聚豐項目 > 室內健身器材運動強度統計系統
近年來，健身房在一線與二線城市里如雨后春筍般茁壯成長。對于健身小白來說，健身教練對健身指導起到了至關重要的作用。但有些小型的健身房并沒有足夠的健身教練，正好在物聯網和大數據的時代，智能健身器材應運而生。只要健身器材安裝上傳感器，計算并統計用戶健身運動的強度，將數據上傳至云端，為后端AI智能分析該用戶的情況并可以定制一套合適的運動計劃。本項目主要是設計制作出智能健身器材的前端部分，包括采集、處理數據，并將數據上傳到云端。
Alexdish
Alexdish
團隊成員
盤斯 研發經理
1、主控端
采用以STM32F103CBT6組成的硬件系統，STM32的MCU在IOT（Internet of Thing 物聯網）領域占據了大半江山，是基于它的性能較好，使用ARM的內核使得開發更加標準化。下圖5是主控MCU及外圍電路。
圖5 主控MCU及外圍電路
在本硬件系統中，除了必要的外圍電路外還考慮到了USART接口，除了進行debug還有作為無線的通訊接口。
2、無線通訊模塊
本項目采用樂鑫的ESP8266模塊。專為移動設備、可穿戴電子產品和物聯網應用而設計，通過多項專有技術實現了超低功耗的ESP8266是不二的選擇。
3、傳感器模塊
本項目使用的位置傳感器是由IDT公司提供的ZMID520X家族的位置傳感器開發模塊。里面包括線性模塊（ZMID520xMLIN01201），弧度旋轉模塊（ZMID520xMARC13001），360度旋轉模塊（ZMID520xMROT36001），三個傳感器如圖6。
線性模塊（ZMID520xMLIN01201）：本模塊為指示線性距離（Liner）的傳感器模塊，最大可以測量距離為12mm。
弧度旋轉模塊（ZMID520xMARC13001）：本模塊為指示弧度旋轉（Arc）的傳感器模塊，最大可以測量角度為130度。
360度旋轉模塊（ZMID520xMROT36001）：本模塊為指示任意旋轉（Rotary）的傳感器模塊。
模塊的線圈已經經過ZMID520x Inductive Coil Design Tool Software設計好的，可以最大程度發揮傳感器的特性。
圖6 三種傳感器套件（從上到下為360度旋轉模塊、線性模塊、弧度旋轉模塊）
本次制作示例性的使用到了弧度旋轉模塊來制作健身器材——蝴蝶機。
4、特殊電路
因為這次項目的傳感器模塊由IDT公司提供，工作電壓為4.5V-5.5V，數據輸出接口為模擬信號輸出，傳感器IC的DAC參考電壓為它的工作電壓。而主控端是STM32單片機，沒有將ADC的參考電壓拉出來作可選接口，只能使用3.3V的ADC參考電壓。因此只能將傳感器模塊輸出的模擬信號進行1/2分壓（使用兩個470Ω電阻串聯）。原理如下圖7。
圖7 修正分壓電路
5、健身器材結構模型
本項目的健身器材模型是練習胸肌的蝴蝶機，如下圖8，制作出的主要模型是兩個力臂（下圖紅色框中）。
圖8 蝴蝶機原型（圖片來源于網絡，如有侵權請聯系刪除）
制作模型的材料主要是有機物材料（化學式為(C6H10O5)n）、BOPP（(C3H6)n）、高彈性聚合物材料（(C5H8)n）。模型圖如下圖9。
圖9 模型實物圖
1、基于STM32固件庫
STM32固件庫是將會使用到的MCU內部資源以及外設寫成庫函數，以操作函數的形式而不是操作寄存器，減少了很多重復工作，加快了開發者的開發速度。主要使用以下模塊：
(1)ADC模塊：傳感器模組輸出的信息數據為模擬信號，所以需要使用ADC去采集分析。
(2)USART模塊：項目中使用到ESP8266來上傳運動數據，所以需要UART去與ESP8266通訊。同時調試也需要使用UART接口去了解傳感器的數據。
還有GPIO模塊、flash模塊、timer模塊等等輔助模塊就不詳細介紹了。
2、使用μC/OS II操作系統
μC/OS II(Micro-Controller Operating System Two)是一個可以基于ROM運行的、可裁剪的、搶占式、實時多任務內核，具有高度可移植性實時操作系統(RTOS)。
本項目使用了操作系統，是因為考慮到后期假如在一個健身器材上加入多個傳感器，只需要加入任務即可，也方便對不同的傳感器進行維護。
3、流程圖（圖10）
圖10 軟件實現流程圖
4、夾胸運動的判斷算法
判斷是否完成一個夾胸動作，使用了施密特觸發器原理算法實現。即設定了兩個大小不一樣的閾值，要求每次運動要超越這兩個范圍才算一次夾胸。原理如下圖11。
圖11 夾胸判斷算法
原型外觀：如圖1（整體圖）和圖2（傳感器關鍵設計）。
圖1 項目設計模型整體圖
圖2傳感器關鍵設計
功能框圖：如下圖3。
圖3 項目設計功能框圖
演示效果：如視頻所示，OneNet數據如圖4。
圖4 OneNET端采集到的實驗數據
云端演示地址：https://open.iot.10086.cn/iotbox/appsquare/appview?openid=4c7cedbfcbd721d80698d1c62c97e879
如視頻
（1.47 MB）下載
工商網監