本發(fā)明涉及一種智能化跑步機及工作方法，具體涉及一種具有人機交互功能的新型智能化跑步機，屬于運動健身設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

跑步鍛煉是人們最常用的一種身體鍛煉方式。長期堅持跑步鍛煉能夠加強人的心肺功能，保持人的肌肉和骨骼的健康。而跑步機作為家庭及健身房常備的器材，使人們徹底擺脫了天氣、環(huán)境的影響，可以在室內(nèi)完成每天的跑步鍛煉。

從誕生至今，跑步機經(jīng)歷了一代又一代的更新變革，其性能和外觀都得到了很大的改變。然而傳統(tǒng)的跑步機仍然無法改變其運動模式單調(diào)乏味的特性，尤其是室內(nèi)運動的場景單一無聊，人們在堅持一段時間后容易放棄，并不能達(dá)到長期鍛煉的目的。同時，跑步機在使用前都需要先設(shè)置好跑步速度，再啟動跑步機，使用者跟著跑步機的設(shè)定速度跑步。當(dāng)使用者想要改變跑步速度時，需要先修改跑步機設(shè)置，跑步機速度改變，使用者才能根據(jù)跑步機的速度改變自己的跑步速度，使用操作不便。

經(jīng)檢索查新，現(xiàn)有技術(shù)中，2015年王燕軍申請的公開號為CN201510489778的名稱為“一種實時交互跑步機”的發(fā)明專利中，公開了一種智能跑步機，跑步機本體部分將俯仰模擬部分、轉(zhuǎn)彎部分、速度調(diào)節(jié)部分、輔助按鍵部分、轉(zhuǎn)彎傳感器部分連接在一起。使用者在使用跑步機的過程中，可以對跑步機的俯仰角度、轉(zhuǎn)彎角度和跑步帶速度進(jìn)行不斷調(diào)整，主控制部分會根據(jù)用戶當(dāng)前設(shè)置的虛擬路況信息改變畫面中使用者的姿態(tài)、行進(jìn)效果和行進(jìn)速度。雖然這種方法會增加一些跑步中的趣味，但是使用者需要在跑步過程中對跑步機設(shè)置不斷進(jìn)行調(diào)整，操作不便，人機交互性并不高。

經(jīng)檢索查新，現(xiàn)有技術(shù)中，2016年白天宇申請的公開號為CN201610933217.7的名稱為“一種跑步器械的探測識別與防摔電子控制”的發(fā)明專利中，公開了一種利用超聲波距離傳感器實時檢測人體在跑步機上的位置，并利用安裝在腳踏板部位的振動傳感器檢測跑步帶運行速度和運動狀態(tài)，從而自動調(diào)整跑步機轉(zhuǎn)速的方法。但人體在跑步過程中上身擺動較大，人的跑步習(xí)慣也不相同，超聲傳感器難以實時檢測人體與傳感器之間的距離，且速度檢測模塊檢測過程過于繁瑣。

經(jīng)檢索查新，現(xiàn)有技術(shù)中，2016年顧新鋒等申請的公開號為201610137336.1的發(fā)明專利中，公開了一種跑步機視頻播放同步播放控制系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)電腦視頻播放速度與跑步機履帶前進(jìn)速度的同步，包括跑步機、速度測量傳感器，信號采集、速度計算模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)接收模塊，視頻播放控制模塊和視頻播放器組成。采用磁感應(yīng)開關(guān)作為速度測量模塊，利用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、并計算跑步機履帶前進(jìn)的速度，并將跑步機的速度通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送給視頻播放器控制模塊，視頻播放器控制模塊根據(jù)跑步機的速度控制視頻播放器的視頻播放速度，實現(xiàn)視頻播放速度隨著跑步機速度變化而同步改變。但是該發(fā)明只是通過比較跑步機履帶前進(jìn)的速度V和播放器的播放速率Vb，使播放器播放速率提高或降低0.1倍，在一定程度上增強了用戶和跑步機之間的人機交互性，但并不能完全做到人體跑步速度和跑步場景播放速度的完全同步，也無法量化用戶跑步過程中的運動量和運動信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種增加弧面顯示器，并能自動檢測、調(diào)節(jié)跑步速度的新型智能化跑步機。

本發(fā)明還提供了利用上述跑步機的工作使用方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種智能化跑步機，包括基座和跑步帶，跑步帶兩端通過前軸、后軸與基座相連，基座上連接設(shè)有桌面，桌面上設(shè)有顯示器，桌面一端設(shè)有扶手，扶手上設(shè)有光電傳感器；基座上還設(shè)有控制模塊盒和電機，電機帶動前軸、后軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制跑步帶的速度，前軸端頭的軸向表面設(shè)有磁鐵，基座上設(shè)有霍爾傳感器，霍爾傳感器、顯示器、電機、光電傳感器均與控制模塊盒相連。

跑步時，前軸、后軸、跑步帶同向轉(zhuǎn)動，光電傳感器感知跑步者位置，將反饋信號傳輸至控制模塊盒，由控制模塊盒控制跑步帶速度。同時，霍爾傳感器感知磁場變化，將感知信號反饋至控制模塊盒，由控制模塊盒控制顯示器中畫面播放速度。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，光電傳感器包括光電傳感器一和光電傳感器二，光電傳感器一設(shè)于扶手中部，光電傳感器二設(shè)于扶手末端。光電傳感器安裝位置和人體腰部位置平齊。光電傳感器檢測到使用者處于跑步帶的前端時，此時使用者跑步速度大于跑步帶速度，單片機控制電機轉(zhuǎn)速加快，使用者回到跑步帶中間；光電傳感器檢測到使用者處于跑步帶的后端時，此時使用者跑步速度小于跑步帶速度，單片機控制電機轉(zhuǎn)速降低，使用者回到跑步帶中間。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，顯示器為弧面顯示器。使得界面顯示更加立體，提高交互體驗?；∶骘@示器上主要播放運動場景畫面，運動場景畫面的播放速度和使用者當(dāng)前的運動速度一致。使用者跑步速度越快，運動場景畫面播放越快；使用者跑步速度越慢，運動場景畫面播放越慢；當(dāng)使用者停止跑步時，運動場景畫面停止播放。跑步機播放的運動畫面可以是用戶事先錄好，導(dǎo)入到跑步機，并輸入跑步時長和跑步路程后由系統(tǒng)自動處理生成的。也可以是用戶利用跑步機的互聯(lián)網(wǎng)功能，從數(shù)據(jù)庫里下載的他人所分享的運動場景畫面。也可以是跑步機開發(fā)者三維建模生成的動畫場景。同時，在顯示器的上端，顯示出當(dāng)前跑步速度，跑步時長，跑步路程等信息。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，前軸端頭軸向表面的磁鐵數(shù)量為四個，繞前軸端頭圓周等分。磁鐵與霍爾傳感器形成速度自動檢測部分，霍爾傳感器檢測到前軸當(dāng)前轉(zhuǎn)速，輸入到控制模塊盒，控制模塊盒控制顯示器中畫面播放速度，四個磁鐵在同一圓周上均布排列，這四個磁鐵可提高速度檢測模塊的靈敏度和檢測的實時性，能夠獲取更為精確的速度變化信息。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，控制模塊盒內(nèi)包括信號放大器、STC89C52單片機、MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片、PCF8951D/A數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器和恒壓源；霍爾傳感器通過信號放大器與STC89C52單片機相連，STC89C52單片機通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與顯示器相連，STC89C52單片機通過PCF8951D/A數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器和恒壓源與電機相連?？刂颇K的功能主要包含控制功能、信息傳輸功能和互聯(lián)網(wǎng)功能?；魻杺鞲衅鲗⒔邮盏降男盘?，經(jīng)過信號放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)過波形變換與整形，輸入到STC89C52單片機，單片機對信號進(jìn)行處理后，信號輸出到MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，控制顯示器中運動畫面的播放速度。同時，單片機接收到光電傳感器的信號，并輸出到PCF8951數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器，再輸出到恒壓源，控制電機的轉(zhuǎn)速大小。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述智能化跑步機還包括VR頭盔，VR頭盔通過數(shù)據(jù)線與顯示器連接。戴上VR頭盔的用戶在跑步過程中，單片機將顯示器中的畫面通過數(shù)據(jù)線實時傳輸?shù)絍R頭盔，引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，不僅可以豐富鍛煉過程，還可以取得更好的鍛煉效果。

一種利用上述智能化跑步機的工作方法，包括步驟如下：

(1)使用者在使用跑步機進(jìn)行運動鍛煉前，在顯示器上設(shè)置好跑步速度范圍，所述跑步速度范圍包括最高跑步速度和最低跑步速度，或直接選取系統(tǒng)默認(rèn)跑步速度范圍；除了速度，優(yōu)選的，使用者還可以選擇、設(shè)置運動場景，運動場景為跑步機系統(tǒng)自帶或用戶導(dǎo)入；

(2)單片機控制電機緩慢加速至跑步帶達(dá)到最低跑步速度，此時，人的跑步速度隨著跑步帶提升，顯示器運動畫面開始播放，運動畫面播放速度和當(dāng)前跑步速度一致；

(3)跑步過程中，光電傳感器實時檢測，當(dāng)光電傳感器二接收到反饋信號、光電傳感器一未接收到反饋信號，代表使用者跑步速度不變，使用者的跑步速度和跑步帶的速度相等，人處于跑步帶的中部，此時兩個光電傳感器的信號傳輸?shù)侥K控制盒，模塊控制盒控制電機轉(zhuǎn)速不變；同時，前軸轉(zhuǎn)動帶動前軸上磁鐵轉(zhuǎn)動，霍爾傳感器檢測到磁場變化，將信號輸入到模塊控制盒，模塊控制盒處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制顯示器上運動場景播放速度不變，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在顯示器上；

當(dāng)光電傳感器二接收到反饋信號，光電傳感器一也接收到反饋信號；或者光電傳感器二未接收到反饋信號，光電傳感器一接收到反饋信號，代表使用者開始提速，使用者的跑步速度大于跑步帶的當(dāng)前速度，人處于跑步帶的前端，此時兩個光電傳感器的信號傳輸?shù)侥K控制盒，模塊控制盒控制電機轉(zhuǎn)速緩慢升高，跑步帶速度亦緩慢提高，最高達(dá)到初始設(shè)定的最高跑步速度。同時，霍爾傳感器檢測到磁場變化，將信號輸入到模塊控制盒，模塊控制盒處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制顯示器上運動場景播放速度加快，直到與當(dāng)前跑步速度一致，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在顯示器上；

當(dāng)光電傳感器二未接收到反饋信號，光電傳感器一也未接收到反饋信號，代表使用者開始減速，使用者的跑步速度小于跑步帶的當(dāng)前速度，人處于跑步帶的后端，此時兩個光電傳感器的信號傳輸?shù)侥K控制盒，模塊控制盒控制電機轉(zhuǎn)速降低，跑步帶速度亦緩慢降低，最低至初始設(shè)定的最低跑步速度。同時，霍爾傳感器檢測到磁場變化，將信號輸入到模塊控制盒，模塊控制盒處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制顯示器上運動場景播放速度減慢，直到與當(dāng)前跑步速度一致，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在顯示器上。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的跑步機操作方便，人機交互性強，當(dāng)使用者跑步速度改變后，跑步機速度自動隨之改變，顯示器運動場景畫面播放速度亦改變。使用者在使用跑步機跑步的過程中，可以欣賞到不同的路邊風(fēng)景，趣味性大大增加，利于使用者長期堅持進(jìn)行運動鍛煉。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的前軸端頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的扶手結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的控制模塊盒內(nèi)外的連接框圖。

其中，1.弧面顯示器，2.桌面，3.扶手，4.控制模塊盒，5.電機，6.基座，7.前軸，8.后軸，9.跑步帶，10.霍爾傳感器，11.磁鐵，12.光電傳感器一，13.光電傳感器二。

具體實施方式

下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。

實施例1：

參考圖1、圖2和圖3，為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

一種智能化跑步機，包括基座6和跑步帶9，跑步帶兩端通過前軸7、后軸8與基座6相連，基座6上連接設(shè)有桌面2，桌面2上設(shè)有弧面顯示器1，桌面2一端設(shè)有扶手3，扶手3上設(shè)有光電傳感器一12和光電傳感器二13，光電傳感器一設(shè)于扶手中部，光電傳感器二設(shè)于扶手末端；基座上還設(shè)有控制模塊盒4和電機5，控制模塊盒4控制電機5的轉(zhuǎn)動和轉(zhuǎn)速，電機帶動前軸、后軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制跑步帶的速度，前軸端頭的軸向表面設(shè)有磁鐵11，基座上設(shè)有霍爾傳感器10，霍爾傳感器10位于前軸端頭附近，霍爾傳感器、顯示器、電機、光電傳感器均與控制模塊盒相連。

參考圖4，為本發(fā)明裝置的控制模塊盒內(nèi)外的連接框圖。跑步機前軸7轉(zhuǎn)動帶動前軸7上磁鐵11轉(zhuǎn)動，霍爾傳感器10接收到磁場變化信息，并將信息通過控制模塊盒4中的信號放大器放大和波形變換與整形，輸出到STC89C52單片機。單片機對信號進(jìn)行處理后，信號輸出到MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，控制弧面顯示器1中運動畫面的播放速度。同時，單片機接收到光電傳感器的信號，并輸出到PCF8951數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器，再輸出到恒壓源，控制電機5的轉(zhuǎn)速。同時，使用者也可以在弧面顯示器1上對跑步機進(jìn)行設(shè)置，信息通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片到STC89C52單片機，最終控制電機5的轉(zhuǎn)動和轉(zhuǎn)速。

使用者在使用跑步機進(jìn)行運動鍛煉前，需要在弧面顯示器1上選好自己所喜歡的運動場景。運動場景可以是使用者自己錄制并上傳到系統(tǒng)的，也可以是使用者利用系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)功能從數(shù)據(jù)庫里下載的他人所分享的運動場景畫面。設(shè)置好運動場景和跑步速度范圍后，單片機控制電機5緩慢加速至跑步帶速度達(dá)到最低跑步速度。此時，人的跑步速度隨著跑步帶9提升，顯示器1運動畫面開始播放，運動畫面播放速度和當(dāng)前跑步速度一致。

當(dāng)使用者跑步速度不變時，使用者的跑步速度和跑步帶9的速度相等，人處于跑步帶的中部。光電傳感器二13接收到反饋信號，光電傳感器一12未接收到反饋信號，信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機控制電機5轉(zhuǎn)速不變。同時，前軸7轉(zhuǎn)動帶動前軸7上磁鐵11轉(zhuǎn)動，霍爾傳感器10檢測到磁場變化，將信號輸入到單片機，單片機處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制弧面顯示器1上運動場景播放速度不變，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在弧面顯示器1上。

當(dāng)使用者開始提速時，使用者的跑步速度大于跑步帶9的當(dāng)前速度，人處于跑步帶的前端。此時可能有兩種情況：光電傳感器二13接收到反饋信號，光電傳感器一12接收到反饋信號；或者光電傳感器二13未接收到反饋信號，光電傳感器一12接收到反饋信號，信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機控制電機5轉(zhuǎn)速升高，跑步帶9速度亦緩慢提高，最高達(dá)到初始設(shè)定最高跑步速度。同時，霍爾傳感器10檢測到磁場變化，將信號輸入到單片機，單片機處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制弧面顯示器1上運動場景播放速度加快，直到與當(dāng)前跑步速度一致，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在弧面顯示器1上。

當(dāng)使用者開始減速時，使用者的跑步速度小于跑步帶9的當(dāng)前速度，人處于跑步帶的后端。此時光電傳感器二13未接收到反饋信號，光電傳感器一12未接收到反饋信號，信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機控制電機5轉(zhuǎn)速降低，跑步帶9速度亦緩慢降低，最低至初始設(shè)定最低跑步速度。同時，霍爾傳感器10檢測到磁場變化，將信號輸入到單片機，單片機處理信息獲取當(dāng)前跑步速度，控制弧面顯示器1上運動場景播放速度減慢，直到與當(dāng)前跑步速度一致，并將當(dāng)前跑步信息如跑步速度、跑步路程等輸出顯示在弧面顯示器1上。

實施例2：

一種智能化跑步機，其結(jié)構(gòu)如實施例1所述，所不同的是，磁鐵的數(shù)量為4個，繞前軸端頭圓周等分。磁鐵與霍爾傳感器形成速度自動檢測部分，霍爾傳感器檢測到前軸當(dāng)前轉(zhuǎn)速，輸入到控制模塊盒，控制模塊盒控制顯示器中畫面播放速度，四個磁鐵在同一圓周上均布排列，這四個磁鐵可提高速度檢測模塊的靈敏度和檢測的實時性，能夠獲取更為精確的速度變化信息。

實施例3：

一種智能化跑步機，其結(jié)構(gòu)和工作方式如實施例1所述，參考圖1-圖4，所不同的是，關(guān)于運動場景，跑步機開發(fā)者利用三維建模平臺，對運動場景畫面進(jìn)行三維建模。三維建模所生成的場景畫面可以有很多不同類型，可以是動畫模型，也可以是開發(fā)者天馬行空設(shè)計的魔幻空間、未來太空城市。

使用者在使用跑步機進(jìn)行運動鍛煉前，需要在顯示器上選擇自己所喜歡的三維運動場景，并可以在選定的三維運動場景上選擇自己喜歡的跑步路線，系統(tǒng)將自動生成整條跑步線路的跑步場景畫面，用于使用者在跑步時在顯示器上播放。其余過程同實施例一。

實施例4：

一種智能化跑步機，其結(jié)構(gòu)和工作方式如實施例1所述，參考圖1-圖4，所不同的是，還設(shè)置有VR頭盔，可在該跑步機系統(tǒng)中增加VR頭盔，VR頭盔通過數(shù)據(jù)線與顯示器連接。戴上VR頭盔的用戶在跑步過程中，單片機將顯示器中的畫面通過數(shù)據(jù)線實時傳輸?shù)絍R頭盔，引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，不僅可以豐富鍛煉過程，還可以取得更好的鍛煉效果。

使用者在使用跑步機進(jìn)行運動鍛煉前，需要在顯示器上選擇自己所喜歡的運動場景。選定運動場景后，使用者帶上VR頭盔，跑步帶開始轉(zhuǎn)動，VR頭盔中開始播放運動場景畫面。其余過程同實施例一。