專利名稱：運動量化腕表及運動計量分析方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠根據使用者自身的身體條件、由數據處理器根據人 體健康的量化指標為使用者制訂出健康運動的運動量化腕表及運動計量分析 方法，屬健身檢測告知器制造領域。
背景技術：
目前，巿場上銷售的多種運動計量器有電子計步器，運動心率表等， 能記錄使用者在運動過程中的心率、計步等運動過程中的計量器，同時也能 計算、提供使用者在運動過程中消耗的卡路里，以滿足體重控制者的特殊要 求。如專利00120700.8的"卡路里計算機"是一種根據人體基礎代謝量、運
動強度、體脂肪率、體重來計算l天運動消耗的熱量的計算機，其中人體運 動強度是根據心率換算出來的，但是它僅針對走路和跑步的運動模式，無法 對其他的運動如游泳、跳繩等運動進行判別，而且在運動過程中，可分為有 氧和無氧運動，兩類運動的效果是不同的，而此專利并未對此作出區分，更 不能在運動過程中起到提醒和監督的作用。另外該發明必須利用一卡套測定 人體阻抗，因而繁瑣，實際實施困難，還有無法對使用者建議適合自己運動 強度和要求的個性化運動菜單。
對比專利200710105572。 6的"一種確定運動信息的方法和腕式設備"
對使用者在運動過程的信息進行釆集,沒有對運動過程的運動類型進行分析， 更無法指導使用者的運動行為。總之其不足之處 一是這些運動計量器，只 能針對單一的運動類型進行運動數據和使用者生理數據的采集，不能滿足使 用者進行復雜多項運動的測量要求；二是只能通過對使用者運動過程中生理 指標的變化來推算使用者的運動強度，從而計算出其運動過程中消耗的卡路里，但是這種計算沒有考慮到運動的強度，易產生非正常的卡路里消耗，不 僅不利于身體健康，而且有損身體健康；三是當前巿場的計量器都是被動地 接受使用者的運動信息，而無法結合使用者的身體屬性、運動要求以及使用 者所在的運動環境科學地給予運動運動建議，因此并不能符合使用者個性化 的運動管理要求。
發明內容
設計目的避免背景技術中的不足之處，設計一種能夠根據每一位使用 者的自身條件，而制訂出適用其健身的運動菜單，并且能夠根據菜單運動所 記載的數據向使用者提示其運動的姿勢、運動量、運動的時間是否在運動菜 單的范圍內-----是否在健康的范圍內，并且能夠根據使用者的身體變化及時 地修訂運動菜單的運動量化腕表及運動計量分析方法。
設計方案為了實現上述設計目的。在運動時，將多功能運動計量器戴 在手腕上或腳腕上，它能自動判別運動類型或在原有運動類型的基礎上建立 新的運動類型；測試和計量使用者在進行某項運動時的運動量的大小和時間， 以及分辨有效運動時間或計算對應該項運動的卡路里的消耗量，并可綜合得 出運動過程中不同運動類型消耗的卡路里的總量；可以通過無線通信的方式 與移動終端設備交換運動信息數據；可以通過本地即時溫度的測量，達到調 整運動菜單強度的目的；能對使用者處在各種運動狀態的心率下限一上限一 警戒三個范圍有效地提示和顯示，以提高運動質量和效果。
多功能運動計量器由三維加速度傳感器或二個平面加速度傳感器、心率 傳感器、數據釆集處理器、存儲模塊、通信模塊、顯示器所組成，數據釆集 處理器釆集加速度傳感器在三維數值中的波形(x， Y, z),與存儲在存儲模 塊中的多種運動類別波形進行比較，分析出其運動的類型，并對波形的強度 和有效運動的時間作相應的記錄，當運動結東后，直接將運動記錄發送到移 動終端設備或根據運動的記錄自動換算出卡路里的消耗并與運動菜單進行比 較，將今天的運動計劃完成情況顯示并告知使用者。
當多功能運動計量器在運動類別存儲器中沒有存儲當前運動的特征波形時，如兵乓球、籃球、游泳，或者每個使用者在進行某項運動時其獨特的運 動特征(如運動中的獨特動作、習慣、姿勢等)與運動類別存儲器中的波形 都不符時，本發明提供了學習模式，可依據每個人獨特的運動特征，分別釆 樣、處理、存儲在運動類別存儲器中。如游泳的泳姿，在運動中，多功能運 動計量器釆樣記錄使用者在運動中的特征波形，經過比對在運動中反復并多 次出現的相似波形，作為運動類別特征的波形，就自由泳動作所取得的波形 和蛙泳動作所取得的波形，分別設置和存儲在游泳特征波形存儲器類別中的 自由泳和蛙泳存儲單元中，當第二次游泳時，多功能運動計量器將釆集的波 形與存儲在存儲器中的各種運動特征波形進行比較，從波形的變化特征中(如 波形量值按基本比例增或減)，自動識別出運動類型和計量運動強度，而運動 強度的大小，依據使用者運動時的頻率、運動的幅度(最大偏離值)、運動時 的心率來衡量使用者的相對運動量。由于使用者在運動前可能存在運動前的 熱身過程，因而與存儲器中運動類型特征波形比較的釆樣波形，設計成延后 幾分鐘，以采取有效的波形進行對比。
技術方案1:運動量化腕表，電池通過控制開關給運動量化腕表供電， 按鍵用于數據處理器功能的選擇和數據的輸入，加速傳感器、心率傳感器及 溫度傳感器的信號輸出端接數據采集處理器的信號輸入端，數據采集處理器 與存儲器構成雙向數據交互、與通信模塊構成雙向數據交互、與顯示器構成 單向數據傳遞。
技術方案2:運動量化腕表的運動計量分析方法，加速傳感器、心率傳 感器將所釆集到的人體運動基本數據，當使用者將設置在學習狀態時，使用 者的運動行為由采集處理模塊釆集運動過程中的運動信息，數據釆集處理器 經對信息波形的比對處理，將具有特征值得波形選擇后存入到存儲器中，不 同的運動類型都可以在不同的學習設置中建立不同的特征值波形存儲到存儲 器中，以便提供自動識別運動類型的特征值波形；
當數據釆集處理器將內置運動分析處理軟件模塊通過所接收到的人體運 動基本數據和存儲在存儲器中的使用者的個人資料進行分析處理后，制訂出最佳的運動菜單且存入到存儲器中，使用者可以通過按鍵進行查詢，根據菜 單提示進行運動，其運動過程的數據信息通過加速傳感器、心率傳感器傳輸 至數據處理軟件模塊，經過與運動菜單比較處理后，通過顯示器以菜單的方
式告訴使用者者的運動方式、運動量是否達到菜單要求；
如果未達到要求，則通過顯示器以菜單的形式提示使用者還需要運動的
菜單，當使用者在運動過程中已經達到運動菜單的要求時，則用LED提示方
式提示使用者；
經過數天幾個菜單的完成情況，數據處理器自動根據所記載的運動數據 進行分析，并且要求使用者輸入相應的生理數據，根據已有的數據，經過分 析處理后，修訂使用者的運動菜單，可能增減某種動作的運動量、改變某種 動作的運動方式，并將修訂后的運動菜單告知使用者，使用者按修改后的菜 單進行運動，以此類推，從而達到量體而行、循序漸進的健身；
如果使用者身體不屬于健康范圍，數據處理器則通過顯示器以菜單的方 式提醒使用者，根據菜單提示進行運動；當運動的姿勢、運動指標達到運動 要求范圍內時，數據釆集處理器通過顯示的方式(如LED)告訴使用者此時 出在什么標準運動條件下。
當使用者開始運動后，數據處理器將釆集的環境溫度數據，作為微調運 動菜單中的運動強度，以修正優化參數。
本發明與背景技術相比， 一是實現了根據人體生理量化指標，指導人體 運動指標的量化，真正做到了有益健身；二是實現了根據人體運動后的生理 指標，修改人體的健身指標，達到了量體而行、循序漸進的健身目的。
圖l是運動量化腕表的基本結構圖。
圖2是運動量化腕表的工作流程1的示意圖。
圖3是運動量化腕表在工作流程1下的數據處理流程圖。
圖4是運動量化腕表的工作流程2的示意圖。
圖5是運動量化腕表在工作流程2下的數據處理流程圖。圖6是運動量化腕表的學習模式設置示意圖。 圖7是運動量化腕表的學習模式設置流程圖。
具體實施例方式
實施例1:參照附圖l。運動量化腕表，電池107通過控制開關給數據處 理器供電，按鍵108用于數據處理器功能的選擇，加速傳感器IOO、心率傳 感器101及溫度傳感器102的信號輸出端接數據釆集處理器106的信號輸入 端，數據釆集^1理器106與存儲器103間構成雙向通數據交互、與通信模塊 104構成雙向數據交互、與顯示器105構成單向通信；所述的加速傳感器IOO 是指三維加速傳感器或二個垂直放置的二維加速傳感器數據處理器依據運動 菜單信息數據對三維加速傳感器或二個垂直放置的二維加速傳感器輸入的三 維立體信息進行比對處理；對心率傳感器輸入的信號進行比對處理。內置在 運動量化腕表中含有運動信息釆集處理模塊、運動學習軟件模塊、數據處理 軟件模塊、菜單調整軟件模塊、運動分析處理軟件模塊；其中運動信息釆集 處理模塊負責運動信息的釆集、過濾、存儲，運動學習軟件模塊主要負責運 動類型的學習和確定，數據處理軟件模塊負責分析和確定運動的類型、運動 的強度、運動過程效果、與運動菜單的比較，菜單調整軟件負責根據使用者 即時運動時的環境調整運動菜單的運動強度，運動分析處理軟件模塊負責依 據個人輸入的資料和運動時信息資料分析并導出使用者運動最佳運動菜單和 建議性意見。
實施例2:參照附圖1~5。運動量化腕表的運動計量分析方法，其特征 是加速傳感器、心率傳感器將所釆集到的人體運動基本數據，當使用者將 設置在學習狀態時，使用者的運動行為由采集處理模塊釆集運動過程中的運 動信息，數據釆集處理器經對信息波形的比對處理，將具有特征值得波形選 擇后存入到存儲器中，不同的運動類型都可以在不同的學習設置中建立不同 的特征值波形存儲到存儲器中，以便提供自動識別運動類型的特征值波 形；
當數據釆集處理器將內置運動分析處理軟件模塊通過所接收到的人體運動基本數據和存儲在存儲器中的使用者的個人資料進行分析處理后，制訂出 最佳的運動菜單且存入到存儲器中，使用者可以通過按鍵進行查詢，根據菜 單提示進行運動，其運動過程的數據信息通過加速傳感器、心率傳感器傳輸 至數據處理軟件模塊，經過與運動菜單比較處理后，通過顯示器以菜單的方 式告訴使用者者的運動方式、運動量是否達到菜單要求；
如果未達到要求，則通過顯示器以菜單的形式提示使用者還需要運動的 菜單，當使用者在運動過程中已經達到運動菜單的要求時，則用LED提示方
式提示使用者；
經過數天幾個菜單的完成情況，數據處理器自動根據所記載的運動數據 進行分析，并且要求使用者輸入相應的生理數據，根據已有的數據，經過分 析處理后，修訂使用者的運動菜單，可能增減某種動作的運動量、改變某種 動作的運動方式，并將修訂后的運動菜單告知使用者，使用者按修改后的菜
單進行運動，以此類推，從而達到量體而行、循序漸進的健身；
如果使用者身體不屬于健康范圍，數據處理器則通過顯示器以菜單的方 式提醒使用者，根據菜單提示進行運動；當運動的姿勢、運動指標達到運動 要求范圍內時，數據采集處理器通過顯示的方式(如LED)告訴使用者此時 出在什么標準運動條件下。
當使用者開始運動后，數據處理器將釆集的環境溫度數據，作為微調運 動菜單中的運動強度，以修正優化參數。
通過學習運動類型的運動，軟件能自動判別運動類型，根據運動過程的 心率變化、運動的幅度、頻率，比較、計算出運動的強度，并可以根據各種 運動所好耗能系數折算人體所消耗的卡路里。
使用者的個人資料是指年齡、性別、體重、身高、血型、血常規、尿檢 信息、疾病信息。
運動菜單的編制依據是根據個人的運動類型、運動量、運動過程的心率 與運動強度的曲線、生理變化的狀況-…體重、血常規、尿常規而確定且在本 運動量化腕表中實現，可以通過無線通信的方式，由服務端通過手機，轉發到運動量化腕表中實現。
不同的運動類型都可以用不同的計量方式實現計量，可以折算出等量的 消耗。
數據處理器根據使用者單一的運動類型,會提示使用者應該全面地運動， 作一些其它類型的運動，以便使用者全面發展。
參照附圖2、 3。運動計量分析腕表在開機的時候，通過無線接方式自動
鏈接手機，從手機下載當天的運動菜單及建議，下載的信息保存到數據存儲 器，使用者可隨時查閱存儲器的內容在顯示器上顯示出來，運動計量分析腕 表的溫度傳感器會定時釆集即時溫度數據，并對運動菜單進行修正，并保存 到數據存儲器。
使用者參照運動菜單開始運動鍛煉,使用者可以選擇是否進入學習模式， 如果選擇不進入學習模式，或者使用者不作選擇就開始運動鍛煉，則系統默 認為否。運動開始，運動計量分析腕表開始釆集使用者的運動波形，因為使 用者通常在運動前會有做相應熱身準備，所以系統在記錄釆集的波形同時， 延遲釆集波形樣本與數據庫中的波形數據進行對比,確認使用者的運動類型，
否保持同類運動。運動計量分析腕表開始釆集運動波形的同時，心率傳感器 開始釆集心率數據，釆集的波形數據、心率數據都保存在存儲器進行保存。 對照運動菜單，結合釆集的心率和運動波形，時間，進行數據處理， 一方面 根據運動菜單規定的心率區域(運動菜單中的心率的區域劃分一是參考使用 者身體情況，能承受的正常心率范圍，二是參考人在不同強度運動下，轉化 為熱量的物質不同而體現為有氧和無氧運動，以此得出有氧和無氧運動的心 率范圍，三是參考當地當天的天氣情況，最后根據使用者設定的條件比如減 肥、保健等要求，綜合分析給出的運動心率區域。)，若運動即時心率小于下 限值則綠燈亮，若在運動菜單給定的區域內則黃等亮若超出運動菜單給定的 心率上限值則紅等亮，以提示用戶調整運動強度。另一方面，系統會根據運 動量換算出消耗的熱量，若已達到運動菜單的要求，綠燈會閃爍，提示使用者已完成當天的運動量。若沒有完成當天的運動菜單就已結束運動，系統會 系統會自動換算當天完成的運動量，自動搜索無線網絡，將數據發送到手機 上，同時將數據保存在數據庫中供使用者查閱。
使用者若進行新的運動類型，可起用運動計量分析腕表的學習模式，一 但選定或輸入運動類型，就參照要求開始運動，運動計量分析腕表會按設置 要求釆集運動波形，并將多次出現的、類似的、周期性波形為該新的運動類 型的特征波形數據保存在數據庫中。待同樣的運動進行中，數據處理器會將 運動波形提取后與特征波形比較，最接近的運動類型特征波形為其運動類型。
實施例4:參照附圖6、 7。運動計量分析腕表開機，運行程序，溫度傳 感器釆集即時溫度，保存數據，并對運動菜單進行修正。
使用者參照運動菜單開始運動鍛煉,使用者可以選擇是否進入學習模式， 如果選擇不進入學習模式，或者使用者不作選擇就自動轉為開始運動鍛煉， 即系統默認為否。運動開始，運動計量分析腕表開始釆集使用者的運動波形， 因為使用者通常在運動前會有做相應熱身準備，所以系統在記錄釆集的波形 同時，延遲采集波形樣本與數據庫中的波形數據進行對比，確認使用者的運 動類型，系統會根據設定條件周期性地選取波形樣本進行對比分析，以確認 使用者是否保持同類運動。
運動計量分析腕表開始釆集運動波形的同時，心率傳感器開始釆集心率 數據，釆集的波形數據、心率數據都保存在存儲器進行保存。對照運動菜單， 結合采集的心率和運動波形，時間，進行數據處理， 一方面根據運動菜單規 定的心率區域(運動菜單中的心率的區域劃分一是參考使用者身體情況，能 承受的正常心率范圍，二是參考人在不同強度運動下，轉化為熱量的物質不 同而體現為有氧和無氧運動，以此得出有氧和無氧運動的心率范圍，三是參 考當地當天的天氣情況，最后根據使用者設定的條件比如減肥、保健等要求 綜合分析給出的運動心率區域。)，若運動即時心率小于下限值則綠燈亮，若 在運動菜單給定的區域內則黃等亮若超出運動菜單給定的心率上限值則紅等
亮，以提示用戶調整運動強度。另一方面，系統會根據運動量換算出消耗的熱量，若已達到運動菜單的要求，綠燈會閃爍，提示使用者已完成當天的運 動量。若沒有完成當天的運動菜單就已結束運動，系統保存運動數據，換算 并累計當天的運動量，保存在數據庫供用戶查閱，并作為后一次運動菜單生 成的參考依據及對使用者一段時間運動分析的參考依據。
本運動計量分析腕表可通過USB接口進行程序的升級和內容更新，如新 的運動數據分析模型、分析方法的更新，保證運動計量、分析方法的科學性， 以提供使用者科學、符合其自身條件的運動菜單。
附圖7是學習模式的設置過程。使用者進入學習模式，多功能計量器會 顯示常規的運動類型供用戶選擇，使用者可選擇已有的運動類型，也可以手
動輸入列表中不存在的運動類型如步驟724所示。使用者選擇一種運動類型， 如該運動類型存在不同的形式比如游泳的種類有自由泳、蛙泳、蝶泳、仰泳， 則進一步選擇具體的運動形式，若列表中不存在該類運動，則可手動輸入具 體運動名稱，如步驟716、 723所示。
附圖6是運動計量分析腕表學習狀態操作界面圖。首先開機，進入學習 模式，步驟606-607選擇學習的運動類型，確認后，運動計量分析腕表提示 使用者開始運動，系統開始釆集運動特征數據，設定時間到即釆集完成，保 存數據，則自由泳的運動特征波形已建立。
需要理解到的是上述實施例雖然對本發明作了比較詳細的文字描述， 但是這些文字描述，只是對本發明設計思路的簡單描述，而不是對本發明設 計思路的限制，任何不超出本發明實質精神內的發明創造，均落入本發明的 保護范圍。
1權利要求
1、一種運動量化腕表，電池通過控制開關給運動量化腕表供電，按鍵用于數據處理器功能的選擇和數據的輸入，其特征是加速傳感器、心率傳感器及溫度傳感器的信號輸出端接數據采集處理器的信號輸入端，數據采集處理器與存儲器構成雙向數據交互、與通信模塊構成雙向數據交互、與顯示器構成單向數據傳遞。
2、 根據權利要求l所述的運動量化腕表，其特征是內置在運動量化腕 表中含有運動信息采集處理模塊、運動學習軟件模塊、數據處理軟件模塊、菜單調整軟件模塊、運動分析處理軟件模塊；其中運動信息釆集處理模塊負 責運動信息的釆集、過濾、存儲，運動學習軟件模塊主要負責運動類型的學 習和確定，數據處理軟件模塊負責分析和確定運動的類型、運動的強度、運 動過程效果、與運動菜單的比較，菜單調整軟件負責根據使用者即時運動時 的環境調整運動菜單的運動強度，運動分析處理軟件模塊負責依據個人輸入 的資料和運動時信息資料分析并導出使用者運動最佳運動菜單和建議性意 見。
3、 根據權利要求l所述的運動量化腕表，其特征是所述的加速傳感器 是指三維加速傳感器或二個垂直放置的二維加速傳感器。
4、 根據權利要求l所述的運動量化腕表，其特征是數據處理器依據運 動菜單信息數據對三維加速傳感器或二個垂直放置的二維加速傳感器輸入的 三維立體信息進行比對處理；對心率傳感器輸入的信號進行比對處理。
5、 一種運動量化腕表的運動計量分析方法，其特征是加速傳感器、心 率傳感器將所釆集到的人體運動基本數據，當使用者將設置在學習狀態時， 使用者的運動行為由采集處理模塊釆集運動過程中的運動信息，數據釆集處 理器經對信息波形的比對處理,將具有特征值得波形選擇后存入到存儲器中， 不同的運動類型都可以在不同的學習設置中建立不同的特征值波形存儲到存 儲器中，以便提供自動識別運動類型的特征值波形；當數據采集處理器將內置運動分析處理軟件模塊通過所接收到的人體運 動基本數據和存儲在存儲器中的使用者的個人資料進行分析處理后，制訂出 最佳的運動菜單且存入到存儲器中，使用者可以通過按鍵進行查詢，根據菜 單提示進行運動，其運動過程的數據信息通過加速傳感器、心率傳感器傳輸 至數據處理軟件模塊，經過與運動菜單比較處理后，通過顯示器以菜單的方 式告訴使用者者的運動方式、運動量是否達到菜單要求；如果未達到要求，則通過顯示器以菜單的形式提示使用者還需要運—動的 菜單，當使用者在運動過程中已經達到運動菜單的要求時，則用提示方式(如LED)提示使用者；經過數天幾個菜單的完成情況，數據處理器自動根據所記載的運動數據 進行分析，并且要求使用者輸入相應的生理數據，根據已有的數據，經過分 析處理后，修訂使用者的運動菜單，可能增減某種動作的運動量、改變某種 動作的運動方式，并將修訂后的運動菜單告知使用者，使用者按修改后的菜 單進行運動，以此類推，從而達到量體而行、循序漸進的健身；如果使用者身體不屬于健康范圍，數據處理器則通過顯示器以菜單的方 式提醒使用者，根據菜單提示進行運動；當運動的姿勢、運動指標達到運動 要求范圍內時，數據釆集處理器通過顯示的方式(如LED)告訴使用者此時 出在什么標準運動條件下。當使用者開始運動后，數據處理器將釆集的環境溫度數據，作為微調運 動菜單中的運動強度，以修正優化參數。
6、 根據權利要求5所述的運動量化分析方法，其特征是通過學習運動 類型的運動，軟件能自動判別運動類型，根據運動過程的心率大小及變化曲 線、肢體擺動的幅度大小、頻率的高低，比較、計算出運動的強度，并可以 根據各種運動所好耗能系數折算人體所消耗的卡路里。
7、 根據權利要求5所述的運動量化分析方法，其特征是使用者的個人 資料是指年齡、性別、體重、身高、血型、血常規、尿檢信息、疾病信息。
8、 根據權利要求5所述運動量化分析方法，其特征是運動菜單的編制依據是根據個人的運動類型、運動量、運動過程的心率與運動強度的曲線、 生理變化的狀況--體重、血常規、尿常規而確定且在本運動量化腕表中實現， 可以通過無線通信的方式，由服務端通過手機，轉發到運動量化腕表中實現。
9、 根據權利要求5所述運動量化分析方法，其特征是不同的運動類型都可以用不同的計量方式實現計量，可以折算出等量的消耗。
10、 根據權利要求5所述運動量化分析方法，其特征是數據處理器根 據使用者單一的運動類型，會提示使用者應該全面地運動，作一些其它類型 的運動，以便使用者全面發展。
全文摘要
本發明涉及一種能夠根據使用者自身的身體條件、由數據處理器根據人體健康的量化指標為使用者制訂出健康運動的運動量化腕表及運動計量分析方法，電池通過控制開關給運動量化腕表供電，按鍵用于數據處理器功能的選擇和數據的輸入，加速傳感器、心率傳感器及溫度傳感器的信號輸出端接數據采集處理器的信號輸入端，數據采集處理器與存儲器構成雙向數據交互、與通信模塊構成雙向數據交互、與顯示器構成單向數據傳遞。
文檔編號G06F19/00GK101518442SQ20081006293
公開日2009年9月2日 申請日期2008年7月5日 優先權日2008年7月5日
發明者紅 朱, 全 黃 申請人:杭州義盛祥通信技術有限公司