[发明专利]一种哑铃运动的识别计数方法及其装置

摘要

本发明公开了一种哑铃运动的识别与计数方法及其装置。装置的硬件包括三轴加速度传感器模块、微控制器模块、显示模块、蜂鸣器模块、电源模块、按键模块共六个模块。采用差分方法突出加速度信号的变化特性，再根据预先设置好的阈值自动判断是否是一次真正的哑铃运动信号，并自动识别哑铃运动的起始点时刻和结束点时刻。采用FIR低通滤波分离出重力加速度信号，再从原始信号中减去重力加速度信号，得到运动加速度信号，然后对运动加速度信号进行归一化处理，提取12个特征值。最后采用决策树‑KNN算法对哑铃运动类型进行识别，只要正确识别到一次有效运动，蜂鸣器便响一声以进行提示，同时在液晶屏上显示对应哑铃运动类型的计数及总数。

主权项

1.一种哑铃运动的识别计数方法及其装置，其特征在于，装置的硬件包括三轴加速度传感器模块、微控制器模块、显示模块、蜂鸣器模块、电源模块、按键模块共六个模块，其装置的特征在于：(1)传感器模块连续采集哑铃的三轴加速度信号，并将数据传给微控制器模块；(2)微控制器模块对采集到的三轴加速度信号数据进行处理、分析，识别哑铃运动类型；(3)微控制器模块每成功识别一次有效运动后，将识别出的运动类型所对应的计数值及总计数值加1，并且使蜂鸣器模块响一声进行提示；(4)显示模块采用液晶显示屏，循环显示五种运动类型的计数值及总计数值；(5)电源模块给整个装置供电，实时检测电池电压及电量，当电压过低、电量不足时，指示灯闪烁报警进行提示，然后自动关闭电源，保护电池，避免过放电；(6)按键模块包括开机/关机按键、重新开始计数按键，开机键和关机键为同一按键，开机状态下长按关机键装置才会关机；哑铃运动的识别与计数方法包含以下步骤：步骤一，由三轴加速度传感器模块采集哑铃在三维空间中x、y、z三个方向的加速度信号，得到三个方向的加速度数据；步骤二，对三个方向的加速度数据进行预处理，采用差分方法突出加速度的变化特性，再根据预先设置好的阈值自动判断是否是一次真正的哑铃运动信号，并自动识别哑铃运动的起始点时刻和结束点时刻；如果加速度变化量小于阈值，则将本次采集信号视为噪声干扰信号而过滤掉，不作处理，跳转到步骤九；如果加速度变化量大于等于阈值，则自动判断哑铃运动的起始点和结束点，然后进入步骤三；步骤三，分别对三个方向的加速度信号进行FIR低通滤波处理，得到三个方向的重力加速度信号；步骤四，分别将三个方向的加速度信号减去各自对应的重力加速度信号，得到分离过后的运动加速度信号；步骤五，以三个方向的最大运动加速度值作为归一化因子，分别对三个方向的运动加速度信号进行全局归一化处理；步骤六，分别对三个方向归一化后的运动加速度数据求取能量、最大值、最小值和绝对值均值，共得到12个特征值；步骤七，采用K最近邻(k‑Nearest Neighbor，简记为KNN)分类算法和决策树算法相融合的方法，将步骤六中得到的12个特征值与事先保存好的五种哑铃运动的特征数据集进行比对，识别运动类型；五种哑铃运动类型包括坐姿哑铃弯举、俯身单臂哑铃划船、坐姿哑铃推肩、直立哑铃交替弯举、直立哑铃前平举；如果匹配成功，则跳转到步骤八；如果五种哑铃运动类型都匹配失败，则跳转到步骤九；步骤八，将匹配成功的运动类型所对应的计数值及总计数值加1，跳转到步骤十；步骤九，丢弃本次加速度数据，五种哑铃运动类型计数值及总计数值保持不变；步骤十，返回步骤一，继续下一次的采集与分析。