波动的电压信号，经放大器的反相输入端放大，并用电容组成的双极性耦合电容将干扰信号隔离；通过RC低通滤波器去除高频信号，截止频率为3.33Hz，通过电压比较器，将信号转换为方波信号输入控制模块；通过电位器调节电压比较器的参考电压，以消除不同人体皮肤的差异性。

5.根据权利要求1所述的一种智能健身运动手环，其特征在于：所述心率采集模块采集健身者运动过程中的心率数据，利用心率与运动强度成正比的关系，计算出健身者的运动强度。