本發(fā)明公開涉及智能穿戴式設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種運動健康管理平臺及運動智能裝備。

背景技術(shù)：

“穿戴式智能設(shè)備”是應用穿戴式技術(shù)對日常穿戴進行智能化設(shè)計、開發(fā)出可以穿戴的設(shè)備的總稱，如眼鏡、手套、手表、服飾及鞋等。目前，監(jiān)測人體運動和健康普遍依靠運動手環(huán)或者智能手表，但是運動手環(huán)和智能手表大多只能監(jiān)測運動步數(shù)、運動距離、燃燒的卡路里、睡眠時間、睡眠質(zhì)量等有限的單一數(shù)據(jù)，無法獲得多維的、豐富的數(shù)據(jù)；而且這些數(shù)據(jù)最終大多數(shù)僅做展示之用，并未做更多的數(shù)據(jù)功能的挖掘。

由此可見，目前的“穿戴式智能設(shè)備”功能過于單一，無法滿足熱愛運動用戶的需求，無法指導用戶科學鍛煉。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決相關(guān)技術(shù)中存在的功能過于單一的問題，本公開提供了一種運動健康管理平臺及運動智能裝備。

一種運動健康管理平臺，包括：運動智能裝備及移動終端；所述運動智能裝備，包括主控制單元和第一傳感器單元；所述第一傳感器單元包括：微控制器，與所述微控制器連接的慣性傳感器模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊，所述無線傳輸模塊還與所述主控制單元連接；所述慣性傳感器模塊獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)并存儲在所述存儲模塊，所述微控制器調(diào)取所述存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)并通過所述無線傳輸模塊傳輸至所述主控制單元，再通過所述主控制單元傳輸至所述移動終端；所述移動終端，獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)計算得到人體姿態(tài)數(shù)據(jù)，并展示人體姿態(tài)。

在其中一個實施例中，所述運動智能裝備還包括與所述主控制單元連接的第二傳感器單元；所述第二傳感器單元包括微控制器，與所述微控制器連接的慣性傳感器模塊、人體健康監(jiān)測傳感模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊；

所述人體健康監(jiān)測傳感模塊獲取健康數(shù)據(jù)并存儲在所述存儲模塊，所述微控制器調(diào)取所述存儲模塊中的健康數(shù)據(jù)并通過所述無線傳輸模塊傳輸至所述主控制單元，再通過所述主控制單元傳輸至所述移動終端；所述移動終端獲取健康數(shù)據(jù)并展示。

在其中一個實施例中，所述慣性傳感器模塊包括：陀螺儀、加速度計以及磁強計；所述陀螺儀獲取角運動數(shù)據(jù)，所述加速度計獲取線性加速度，所述磁強計檢測磁偏航。

在其中一個實施例中，所述慣性傳感器模塊還包括：第一級卡爾曼濾波器和第二級卡爾曼濾波器；

所述第一級卡爾曼濾波器使用所述加速度計對翻滾角和俯仰角做觀測修正，所述第二級卡爾曼濾波器使用所述磁強計對偏航角做觀測修正。

在其中一個實施例中，所述第一傳感器單元和/或所述第二傳感器單元還包括：環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊，并獲取環(huán)境數(shù)據(jù)。

在其中一個實施例中，所述移動終端包括3D還原處理模塊和3D姿態(tài)顯示模塊；所述3D還原處理模塊對獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)還原處理，并把得到的3D還原數(shù)據(jù)傳輸至3D姿態(tài)顯示模塊，所述3D姿態(tài)顯示模塊展示人體姿態(tài)。

在其中一個實施例中，所述移動終端預設(shè)人體運動軌跡，把獲取到的姿態(tài)數(shù)據(jù)與預設(shè)的人體運動軌跡進行比較分析，并得到反饋信息。

在其中一個實施例中，所述移動終端預設(shè)人體安全數(shù)據(jù)，把獲取到的健康數(shù)據(jù)與預設(shè)的人體安全數(shù)據(jù)進行比較分析，并得到人體健康預警數(shù)據(jù)。

在其中一個實施例中，所述移動終端預設(shè)環(huán)境安全數(shù)據(jù)，把獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)與預設(shè)的環(huán)境安全數(shù)據(jù)進行比較分析，并得到運動環(huán)境預警數(shù)據(jù)。

一種運動智能裝備，包括運動裝備主體，以及嵌設(shè)在所述運動裝備主體的主控制單元、第一傳感器單元和第二傳感器單元；所述第一傳感器單元包括：微控制器，與所述微控制器連接的慣性傳感器模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊，所述無線傳輸模塊還與所述主控制單元連接；所述第二傳感器單元包括微控制器，與所述微控制器連接的慣性傳感器模塊、人體健康監(jiān)測傳感模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊；

所述慣性傳感器模塊獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述人體健康監(jiān)測傳感模塊獲取健康數(shù)據(jù)存儲在所述存儲模塊，所述微控制器調(diào)取所述存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)和健康數(shù)據(jù)并通過所述無線傳輸模塊傳輸至所述主控制單元，再通過所述主控制單元傳輸至所述移動終端。

本公開的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

采用本方案的運動健康管理平臺，包含運動智能裝備、移動終端兩個部分，可用于戶外運動、健身房訓練、體能訓練和專項體育運動等場景，通過監(jiān)測結(jié)果可獲得人體姿態(tài)的展示，實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)綜合指導用戶更好的健康鍛煉，達到了功能豐富的目的。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并于說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是一示例性實施例示出的運動健康管理平臺的示意圖；

圖2是一示例性實施例示出的第一傳感器單元的邏輯框圖；

圖3是一示例性實施例示出的第二傳感器單元的邏輯框圖；

圖4是一示例性實施例示出的包括環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊的傳感器單元的邏輯框圖；

圖5是一示例性實施例示出的慣性傳感器模塊獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理的過程的示意圖；

圖6是一示例性實施例示出的兩級擴展卡爾曼濾波算法的示意圖；

圖7是一示例性實施例示出的移動終端監(jiān)控、預警及調(diào)整的邏輯框圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例執(zhí)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置的例子。

圖1是根據(jù)一示例性實施例示出的運動健康管理平臺的示意圖和邏輯框圖。例如，運動健康管理平臺包括：運動智能裝備及移動終端，運動智能裝備穿在用戶身上，獲取用戶的運動數(shù)據(jù)，并通過無線通信方式把運動數(shù)據(jù)傳輸至移動終端。移動終端分析得出用戶的人體姿態(tài)數(shù)據(jù)，并展示人體姿態(tài)；具體地，移動終端包括3D還原處理模塊和3D姿態(tài)顯示模塊；3D還原處理模塊對獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)還原處理，并把得到的3D還原數(shù)據(jù)傳輸至3D姿態(tài)顯示模塊，3D姿態(tài)顯示模塊展示人體姿態(tài)。

在運動智能裝備中嵌設(shè)了多個器件，與人體緊密貼合，這些器件包括：主控制單元和第一傳感器單元。

第一傳感器單元可以設(shè)置為多個，且分設(shè)在運動智能裝備與人體運動機體對應的部位，主控制單元設(shè)置在運動智能裝備的任意位置，便于存取主控制單元的位置，例如前胸或后背的位置等。在本實施例中，第一傳感器設(shè)置在大腿、小腿、上臂、下臂四個位置，便于捕捉肢體的運動參數(shù)。

參考附圖2，具體地，第一傳感器單元包括：微控制器，與微控制器連接的慣性傳感器模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊，無線傳輸模塊還與主控制單元連接。慣性傳感器模塊獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)并存儲在存儲模塊，微控制器調(diào)取存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)并通過無線傳輸模塊傳輸至主控制單元，再通過主控制單元傳輸至移動終端。

在本實施例中，微控制器采用的是STM32F411芯片，對獲得的數(shù)據(jù)進行計算處理。慣性傳感器模塊獲得用戶在運動是人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后把該姿態(tài)數(shù)據(jù)緩存在存儲模塊中。微控制器讀取存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過藍牙傳輸模塊傳輸至主控制單元，而傳輸模塊還可以是紅外模塊、WiFi模塊等。

另外，主控制單元設(shè)置為一個，且內(nèi)設(shè)置有藍牙、紅外等無線傳輸器件。主控制單元獲取了分設(shè)在不同位置的第一傳感器單元的姿態(tài)數(shù)據(jù)，該姿態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)一有主控制單元轉(zhuǎn)發(fā)至移動終端，進而避免了多個傳感器單元的藍牙傳輸模塊直接發(fā)送給移動終端，造成連接紊亂，不穩(wěn)定。當然，在其它實施例中，主控制單元設(shè)置為多個，例如二、三個不等。設(shè)置多個主控制單元是基于傳感器單元數(shù)量過多，可以分區(qū)域獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)和分序列轉(zhuǎn)發(fā)至移動終端，例如主控制單元A獲取手臂的傳感器單元，主控制單元B獲取腿部的傳感器單元，主控制單元C獲取軀干的傳感器單元等，這樣也可以起到有序的對獲取數(shù)據(jù)進行傳輸管理。

進一步地，慣性傳感器模塊包括陀螺儀，加速度計和磁強計，可以是三軸、六軸或九軸，而陀螺儀獲取角運動數(shù)據(jù)，加速度計獲取線性加速度，磁強計檢測磁偏航。在本實施例中，陀螺儀和加速度計采用MPU6500六軸MEMS傳感芯片，磁強計采用AK8963三軸電子羅盤芯片。當然，可以根據(jù)監(jiān)測精度的需要，選取不同的類型的芯片。

在一實施例中，運動智能裝備還包括與主控制單元連接的第二傳感器單元。第二傳感器單元與第一傳感器單元內(nèi)的基礎(chǔ)模塊是一致的，即所采用的微控制器，慣性傳感器模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及電源模塊是一致的。

參考附圖3，具體地，第二傳感器單元包括微控制器，與微控制器連接的慣性傳感器模塊、人體健康監(jiān)測傳感模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊；人體健康監(jiān)測傳感模塊獲取健康數(shù)據(jù)并存儲在存儲模塊，微控制器調(diào)取存儲模塊中的健康數(shù)據(jù)并通過無線傳輸模塊傳輸至主控制單元，再通過主控制單元傳輸至移動終端；移動終端獲取健康數(shù)據(jù)并展示。相同的，慣性傳感器模塊獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)并存儲在存儲模塊，微控制器調(diào)取存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)并通過無線傳輸模塊傳輸至主控制單元，再通過主控制單元傳輸至移動終端。

在本實施例中，第二傳感器單元設(shè)置在運動智能裝備的靠近胸部處，該人體健康監(jiān)測傳感模塊包括心率傳感器、呼吸率傳感器、血壓傳感器、腦電傳感傳感器和皮電傳感器，可通過貼在胸部、額頭、耳垂或者手指上監(jiān)測用戶的心率、呼吸率及血壓。

參考附圖4，在一實施例中，第一傳感器單元和/或第二傳感器單元還包括：環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊，并獲取環(huán)境數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊包括VOC (volatile organic compounds）傳感器、溫度傳感器以及紫外線輻射傳感器，分別獲得用戶所在運動場景的空氣VOC (volatile organic compounds）濃度、溫度、紫外線輻射量。

參考附圖5~6，在一實施例中，第一傳感器單元和第二傳感器單元內(nèi)的慣性傳感器模塊還包括：第一級卡爾曼濾波器和第二級卡爾曼濾波器。第一級卡爾曼濾波器使用加速度計對翻滾角和俯仰角做觀測修正，第二級卡爾曼濾波器使用磁強計對偏航角做觀測修正。

進一步的說明姿態(tài)數(shù)據(jù)的生成詳細的過程，即第一傳感器單元和第二傳感器單元內(nèi)的慣性傳感器模塊，其對獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理的過程。

用戶運動之前，會按照移動終端預先展示用于初始化的固定動作（例如“立正”動作），進行初始化，獲取初始化四元數(shù)。用戶開始運動，通過陀螺儀，加速度計，磁強計測得的數(shù)據(jù)分別進行卡爾曼濾波融合。在本實施例中，采用的是二級擴展卡爾曼濾波算法，使用加速度計對翻滾角和俯仰角做觀測修正，使用磁強計對偏航角做觀測修正，最后輸出四元數(shù)做姿態(tài)更新運算，作為下一個動作的初始四元數(shù)，同時將此四元數(shù)傳給移動終端。移動終端的3D還原處理模塊對接收到的四元數(shù)據(jù)進行三維圖像重建，在本實施例3D還原處理模塊為Unity3D，然后通過3D姿態(tài)顯示模塊對重建的三維圖像進行實時的人體姿態(tài)展示。

較之常用算法采用一級擴展卡爾曼濾波融合算法，計算量大，本方案采用的兩級擴展卡爾曼濾波算法，在兩級擴展卡爾曼濾波器中做一次姿態(tài)更新計算，可以減少運算次數(shù)，縮短計算時間，提高姿態(tài)解算效率。同時，本方案采用四元數(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的歐拉角作為系統(tǒng)狀態(tài)量和姿態(tài)更新，可以有效避免運動到奇點的時刻，避免“死鎖”。

現(xiàn)結(jié)合具體的實施例對比進行說明。人體任何姿態(tài)都可以用歐拉角表示，如手臂水平伸直朝前，掌心朝上，初始定義朝前為航向角0度，水平伸直為俯仰角0度，掌心朝上為橫滾角0度，那么（0，0，0）即可表示初始姿態(tài)。為了避免使用歐拉角出現(xiàn)奇點，本方案采用四元數(shù)表示，歐拉角（0，0，0）對應的四元數(shù)為（1，0，0，0），此時采用Unity3D搭建一個人體模型，把（1，0，0，0）傳給模型中對應的手臂，此時手臂會表現(xiàn)為水平伸直朝前，掌心朝上，此過程即還原人體姿態(tài)。本方案人體姿態(tài)還原的關(guān)鍵點在于得出（1，0，0，0）這個四元數(shù)，即本方案中根據(jù)陀螺儀，加速度計，磁強計的測得的精確的四元數(shù)，三維成像通過Unity3D處理即可得到。

參考附圖7，在一實施例中，移動終端預設(shè)人體運動軌跡，把獲取到的姿態(tài)數(shù)據(jù)與預設(shè)的人體運動軌跡進行比較分析，并得到反饋信息。具體地，用戶根據(jù)預設(shè)的人體運動姿態(tài)進行相應的動作，當用戶所做的動作不夠標準，即用戶的動作被一傳感器單元和第二傳感器單元內(nèi)的慣性傳感器模塊獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)與預設(shè)在移動終端的參考的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并設(shè)定一定的偏差值，若獲取到的姿態(tài)數(shù)據(jù)超過該偏差值，則會發(fā)出運動姿態(tài)的反饋信息。而移動終端通過語音、文字或圖像的模式反饋信息，進而指導用戶調(diào)整運動的動作。當然，對于用戶執(zhí)行的是正確的動作，也會反饋動作正確的信息，鼓勵和引導用戶持續(xù)運動。

移動終端預設(shè)人體安全數(shù)據(jù)，把獲取到的健康數(shù)據(jù)與預設(shè)的人體安全數(shù)據(jù)進行比較分析，并得到人體健康預警數(shù)據(jù)。具體地，移動終端會預先設(shè)置人體運動過程中的數(shù)據(jù)，例如心率、呼吸率及血壓等數(shù)據(jù)值的設(shè)定，當人運動過程中第二傳感器單元的人體健康監(jiān)測傳感模塊所獲得的健康數(shù)據(jù)與預設(shè)的健康數(shù)據(jù)進行比較，若超出預設(shè)的偏差范圍，則發(fā)出人體健康預警，指導用戶調(diào)整運動的節(jié)奏、強度等。該人體健康預警的展示方式可以是語音、文字或圖像模式。進一步地，當獲得的健康數(shù)據(jù)遠超過偏差范圍，例如達到了危害生命危險的健康數(shù)據(jù)值，則移動終端向醫(yī)院、鄰居或者其家屬發(fā)出預警電話或短信，實現(xiàn)遠程預警功能。

移動終端預設(shè)環(huán)境安全數(shù)據(jù)，把獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)與預設(shè)的環(huán)境安全數(shù)據(jù)進行比較分析，并得到運動環(huán)境預警數(shù)據(jù)。具體地，移動終端會根據(jù)最適合用戶運動的外部環(huán)境預設(shè)相應的環(huán)境安全數(shù)據(jù)，且設(shè)定偏差范圍。當?shù)谝粋鞲衅鲉卧?或第二傳感器單元的環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊所獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)與預設(shè)的環(huán)境安全數(shù)據(jù)進行比較，若超過環(huán)境安全數(shù)據(jù)的偏差范圍，則發(fā)出運動環(huán)境預警數(shù)據(jù)，提示用戶外部環(huán)境的VOC濃度、溫度、紫外線輻射沒有達到運動的環(huán)境標準，引導用戶調(diào)整運動計劃，甚至放棄此次運動。

基于上述的反饋信息、人體健康預警數(shù)據(jù)以及運動環(huán)境預警數(shù)據(jù)可以實時的反饋，移動終端可以實時的調(diào)整或者設(shè)定用戶的運動計劃，全面的指導用戶健康、有效的進行鍛煉。

由此可見，采用本方案的運動健康管理平臺，包含運動智能裝備、移動終端兩個部分，可用于戶外運動、健身房訓練、體能訓練和專項體育運動等場景，通過制定計劃、監(jiān)測效果、總結(jié)統(tǒng)計、評估分析的系統(tǒng)化方法，實現(xiàn)“計劃-監(jiān)測-分析-反饋”的閉環(huán)，從而幫助用戶達到更好的健康鍛煉效果。

另外，運動姿態(tài)的反饋信息、人體健康預警數(shù)據(jù)和運動環(huán)境預警數(shù)據(jù)的建立，實現(xiàn)了“預警+監(jiān)測+訓練”的綜合性功能。同時本方案所采用的傳感器和數(shù)據(jù)三維分析軟件具有使用方便，價格實惠，不但解決了運動愛好者了解自身運動參數(shù)的需求，同時給予專業(yè)的運動指導，并將其可視化呈現(xiàn)，增強的運動的娛樂性，也調(diào)動了運動愛好者的積極性和娛樂性。

基于上述的運動健康管理平臺，還進一步的提供一種運動智能裝備方案，具體地，包括：運動裝備主體以及嵌設(shè)在運動裝備主體的主控制單元、第一傳感器單元和第二傳感器單元；第一傳感器單元包括：微控制器，與微控制器連接的慣性傳感器模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊，無線傳輸模塊還與主控制單元連接；第二傳感器單元包括微控制器，與微控制器連接的慣性傳感器模塊、人體健康監(jiān)測傳感模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊以及提供電能的電源模塊。

慣性傳感器模塊獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)和人體健康監(jiān)測傳感模塊獲取健康數(shù)據(jù)存儲在存儲模塊，微控制器調(diào)取存儲模塊中的姿態(tài)數(shù)據(jù)和健康數(shù)據(jù)并通過無線傳輸模塊傳輸至主控制單元，再通過主控制單元傳輸至移動終端。

在一實施例中，運動裝備主體可以是運動衣、緊身衣、手套、帽子等為穿戴裝備。

在本實施例中，運動裝備主體可以是一體成型，這樣鑲嵌在運動裝備主體內(nèi)的第一傳感器單元、第二傳感器單元和主控制單元可更好的貼合在身體上。同時，對于設(shè)有環(huán)境監(jiān)測傳感器模塊的傳感器模塊需要在該運動裝備主體上開始一小孔，與外界聯(lián)通，時刻對外界環(huán)境進行監(jiān)控。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍執(zhí)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。