跑步机安全控制方法与流程

本发明涉及跑步机控制，具体涉及一种跑步机安全控制方法。

背景技术：

1、电动跑步机作为一种不受天气影响，可以方便地通过调节速度、坡度控制运动强度的有氧健身器材，越来越多进入家庭，满足居家健身运动需求。但电动跑步机作为一种人被动运动的健身器材，存在一定的安全隐患，特别是在家庭环境下，没有教练专业评估指导运动强度、监控跑步过程，经常发生运动强度过大、运动强度过小、跑姿不正确、身体状态不佳等情况引起运动效果不良或运动伤害；虽然也有一些公开的技术有事先评测运动能力而制定跑步方案，过程通过心率监控自动调整跑步速度、坡度，解决运动强度控制的问题；但是这些技术存在片面性，因为运动心率体现的只是身体对运动强度内在状态的反应，并不是身体状态的的全面反馈，在评测过程或执行运动方案过程的自动调节运动强度中存在一定风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种跑步机安全控制方法，实时检测用户身体状态的整体表现，在跑步方案执行过程中管控跑步机的运行驱动，在保证运动效果时，同时最大限度保证运动安全性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、跑步机安全控制方法，包括：

4、跑步中，跑步机下位机与上位机交互并根据跑步程式执行，下位机采集跑步中的三维加速度数据以及跑步带电机的脉动电流数据、平均电流数据来计算和判断用户左脚和右脚的跑姿动态参数并交互给上位机；

5、当用户左脚和右脚的实时参数差值超过预设阀值时判定为异常脚步，当累计的异常脚步数量超过预设值时判断为跑步状态异常，下位机降低跑步带电机的速度并向上位机发送报警信息。

6、进一步地，跑步中，跑步机上位机获取外部设备输入的跑步中身体状态数据，所述跑步中身体状态数据包括心率、体温、血氧饱和度、动态血压、心电图中的一种或多种。

7、进一步地，所述下位机连接有脉动电流采集电路和平均电流采集电路，所述脉动电流数据通过脉动电流采集电路输入下位机，所述平均电流数据通过平均电流采集电路输入下位机，平均电流采集电路自动调节脉动电流采集电路的增益，保证准确采集运动脚步触地脉动电流数据。

8、优选地，跑步带电机的正极电连接有采样电阻，所述脉动电流采集电路和平均电流采集电路并联连接在跑步带电机正极和采样电阻之间；所述脉动电流采集电路包括第一电阻、程控增益放大器和第一模数转换器，所述第一电阻电连接在采样电阻和跑步带电机正极之间而第一电阻的另一端电连接所述程控增益放大器，所述程控增益放大器的输出端电连接第一模数转换器，所述第一模数转换器电连接下位机的输入端；所述平均电流采集电路包括依次连接的第二电阻、第三电阻、第一电容、第一放大器和第二模数转换器，所述第二电阻的一端电连接在采样电阻和跑步带电机正极之间，所述第二模数转换器电连接下位机的输入端和程控增益放大器。

9、进一步地，所述下位机还连接有电压比较电路，在跑步中当平均电流数据超过阈值，通过电压比较电路自动断开电源以使得跑步带电机停机。

10、优选地，所述电压比较电路包括比较器、第四电阻、第五电阻、可变电阻，所述第四电阻与第一放大器输出端和比较器的输入端电连接，所述第五电阻和可变电阻的共同端电连接比较器的另一输入端，所述可变电阻另一端接地，所述比较器输出端与继电器驱动电路电连接，所述继电器驱动电路电连接继电器的线圈，所述继电器的常开触点电连接电源电路和整流桥的交流输入端之间。

11、进一步地，所述下位机还连接有电压采集电路，在跑步中通过所述电压采集电路采集跑步带电机实时电压，下位机结合所述跑步带电机的电压数据和平均电流数据计算跑步带电机的实时转速，以此监测跑步带电机运行状态。

12、进一步地，所述跑步带电机的正负极连接有二极管续流电路，通过二极管续流电路保证跑步带电机稳定转速运行。

13、优选地，所述跑姿动态参数包括左脚和右脚交替的脚步实时触地时长、冲击力峰值、步频、腾空时长，下位机计算跑姿动态参数的方法如下：

14、当在第n1个脚步下落脉动电流数据超过所述平均电流数据即开始计时tn1.0和计数cn，在脚步下落脉动电流数据达到峰值计时tn1.1，当双脚离地时脉动电流数据减少到谷值计时tn1.2，所述峰值脉动电流数据与预设的常数进行比例运算获得冲击力峰值pn1；

15、当在第n2个脚步下落脉动电流数据超过所述平均电流数据即开始计时tn2.0和计数cn+1，在脚步下落脉动电流数据达到峰值计时tn2.1，当双脚离地时脉动电流数据减少到谷值计时tn2.2，所述峰值脉动电流数据与预设的常数进行比例运算获得冲击力峰值pn2；

16、当在第n3个脚步下落脉动电流数据超过所述平均电流数据即开始计时tn3.0和计数cn+2，在脚步下落脉动电流数据达到峰值计时tn3.1，当双脚离地时脉动电流数据减少到谷值计时tn3.2，所述峰值脉动电流数据与预设的常数进行比例运算获得冲击力峰值pn3；

17、每一步触地时长计算：

18、第n1脚触地时长=tn1.1-tn1.0

19、第n2脚触地时长=tn2.2-tn2.0

20、第n3脚触地时长=tn3.2-tn3.0

21、第ni脚触地时长=tni.2-tni.0

22、平均触地时长=(第n1脚触地时长+第n2脚触地时长+第n3脚触地时长+……+第ni脚触地时长)/i；

23、每一步腾空时长计算：

24、第n2脚腾空时长=tn2.0-tn1.2

25、第n3脚腾空时长=tn3.0-tn2.2

26、第n4脚腾空时长=tn4.0-tn3.2

27、第ni+1脚腾空时长=tni+1.0-tni.2

28、平均腾空时长=(第n2脚腾空时长+第n3脚腾空时长+第n4脚腾空时长+……+第ni+1脚腾空时长)/i；

29、步频计算：步频=(计数cn+i)/(tni.0–tn1.0)。

30、进一步地，该安全控制还方法还包括：跑步前，跑步机上位机采集用户运动健康基础数据并自动生成跑步程式。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、本发明利用下位机采集跑步中的跑步带电机的脉动电流和平均电流数据，并结合三维加速度数据分析获取左脚和右脚的跑姿动态参数，实时监测跑步表现状态，同时上位机结合用户的实时身体状态信息，在有氧跑步能力评测和个性化跑步方案执行过程中全面管控跑步机的运行驱动，在异常状态及时调整运动强度，在极端异常情况逐级降低跑步带速度直至停止，以达到执行有氧跑步能力评测和个性化跑步运动方案的安全性。

33、本发明在跑步带电机的正极连接采样电阻并在跑步带电机正极和采样电阻之间并联连接有脉动电流采集电路和平均电流采集电路，平均电流采集电路的输出端连接下位机和脉动电流采集电路中的程控增益放大器，平均电流数据采集电路自动调节其脉动电流数据采集电路的增益，保证准确采集运动脚步触地脉动电流数据，实时监测跑步表现状态，在异常状态及时调整跑步带速度直至停止，以达到执行跑步运动方案的安全性。

34、本发明的平均电流采集电路将采集和转换得到所述跑步带电机的平均电流数据，输送到程控增益放大器的控制输入端和所述下位机的输入端：当所述平均电流数据大时，所述程控增益放大器的增益自动降低；当所述平均电流数据小时，所述程控增益放大器的增益自动升高。如此通过自动升降所述程控增益放大器的增益，使得采集的所述跑步带电机的脉动电流产生的电压降在所述程控增益放大器的线性区间放大，高保真地体现跑步机上用户脚步起落的脉动电流趋势，并通过所述第一模数转换器转换为脉动电流数据输入到所述下位机，所述下位机结合脉动电流数据和所述平均电流数据获得左脚和右脚交替的脚步实时触地时长、冲击力峰值、步频、腾空时长等跑姿动态参数，当跑步左脚和右脚的实时参数差值超过预设阀值时判定为异常脚步，当累计的异常脚步数量超过预设值时判断为跑步状态异常，即用户体能不适跟不上跑步机运行节奏，此时降低跑步机跑步带电机的转速并更新跑步程式的速度/坡度参数，以此保证用户在安全运动状态。