一种健身力量器械数据采集系统及方法与流程

1.本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种健身力量器械数据采集系统及方法。


背景技术：

2.目前力量健身器械的重量采集有两种方法：
3.一是使用压力传感器，采集器械上的某个滑轮所承受的压力来计算重量。由于人在使用器械时是一个先加速后减速的过程，因此在加速度和惯性的作用下，滑轮的受力不稳定，会导致压力传感器测量出的数据不准确，从而导致最终计算出来的运动数据不准确，影响采集的最终结果。
4.二是实用rfid电子标签技术，通过读卡器来读取每个配重片上的rfid电子标签。由于贴在配重片上的rfid电子标签相互距离都非常近，因此要求读卡器离rfid电子标签非常近，否则就产生误读，因此必须对力量器械进行结构上的改造，但是改造成本高，且不同的力量器械由于构造不一样，改造难度也存在不确定性。
5.另外，现有技术均只采集用户健身运动时拉起的配重片的重量，对于用户每次操作是否符合要求并无对应检测设备，这样用户只是参与健身，使得健身效果不佳。
6.为解决上述技术问题现有改进技术是在健身器械框架上设置有上下依次设置的多个光电传感器，通过遮光片的依次遮挡情况来判断用户每次健身拉起的重量、速度或动作是否有效等信息，但是上下方向设置遮光片会导致挡片的高度偏高，并且会对挡片存在很高限制要求。为此遮光片的设计存在一定的技术难度。
7.为此，本领域迫切需要设计一种能够克服上述技术问题的健身力量器械数据采集系统及方法。


技术实现要素：

8.本发明之目的是提供一种健身力量器械数据采集系统，能够解决市面上采用压力传感器测量数据不精确影响采集最终结果、不能判断健身操作是否符合要求、rfid方案改造难度大和生产成本高以及上下竖直设置光电传感器对挡片限制要求高的技术问题。
9.本发明之目的是提供一种健身力量器械数据采集方法，能够解决市面上采用压力传感器测量数据不精确影响采集最终结果、不能判断健身操作是否符合要求、rfid方案改造难度大和生产成本高以及上下竖直设置光电传感器对挡片限制要求高的技术问题。
10.本发明提供一种健身力量器械数据采集系统，包括控制器、无线通讯模块、多个光电传感器与服务器，
11.每个配重片上同一侧安装有双挡片遮光片，所述双挡片遮光片随着所述配重片上下运动；
12.所述光电传感器用于实时采集用户健身力量数据，所述光电传感器设置在健身力量器械框架上距离所述双挡片遮光片相近的一侧；
13.所述控制器用于将所述光电传感器采集的数据进行存储与分析处理，并将处理后
的数据通过所述无线通讯模块传输给所述服务器；
14.所述服务器用于记录用户健身力量数据；
15.其中，多个所述光电传感器包括下组光电传感器与上组光电传感器，下组光电传感器包括第一光电传感器与第二光电传感器，上组光电传感器包括第三光电传感器，所述下组光电传感器与上组光电传感器相距固定高度值h；
16.所述第一光电传感器与第二光电传感器左右并列错开设置。
17.优选地，所述固定高度值h大于所有配重片的厚度值。
18.优选地，还包括rfid阅读器，所述rfid阅读器用于读取用户佩戴的手环中rfid标签，获取用户信息，所述rfid阅读器设置在健身力量器械框架上。
19.优选地，还包括磁铁吸附装置，
20.多个所述光电传感器通过所述磁铁吸附装置固定在健身力量器械的框架上；
21.所述双挡片遮光片通过胶粘方式固定在所述配重片上。
22.优选地，还包括扬声器，所述扬声器与所述控制器连接，用于将接收到的所述控制器处理后的数据以语音播放方式通知用户。
23.优选地，还包括电池模块，所述电池模块用于为所述控制器与无线通讯模块提供电源。
24.本发明还提供一种健身力量器械数据采集方法，其中，包括如下步骤：
25.每个配重片上同一侧安装有双挡片遮光片，所述双挡片遮光片随着所述配重片上下运动；
26.框架上与所述双挡片遮光片相近的一侧设置有多个光电传感器，在所述配重片上下运动过程中，光电传感器在所述双挡片遮光片穿过时产生光电信号数据并传输给控制器；
27.所述控制器将所述光电传感器采集的光电信号数据进行存储与分析处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块传输给服务器；
28.所述服务器记录用户健身力量数据；
29.其中，多个所述光电传感器包括：下组光电传感器与上组光电传感器，下组光电传感器包括第一光电传感器与第二光电传感器，上组光电传感器包括第三光电传感器，所述下组光电传感器与上组光电传感器相距固定高度值h，所述固定高度值h大于所有配重片的厚度值；
30.所述第一光电传感器与第二光电传感器左右并列错开设置；
31.在配重片未被拉起时，最上侧的所述配重片的位置低于所述第一光电传感器的位置。
32.优选地，所述第一光电传感器相对于所述第二光电传感器设置在左下方或右下方位置，所述第一光电传感器的上端位于所述第二光电传感器的上下端之间，所述第一光电传感器的下端位于所述第二光电传感器的下端下方。
33.优选地，所述光电传感器具有光电检测槽，当所述双挡片遮光片位于所述光电检测槽内时，所述光电传感器输出低电平0，当所述光电检测槽未检测到物体时，所述光电传感器输出高电平1；
34.当所述配重片被拉起时，所述配重片上的双挡片遮光片依次穿过所述第一光电传
感器、第二光电传感器与第三光电传感器，所述控制器根据接收到的光电信号次数来判断配重片被拉起的数量，进而根据每块配重片的重量计算出被拉起的重量。
35.优选地，所述控制器通过下组光电传感器检测到所述配重片被拉起后，如果所述控制器检测到所述上组光电传感器传输的光电信号，代表用户完成一次有效动作，并记录有效次数，此时所述控制器通过所述无线通讯模块将拉起的重量和有效次数传输给所述服务器；
36.所述控制器通过下组光电传感器检测到所述配重片被拉起后，如果所述控制器未检测到所述上组光电传感器传输的光电信号，代表用户未完成一次有效动作，此时不记录有效次数。
37.本发明的健身力量器械数据采集系统及方法相比现有技术具有如下有益效果：
38.1、本发明的健身力量器械数据采集系统通过光电传感器可以实时采集用户健身力量数据，进而通过控制器将传感器采集的数据分析处理为具体拉起的重量和次数，该数据可以存储在服务器上，用户可以通过用户终端设备(比如手机)进行直观了解自身健身力量运动记录。
39.2、本发明的健身力量器械数据采集方法通过采用双挡片遮光片和三个光电传感器互相配合来实时采集数据，可以通过三个光电传感器输出状态来判断是上行、下行、拉起的配重片重量以及判断用户每次拉起动作是否为一个有效行程，这样设置检测精度高，成本低并且抗干扰能力强。
40.3、本发明通过将第一光电传感器和第二光电传感器左右错开设置，这样设置可以减小对双挡片遮光片中挡片的限制要求，也减小了挡片的厚度。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明的健身力量器械数据采集系统的框架结构示意图；
43.图2为本发明的健身力量器械数据采集系统的结构示意图；
44.图3为图2中a处放大结构示意图。
45.附图标记说明：
46.1、控制器
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2、无线通讯模块
47.3、多个光电传感器
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31、第一光电传感器
48.32、第二光电传感器
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33、第三光电传感器
49.4、服务器
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5、配重片
50.6、框架
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7、扬声器
51.8、rfid阅读器
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9、用户终端设备
52.10、双挡片遮光片
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11、控制盒
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
54.如图1和2所示，本发明提供一种健身力量器械数据采集系统包括控制器1、无线通讯模块2、多个光电传感器3与服务器4。每个配重片5上同一侧安装有双挡片遮光片10，双挡片遮光片10随着配重片5上下运动；多个光电传感器3用于实时采集用户健身力量数据，多个光电传感器3设置在健身力量器械框架6上距离双挡片遮光片10相近的一侧；控制器1用于将光电传感器采集的光电信号数据进行存储与分析处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块2传输给服务器4；服务器4用于记录用户健身力量数据。
55.本发明中的多个光电传感器3包括下组光电传感器与上组光电传感器，下组光电传感器包括第一光电传感器31与第二光电传感器32，上组光电传感器包括第三光电传感器33，下组光电传感器与上组光电传感器相距固定高度值h。
56.下组光电传感器中的第一光电传感器31与第二光电传感器32左右并列错开设置。具体地，第一光电传感器31相对于第二光电传感器32设置在左下方或右下方位置，第一光电传感器31的上端位于第二光电传感器32的上下端之间，第一光电传感器31的下端位于第二光电传感器32的下端下方。
57.其中，设定下组光电传感器中的第一光电传感器31与第二光电传感器32的红外中轴线之间竖直方向上距离为a，双挡片遮光片10的高度为b，每个配重片5的高度为c，那么a应该小于c
‑
b(上下两个双挡片遮光片10之间的空隙)，同时a也要小于b，这样设置可以满足双挡片遮光片10要能同时遮挡两束光线，但是在相邻两个双挡片遮光片10空隙间又能同时不遮挡两束光线。
58.如图2和3所示，在多个配重片5处于初始位置(静止状态)时，第一光电传感器31位置高于最上方配重片5所处的位置，同时满足双挡片遮光片10开始运动后第一光电传感器31就检测到光电信号，即开始运动后最上方配重片5上的双挡片遮光片10就遮挡了第一光电传感器31。第一光电传感器31、第二光电传感器32与第三光电传感器33接收的光电信号数据信息发送给控制器1，控制器1用于将光电信号分析处理成健身力量数据信息。例如，用户健身锻炼拉起的配重片5重量或数量、拉起配重片5的有效行程次数等。每个配重片5上同一侧安装有双挡片遮光片10，双挡片遮光片10随着配重片5上下运动；采集系统用于实时采集用户健身力量数据，上组光电传感器与下组光电传感器设置在健身力量器械框架6上距离双挡片遮光片10相近的一侧。
59.每个配重片5上同一侧安装有双挡片遮光片10，同时第一光电传感器31、第二光电传感器32与第三光电传感器33均设置在健身力量器械框架6上距离双挡片遮光片10相近的同一侧，从而满足在配重片5上下运动的过程中双挡片遮光片10刚好遮挡光电传感器，由此通过光电传感器接收的光电信号来获取配重片5上下行情况以及用户拉起的配重片5重量值或数量值。
60.为了使得所有配重片5满足在有效行程内运动，上述固定高度值h大于所有配重片5的总厚度值。
61.优选地，第一光电传感器31、第二光电传感器32与第三光电传感器33均为光耦光电开关。光耦光电开关具有光电检测槽，当双挡片遮光片10位于光电检测槽内时，光耦光电开关输出低电平0，用0表示光耦光电开关的遮挡状态；当光电检测槽未检测到物体时，光耦光电开关输出高电平1，用1表示光耦光电开关的连通状态。
62.需要说明的是，上下两组光电传感器位于双挡片遮光片10上下运动经过的位置。
63.本发明还设置有磁铁吸附装置，优选为磁铁，双挡片遮光片10可以通过胶粘方式固定在配重片5上，第一光电传感器31和第二光电传感器32可以通过磁铁吸附在健身力量器械的框架6上。具体地，将磁铁吸附装置设置为磁铁，这样由于磁铁的自身特性，可以使得磁铁一面吸附在框架6上，另一面吸附有螺栓，第一光电传感器31、第二光电传感器32和第三光电传感器33上均设置有螺孔，螺栓通过螺孔将第一光电传感器31、第二光电传感器32和第三光电传感器33固定连接，从而将第一光电传感器31、第二光电传感器32和第三光电传感器33通过螺栓固定吸附在磁铁上，磁铁吸附在框架6上。也就是说，采集系统是通过磁铁吸附装置连接在健身力量器械框架6上。上述双挡片遮光片10通过胶粘方式固定在配重片5上，由于配重片5落下会有撞击，如果采用磁铁吸附双挡片遮光片10会在下落时产生位移，为此通过胶粘方式可以牢固固定双挡片遮光片10。
64.其中，上述第三光电传感器33通过磁铁吸附装置吸附在框架6上，但是不同用户力量不同，本发明中的第三光电传感器33可以通过磁铁吸附装置进行位置调整，即可以根据不同用户设置不同的固定行程距离，即上组光电传感器与下组光电传感器的固定高度值h可以根据不同用户进行调整，从而可以满足不同用户健身需求，操作灵活，使用方便，采集数据准确性高。
65.本发明的健身力量器械数据采集系统中的服务器4与控制器1和rfid阅读器8无线连接，还用于存储健身力量数据信息和对应的用户信息。
66.本发明还可以设置有扬声器7，扬声器7与控制器1连接，用于将用户健身力量数据以语音播放方式通知用户。本发明中第一光电传感器31、第二光电传感器32与第三光电传感器33均为光耦光电开关，可以根据三个光耦光电开关被遮挡和连通的次数来获取用户健身力量数据，用户健身力量数据包括每次拉起的配重片5的重量或数量与有效行程次数。具体主要根据第三光电传感器33接收的光电信号来获取有效行程次数，根据第一光电传感器31和第二光电传感器接收的光电信号次数来获取配重片5的数量，由于每块配重片5的重量固定，可以根据数量获取配重片5的重量。具体使用时，可以直接通过扬声器7语音播放配重片5数量或重量与有效行程次数。
67.为了能够全面地了解用户信息，本发明中还可以设置有rfid阅读器8，该rfid阅读器8用于读取用户佩戴的手环中rfid标签，进而获取用户信息，rfid阅读器8设置在健身力量器械框架6上。由于进入健身房健身锻炼的用户佩戴有手环，该手环中编辑有个人信息，将手环通过rfid阅读器8读取后将用户信息发送给控制器1，控制器1会接收用户信息和手环设备id编号等信息。
68.本发明中控制器1、无线通讯模块2与扬声器7可以设置在控制盒11内，控制盒11内还可以设置有电源模块，用于为控制盒11内的设备提供电源，还可以为多个光电传感器3提供电源。例如，电源模块为电池。
69.本发明还提供一种健身力量器械数据采集方法，其中，
70.每个配重片5上同一侧安装有双挡片遮光片10，双挡片遮光片10随着配重片5上下运动；
71.框架6与双挡片遮光片10相近的一侧设置有多个光电传感器3，在配重片5上下运动过程中，光电传感器在双挡片遮光片10穿过时产生光电信号数据并传输给控制器1；
72.控制器1用于将光电传感器采集的光电信号数据进行存储与分析处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块2传输给服务器4；
73.服务器4用于记录用户健身力量数据。
74.本发明的进一步实施例中，多个光电传感器3包括：下组光电传感器与上组光电传感器，下组光电传感器包括第一光电传感器31与第二光电传感器32，上组光电传感器包括第三光电传感器33，下组光电传感器与上组光电传感器相距固定高度值h，固定高度值h大于所有配重片5的厚度值。第一光电传感器31与第二光电传感器32左右并列错开设置。在配重片5未被拉起(静止状态)时，最上侧的配重片5的位置低于第一光电传感器31位置。
75.优选地，光电传感器具有光电检测槽，当双挡片遮光片10位于光电检测槽内时，光电传感器输出低电平0，当光电检测槽未检测到物体时，光电传感器输出高电平1；当配重片5被拉起时，配重片5上的双挡片遮光片10依次穿过第一光电传感器31、第二光电传感器32与第三光电传感器33，控制器1根据接收到的光电信号次数来判断配重片5被拉起的数量，进而根据每块配重片5的重量计算出被拉起的总重量。
76.在本发明的进一步实施例中，控制器1通过下组光电传感器检测到配重片5被拉起后，如果控制器1检测到上组光电传感器传输的光电信号，代表用户完成一次有效动作，并记录有效次数，此时控制器通过无线通讯模块2将拉起的重量和有效次数传输给服务器4；控制器1通过下组光电传感器检测到配重片5被拉起后，如果控制器1未检测到上组光电传感器传输的光电信号，代表用户未完成一次有效动作，此时不记录有效次数。
77.其中，通过计算双挡片遮光片10经过下组传感器中的两个光耦光电开关的时间和两个光耦光电开关的距离，可以计算出当前配重片5运行的速度。
78.通过计算相邻两个双挡片遮光片10通过下组传感器的速度差和时间间隔，可以计算出当前配重片5运行的加速度。
79.具体地，用户在进行健身锻炼时，会拉起适当数量的配重片5，每间隔1毫秒，控制器1自动依次采集上组光电传感器与下组光电传感器中三个光耦光电开关的光电信号数据，以下为2个配重片5被拉起为例说明。
80.三个光耦光电开关的状态依次为：
81.上行：011，001，101，111，011，001，101，111，111，
……
，111，110下行：111，
……
，111，101，001，011，111，101，001，011，111
82.控制器1通过三个光耦光电开关的状态可以判断出，当检测到011，001，101，111连续出现时，代表一片配重片5上行；当检测到101，001，011，111连续出现时，代表一片配重片5下行；当检测到110时，代表用户完成一个有效行程。其中上行检测到的011，001，101，111连续出现的次数或者下行检测到的101，001，011，111连续出现的次数即为被拉起的配重片5的数量，由于每块重量相同可以根据数量转换成配重片5的重量。控制器1接收到的110的次数即为有效行程的次数。
83.控制器1可以通过三个光耦光电开关的输出状态自动判断配重片5是上行还是下
行，根据上行或下行状态数据来分析判断出被拉起的配重片5的数量或重量，以及根据状态110来判断被拉起的配重片5是否上行至标准高度，从而判断每次拉起配重片5的过程是否为一次有效行程。
84.控制器1接收到光电传感器传输的光电信号后，会将状态数据信息处理为配重片5的数量或重量，以及用户拉起配重片5有效行程次数。控制器1每接收到一次第三光电传感器33传输的状态110会自动加1记录有效行程次数，同时控制器1每接收一次011，001，101，111状态输出会自动记录配重片5数量加1，或者控制器1可以自设定f＝g
m
n，g
m
为每块配重片5的重量，n为当前配重片5的数量，n＝n+1，n为控制器1已经记录的最大配重片5数量值。
85.用户保持有效动作往复操作，控制器1会依次接收有效次数并记录，并通过无线通讯模块2发送至服务器4，服务器4将每次拉起重量、有效次数等健身力量数据进行记录，用户通过用户终端设备9上的app或小程序访问服务器4，查看自身健身力量运动数据记录信息。
86.此外，为了方便用户实时了解健身力量数据，控制器1与扬声器7连接，通过扬声器7向用户播放动作数据语音，例如“第x次，xx公斤”，使得用户健身锻炼的同时可以实时了解健身动作的有效性，而不是自身盲目随意操作，从而极大地方便了用户了解健身力量数据。
87.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。