[发明专利]一种基于Android平台的跑步健身系统及其数据处理方法

摘要

本发明实施例提出了一种基于Android平台的跑步健身系统及其数据处理方法，所述方法包括准备流程、计步流程、运动相关数据计算流程、状态识别流程、生理参数监测流程。所述系统包括可穿戴设备和智能终端，其中所述智能终端通过内置的应用程序实现所述准备流程、计步流程、运动相关数据计算流程、状态识别流程、生理参数监测流程；其中所述可穿戴设备包括：蓝牙数据通讯电路、计步电路、心电信号采集电路、体温检测电路、通知电路、供电电路。

主权项

1.一种基于Android平台的跑步健身数据处理方法，其特征在于，包括准备流程、计步流程；其中所述准备流程包括：与可穿戴设备建立蓝牙连接，从所述可穿戴设备接收实时数据并对接收到的实时数据进行真实性验证；其中所述计步流程包括：步骤21、根据当前的海拔、地磁场强度，对接收到的三轴加速度传感器发送来的持续的计步电路输出信号进行数据修正；具体包括：通过公式(1)对三轴加速度传感器发送来的持续的计步电路输出信号中X、Y、Z三个轴上的加速度值做了修正补偿，修正公式如下：A_acc＝C_compsation+V_values×K (1)其中，A_acc为修正值，C_compsation为加速度补偿量，V_values为一个方向上的加速度值，K为比例系数；其中C_compsation由海拔高度决定，当海拔在2000米以下时设定补偿量为245；当海拔在2000米到4000米范围时设定补偿量为255；当海拔在4000米以上时设定补偿量为265；其中比例系数K用于控制信号缩放比，通过以下的公式(2)计算：其中M_max为地球表面最大磁场强度；其中公式(2)中比例系数K与加速度补偿量C_compsation成正比；步骤22、通过以下的公式(3)计算加速度平均值mAvrmAvr＝(A_accx+A_accy+A_accz)/3 (3)其中A_accx为X轴上的加速度分量，A_accy为Y轴上的加速度分量，A_accz为Z轴上的加速度分量；步骤23、将加速度平均值mAvr绘制的波形图记为函数F(t)，并将被测点记作F(t₀)，将被测点的前两个值分别定义为F(t₁)、F(t₂)；然后计算F(t₁)与F(t₂)差值，记作Δ₁；计算F(t₁)与F(t₀)差值，记作Δ₂；如果Δ₁、Δ₂异号则认为F(t₁)为拐点，否则认为F(t₁)不为拐点；若为极值点则将极值点存入数组mExtremums[]中，并进入步骤24；步骤24、获取当前的极值点E_k以及前一极值点E_k‑1，并计算相邻波峰波谷之间的差值绝对值|Δ||Δ|＝|E_k‑E_k‑1| (4)其中，|Δ|为相邻的两个极值点之间的差值的绝对值，也是识别运动步伐的判断依据，E_k为本次测量出的拐点，存储在数组mExtremums[k]中；E_k‑1为记录的上一个极值点，存储在数组mExtremums[k‑1]中；步骤25、根据步骤24获取的极值点之间的差值绝对值|Δ|，判断相邻的两个极值点之间的差值的绝对值|Δ|是否满足以下的五个计步条件，如果是则记一步：1、识别区间的确定条件；当前值|Δ|大于阀值的部分为运动识别区，小于阀值的部分为非识别区；阀值即为可穿戴设备的计步电路的灵敏度，灵敏度过高或高低均会给计步造成较大误差；2、判断上次计算值|Δ|₁是否合理的判断条件；若上次计算值|Δ|₁相比当前值|Δ|小于预设值|Δ|₁＜|Δ|/4，则认为上一次波动为高频干扰，上一步不记为一步；否则认为|Δ|₁合理数据；其中|Δ|₁为上一步的计算值；3、判断当前值|Δ|是否合理的判断条件；在通过第2个条件判定上一次的计算值|Δ|₁有效的情况下，则判断当前|Δ|是否大于三分之二倍的|Δ|₁时，如果是则认为当前值|Δ|为合理数据；如果不是则认为当前值|Δ|过小，本次波动为抖动干扰，不计为一步；4、波谷判断；如果满足条件的拐点为波峰数据，则舍弃；如果为波谷数据，则进入下一个判断条件；5、时间间隔判断条件；判断当前值|Δ|与上一次的计算值|Δ|₁之间的时间间隔小于0.2s，则该当前值|Δ|为高频噪声干扰，不计为一步；如果当前值|Δ|满足前述的五个条件时，当前值|Δ|可以记为一步；步骤26、根据运动过程中的定位信息绘制运动轨迹；其中所述可穿戴设备包括蓝牙数据通讯电路、计步电路、心电信号采集电路、体温检测电路、通知电路、供电电路；其中蓝牙数据通讯电路包括DA14580蓝牙控制芯片，其中所述DA14580蓝牙控制芯片设有用于分别连接可穿戴设备的传感器芯片的I/O管脚P0_0～P0_7、管脚P1_0～P1_3、管脚P2_0～P2_9；其中第P0_0管脚连接计步电路的MPU‑6050运动处理传感器芯片的中断控制接口，第P0_1管脚连接计步电路的MPU‑6050运动处理传感器芯片的中断控制接口，第P0_2管脚连接计步电路的MPU‑6050运动处理传感器芯片的I2C总线串行数据接口，第P0_1管脚连接计步电路的MPU‑6050运动处理传感器芯片的I2C总线串行时钟接口；第P0_3管脚连接气压传感器的第八管脚；第P0_4管脚连接蜂鸣器；第P0_5管脚连接通知电路的马达；第P0_6管脚连接通知电路的LED红灯；第P0_7管脚连接通知电路的LED绿灯；第P1_0管脚连接通知电路的LED黄灯；第P1_1管脚连接体温检测电路的DS1624数字温度传感器芯片的第一管脚的I2C总线串行数据通讯接口；第P1_2管脚连接体温检测电路的DS1624数字温度传感器芯片的第二管脚的I2C总线串行输入时钟接口；第P1_3管脚连接心电信号采集电路的BMD101心电采集芯片的第四管脚的信号输出端；所述DA14580蓝牙控制芯片的第十七管脚的复位电路连接接口连接复位电路，所述复位电路包括提供复位高电平的输入电压以及可控的开关，且所述第十七管脚的复位电路连接接口还通过复位电阻接地；所述DA14580蓝牙控制芯片的第二十九管脚和第三十管脚连接数字控制振荡器外接晶振；所述DA14580蓝牙控制芯片的第十一管脚和第十二管脚连接RC震荡器外接晶振；所述DA14580蓝牙控制芯片的第三十五管脚连接天线；计步电路包括MPU‑6050运动处理传感器芯片，所述MPU‑6050运动处理传感器芯片的第一管脚的外部时钟输入管脚连接外部时钟或接地；第六管脚的串行数据接口连接外部气压传感器；第七管脚的外接气压传感器串行时钟接口连接外部气压传感器时钟：第八管脚的逻辑供电电压连接单调边沿触发的外部逻辑电路，所述外部逻辑电路包括接地的第四电容；第九管脚信号组电源接口连接I2C总线以作为从地址最低有效位；第十管脚的校准滤波端口连接校准滤波电容；第十一管的脚帧同步数据输入接地；第十二管脚的中断控制接口连接蓝牙通信芯片的P0_0接口；第二十管脚的电荷泵连接接口连接电荷泵；第二十三管脚的I2C总线串行数据接口连接蓝牙通信芯片；第二十四管脚的I2C总线串行时钟接口连接蓝牙通信芯片；心电信号采集电路包括BMD101心电采集芯片、ECG心电采集电路；其中所述BMD101心电采集芯片第一管脚和第二管脚的电极模拟信号输入接口连接用于采集心电模拟信号的传感器；第三管脚的数据写入接口RX通过串行总线接收数据；第四管脚的信号输出接口连接蓝牙通讯芯片输出数据；第五管脚的高电平复位接口以连接高电平复位电路，所述高电平复位电路包括相互并联的上拉电阻及稳压二极管，且所述第五管脚还通过滤波电容接地；其中所述ECG心电采集电路包括连接器，所述BMD101心电采集芯片通过连接器连接采集心电模拟信号的传感器，其中连接器的第四管脚连接所述BMD101心电采集芯片的第一管脚，且连接器的第一管脚连接所述BMD101心电采集芯片的第二管脚；且所述连接器的第二管脚和第三管脚连接模拟地；所述连接器的第四管脚通过第一静电放电电路连接模拟地，且第一管脚通过第二静电放电电路连接模拟地；其中所述模拟地与接地之间通过缓冲电感连接；体温检测电路包括DS1624数字温度传感器芯片，所述DS1624数字温度传感器芯片的第一管脚的I2C总线串行数据通讯接口和第二管脚的I2C总线串行输入时钟接口连接蓝牙通讯芯片，且第一管脚的I2C总线串行数据通讯接口和第二管脚的I2C总线串行输入时钟接口分别连接有上拉电阻；其中所述DS1624数字温度传感器芯片第四管脚的接地接口接地；且DS1624数字温度传感器芯片的第四管脚、第五管脚、第六管脚的地址输入接口都接地；通知电路包括蜂鸣器电路、震动马达电路、LED闪烁电路；其中所述蜂鸣器电路包括蜂鸣器和三极管，其中所述蜂鸣器并联有第三电阻，并连接供电电路和三极管的集电极；所述三极管的发射极接地；所述三极管的基极通过限流电阻连接蓝牙通信芯片，并通过滤波电容接地；其中所述震动马达电路包括马达和NPN型三极管；其中所述震动马达并联稳压二极管后，连接供电电路和三极管的集电极；且三极管的基极通过限流电阻连接蓝牙通信芯片，并通过滤波电容接地；三极管的发射极接地；其中所述LED闪烁电路包括至少一个LED灯，且所述LED灯通过限流电阻连接蓝牙通信芯片；供电电路包括可充电电池、供电模块和充电模块；其中，所述充电模块包括充电管理子电路和USB接口子电路，所述USB接口子电路通过充电管理子电路连接所述可充电电池；所述充电管理子电路包括LTC4053‑4.2充电管理芯片，所述LTC4053‑4.2充电管理芯片的电流输入的第二管脚连接USB接口子电路，第九管脚连接所述可充电电池；且所述LTC4053‑4.2充电管理芯片的用于确定负温度系数的第六管脚接地，所述LTC4053‑4.2充电管理芯片的第七管脚连接用于确定充电电路的外接电阻，所述LTC4053‑4.2充电管理芯片的第四管脚连接用于确定充电时间的第一电容；其中所述USB接口子电路包括USB接口芯片，USB接口芯片的第一管脚连接所述LTC4053‑4.2充电管理芯片的电流输入的第二管脚，并通过第二电容接地；所述供电模块包括升降压转换芯片TPS63001，所述升降压转换芯片TPS63001的第一管脚通过滤波电容连接输入电压；第二管脚连接电源电压控制信号输入电路；第三管脚连接省电模式控制信号输入电路；第四管脚连接设备使能信号输入电路；第九管脚为芯片内部电压误差放大器，连接反馈信号输入电路；第十管脚连接电压输出电路；第零管脚和第十一管脚之间设有用于消除电感电流的隔离电感。