本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，具體是一種基于運(yùn)動(dòng)類傳感器的跑步監(jiān)測(cè)和語音提醒系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

世界衛(wèi)生組織(who)在其憲章中對(duì)健康作出如下定義：“健康不僅僅是沒有疾病或不虛弱，而是身體的、精神的健康和社會(huì)適應(yīng)良好的總稱”由此可見，隨著社會(huì)的進(jìn)步，健康將日益受到人們的重視，同時(shí)人們也將對(duì)健康提出更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。從上述定義中，我們得知健康由三個(gè)方面的內(nèi)容組成:在心理方面，健康是指精神健康，如無心理障礙，無精神疾病等；近年來，肥胖人群越來越多，其主要的原因是來自過高的熱量攝取以及遞減的身體活動(dòng)，而身體活動(dòng)是預(yù)防和治療超重與肥胖的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，更是預(yù)防與治療心血管疾病相當(dāng)重要的一項(xiàng)因素。走路是我們?nèi)粘Ｉ钪锌尚行宰罡叩囊环N生活方式，容易以一個(gè)較低強(qiáng)度的層級(jí)執(zhí)行，可以視為時(shí)康復(fù)以及疾病預(yù)防的一項(xiàng)重要活動(dòng)，并可消除身體多余的卡路里，減輕器官負(fù)擔(dān)，有效達(dá)到身心健康的目的。

21世紀(jì)以來，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展，使人們的生活方式發(fā)生了很大的改變，在日常生活中人們更加注重身體鍛煉，各種各樣的俱樂部、休閑健身娛樂中心越來越普遍。同時(shí)，國(guó)家和政府也更加重視體育的發(fā)展，新中國(guó)成立以來，在黨中央、國(guó)務(wù)院的親切關(guān)懷和正確領(lǐng)導(dǎo)下，在社會(huì)各界和全國(guó)人民的積極支持和廣泛參與下，我國(guó)全民健身事業(yè)取得令人矚目的成就，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。全民健身已家喻戶曉、深入人心，為促進(jìn)競(jìng)技體育和群眾體育的協(xié)調(diào)發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)由體育大國(guó)向體育強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)奠定了良好基礎(chǔ)。國(guó)務(wù)院在2011年2月15日印發(fā)《全民健身計(jì)劃(2011-2015年)》的通知，里面強(qiáng)調(diào)了，要統(tǒng)籌規(guī)劃，分類指導(dǎo)，逐步形成覆蓋城鄉(xiāng)比較健全的全民健身公共服務(wù)體系，不斷滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的體育健身需求，努力提高全民族身體素質(zhì)、健康水平和生活質(zhì)量。

步行和慢跑作為全世界最受歡迎的健身運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，引領(lǐng)著大眾的生活方式。相對(duì)于其它健身方式，跑步具有經(jīng)濟(jì)、有效、不受場(chǎng)地限制的優(yōu)勢(shì)，因而一直備受人們的青睞。跑步作為一種技術(shù)要求簡(jiǎn)單、無需特殊場(chǎng)地、服裝和器械的一種強(qiáng)身健體的活動(dòng)，但是不合理的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有可能對(duì)我們的身體造成不可預(yù)知的危險(xiǎn)，特別是特殊人群以及一些患病人群。據(jù)調(diào)查目前大量的流行病學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，體力活動(dòng)不足是健康的重要獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一，體力活動(dòng)不足與心血管疾病、2型糖尿病、結(jié)腸癌和其他一些重要疾病的發(fā)生密切相關(guān)。因此運(yùn)動(dòng)類傳感器的跑步監(jiān)測(cè)和語音提醒系統(tǒng)對(duì)提高人們健康水平和預(yù)防慢性疾病的起到重要的作用。

為了讓走、跑健身者更簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的自我監(jiān)控運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，通過科學(xué)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康，但是在跑步時(shí)，對(duì)于缺少跑步經(jīng)驗(yàn)的人，跑步會(huì)是一個(gè)痛苦、勞累、枯燥的過程，會(huì)出現(xiàn)呼吸困難、全身無力、腿部酸痛等很多身體反應(yīng)，導(dǎo)致很多人在中途放棄鍛煉。即使勉強(qiáng)堅(jiān)持下來了，最后也是累的筋疲力盡，效果也不一定好。所以在跑步過程中及時(shí)的給與運(yùn)動(dòng)情況的提醒與指導(dǎo)促使人們更加科學(xué)健康愉快的運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于運(yùn)動(dòng)類傳感器的跑步監(jiān)測(cè)和語音提醒系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于運(yùn)動(dòng)類傳感器的跑步監(jiān)測(cè)和語音提醒系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，用于收集跑步中的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)；

狀態(tài)判定模塊，利用數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判定；

個(gè)人信息模塊：用于存儲(chǔ)用戶的基本信息，包括年齡、性別、疾病史、有無鍛煉基礎(chǔ)；

提醒內(nèi)容生成模塊：根據(jù)個(gè)人信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)目的，生成相應(yīng)的提示內(nèi)容；

語音播放模塊：根據(jù)提示內(nèi)容生成模塊進(jìn)行語音播報(bào)；

訓(xùn)練目的設(shè)計(jì)模塊：用于針對(duì)不同的訓(xùn)練需求提供不同的語音教導(dǎo)指南；

所述數(shù)據(jù)采集模塊采集運(yùn)動(dòng)者的數(shù)據(jù)信息并傳輸給狀態(tài)判定模塊，狀態(tài)判定模塊還分別連接個(gè)人信息模塊和提醒內(nèi)容生成模塊，提醒內(nèi)容生成模塊還分別連接個(gè)人信息模塊、訓(xùn)練目的設(shè)計(jì)模塊和語音播放模塊。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)包括心率、血氧、步頻、呼吸頻率、鍛煉時(shí)間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：心律檢測(cè)采用心律傳感器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：步頻檢測(cè)采用重力傳感器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：呼吸頻率檢測(cè)采用麥克風(fēng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述語音提醒模塊采用揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以個(gè)性化跑步運(yùn)動(dòng)處方為主題，基于個(gè)人基本健康信息和跑步鍛煉的目的模塊，利用現(xiàn)有的第三方可穿戴設(shè)備在跑步運(yùn)動(dòng)中采集的相關(guān)生理數(shù)據(jù)，以跑步安全、有效、及時(shí)提醒鼓勵(lì)為出發(fā)點(diǎn)，及時(shí)科學(xué)評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)提醒跑步者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)跑步者的運(yùn)動(dòng)科學(xué)性、趣味性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參閱圖1-2；本發(fā)明實(shí)施例中，一種基于運(yùn)動(dòng)類傳感器的跑步監(jiān)測(cè)和語音提醒系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，用于收集跑步中的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)；

狀態(tài)判定模塊，利用數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判定；

個(gè)人信息模塊：用于存儲(chǔ)用戶的基本信息，包括年齡、性別、疾病史、有無鍛煉基礎(chǔ)；

提醒內(nèi)容生成模塊：根據(jù)個(gè)人信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)目的，生成相應(yīng)的提示內(nèi)容；

語音播放模塊：根據(jù)提示內(nèi)容生成模塊進(jìn)行語音播報(bào)；

訓(xùn)練目的設(shè)計(jì)模塊：用于針對(duì)不同的訓(xùn)練需求提供不同的語音教導(dǎo)指南；

所述數(shù)據(jù)采集模塊采集運(yùn)動(dòng)者的數(shù)據(jù)信息并傳輸給狀態(tài)判定模塊，狀態(tài)判定模塊還分別連接個(gè)人信息模塊和提醒內(nèi)容生成模塊，提醒內(nèi)容生成模塊還分別連接個(gè)人信息模塊、訓(xùn)練目的設(shè)計(jì)模塊和語音播放模塊。

相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)包括心率、血氧、步頻、呼吸頻率、鍛煉時(shí)間。其中：心律檢測(cè)采用心律傳感器。步頻檢測(cè)采用重力傳感器。呼吸頻率檢測(cè)采用麥克風(fēng)。語音提醒模塊采用揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)

本發(fā)明的工作原理是：系統(tǒng)模塊的構(gòu)成

1)個(gè)人信息模塊：

用戶的基本信息，包括年齡、性別、疾病史、有無鍛煉基礎(chǔ)。

2)數(shù)據(jù)采集模塊：

利用智能手表或心率帶等監(jiān)測(cè)設(shè)備的心率傳感器、血氧傳感器、薄膜壓力傳感器，收集跑步中的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，包括：心率、血氧、步頻、呼吸頻率、鍛煉時(shí)間。

3)訓(xùn)練目的設(shè)計(jì)模塊：

不同的訓(xùn)練目的所對(duì)應(yīng)的語音提示也不相同。比如減脂訓(xùn)練、普通健身、心肺鍛煉、馬拉松訓(xùn)練等不同的鍛煉目的，在相同的鍛煉階段、相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，也可能有完全不同、甚至相反的語音提法。

減脂訓(xùn)練狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)控制在hrmax的60％～70％左右，時(shí)間因人而異；健身目的的運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可控制在hrmax的70％～80％；馬拉松訓(xùn)練屬于中等到大強(qiáng)度且時(shí)間較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)，因此強(qiáng)度可適當(dāng)提高。

4)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判定模塊

利用數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判定。對(duì)一次跑步運(yùn)動(dòng)按照時(shí)間順序進(jìn)行劃分階段，包括熱身階段、初始階段、運(yùn)動(dòng)階段、結(jié)束階段、拉伸階段等。

(1)熱身階段

由5～10min的小到中等強(qiáng)度的有氧和肌肉耐力運(yùn)動(dòng)組成。此時(shí)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)控制在60％的hrmax(最大心率)以下；血氧飽和度應(yīng)在正常范圍內(nèi)，即動(dòng)脈血血氧飽和度在95％～97％，靜脈血血氧飽和度在75％；呼吸頻率保持在16～18次/min。

公式：hrmax＝207-0.7*年齡(適用于所有年齡段和體適能水平的成年男女)

(2)運(yùn)動(dòng)階段

即開始跑步階段。根據(jù)不同的計(jì)劃運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度范圍計(jì)算thr(靶心率)范圍，運(yùn)動(dòng)過程中應(yīng)保持在靶心率范圍內(nèi)，若超過范圍應(yīng)給予語音提示；血氧飽和度隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而降低，當(dāng)動(dòng)脈血氧飽和度下降至94％時(shí)，機(jī)體即將進(jìn)入低氧狀態(tài)，降至90％時(shí)，將易產(chǎn)生低氧血癥，因此在血氧飽和度低至94％時(shí)給予降低運(yùn)動(dòng)速度語言提醒，低至90％時(shí)發(fā)出警告。

呼吸頻率隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間的增加而上升，但由于呼吸頻率因人而異，不方便計(jì)算，所以需要運(yùn)動(dòng)者主觀上自行判斷，在運(yùn)動(dòng)過程中明顯感覺到呼吸急促，但是能夠和他人正常講話、交流，此時(shí)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度適宜；如果上氣不接下氣，無法與他人進(jìn)行正常交談，說明運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度過大。

公式：

a.計(jì)算hrr：hrr＝hrmax-hrrest

b.確定計(jì)劃強(qiáng)度范圍，以hrr％確定強(qiáng)度,％hrr＝強(qiáng)度*hrr

c.確定thr范圍:thr＝％hrr+hrrest

運(yùn)動(dòng)中各狀態(tài)情況：

a.穩(wěn)定跑步狀態(tài)：按照個(gè)人信息、心率、血氧、呼吸頻率等，進(jìn)行分析，各項(xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，此時(shí)的狀態(tài)為穩(wěn)定跑步狀態(tài)。

b.疲勞狀態(tài)：根據(jù)用戶的心率、血氧濃度等，得知用戶當(dāng)前可能有疲勞現(xiàn)象。

c.呼吸困難狀態(tài)：根據(jù)用戶的呼吸頻率、血氧濃度等，得知用戶正在呼吸困難。

d.危險(xiǎn)跑步狀態(tài)：根據(jù)用戶的心率值、血氧濃度等，得知用戶已經(jīng)達(dá)到個(gè)人所能承受的心率值，隨時(shí)都有可能發(fā)生心臟驟停、猝死等，用戶已經(jīng)處于危險(xiǎn)的跑步狀態(tài)。

3)整理階段

包括至少5～10min的小到中等強(qiáng)度的有氧和肌肉耐力運(yùn)動(dòng)，目的是使運(yùn)動(dòng)者得hr恢復(fù)到正常水平，同時(shí)消除機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)的代謝產(chǎn)物。當(dāng)達(dá)到計(jì)劃運(yùn)動(dòng)時(shí)間后，語音提示降低運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

4)拉伸階段

進(jìn)行15～20min的肌肉拉伸運(yùn)動(dòng)，時(shí)間結(jié)束后語音提示。

5)提示內(nèi)容生成模塊：

根據(jù)個(gè)人信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)目的等，會(huì)有相應(yīng)的提示內(nèi)容。

(1)熱身準(zhǔn)備階段

1)規(guī)范指導(dǎo)

提醒用戶做好各方面的跑步準(zhǔn)備，比如先進(jìn)行深呼吸，做好身體熱身活動(dòng)等。

2)激勵(lì)指導(dǎo)

播放關(guān)于跑步的一些激勵(lì)語言，發(fā)揮用戶的潛力，在安全鍛煉范圍內(nèi)，讓用戶堅(jiān)持更長(zhǎng)時(shí)間。

(2)跑步過程階段

1)規(guī)范指導(dǎo)

提示用戶均勻呼吸、保持均勻步頻等；提示用戶加快速度；提示用戶放慢速度；

2)激勵(lì)指導(dǎo)

時(shí)長(zhǎng)播放比如“您已跑步4分鐘”、“您已跑步20分鐘”等。

3)狀態(tài)播報(bào)

“您現(xiàn)在處于最佳的跑步狀態(tài)，繼續(xù)保持哦”

“您現(xiàn)在可能會(huì)很累，但是再堅(jiān)持幾分鐘，您就會(huì)進(jìn)入到穩(wěn)定的跑步狀態(tài)，加油”

“當(dāng)前運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度過大，請(qǐng)放慢腳步”；

“您當(dāng)前過于勞累，請(qǐng)先步行一段時(shí)間，再根據(jù)語音要求跑步”

(3)跑步結(jié)束階段

1)規(guī)范知道提醒用戶降低速度至停止。

2)激勵(lì)指導(dǎo)

“恭喜，您已順序完成本次跑步訓(xùn)練，做的很好，繼續(xù)努力”。

3)緊急情況指導(dǎo)

“不要馬上停下來，繼續(xù)散步5分鐘”

(4)拉伸運(yùn)動(dòng)階段

1)規(guī)范指導(dǎo)提醒用戶做好拉伸、放松動(dòng)作。

2)激勵(lì)指導(dǎo)

“運(yùn)動(dòng)后的拉伸必不可少，請(qǐng)您進(jìn)行拉伸運(yùn)動(dòng)”。

6)語音播放模塊

單片機(jī)控制語音播放模塊播放哪一階段語音是根據(jù)數(shù)據(jù)采集器輸入給單片機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行播放的，每一階段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在哪個(gè)范圍，請(qǐng)寫出來。

根據(jù)提示內(nèi)容生成模塊進(jìn)行語音播報(bào)。具體的語音播放設(shè)備可基于第3方面硬件設(shè)備，比如智能手機(jī)、智能手表等。