本發(fā)明涉及健身運動裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種呼啦圈及其計數(shù)方法，用于準確計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高，人們對自身的身體健康更加重視，更愿意進行一些有益于身體健康的運動，也更愿意購買一些具有運動量化功能的健身設(shè)備，實時監(jiān)測自己的運動情況，與好朋友分享自己的運動結(jié)果。呼啦圈是一種結(jié)構(gòu)簡單、易于學習的健身器材，轉(zhuǎn)呼啦圈可以提供身體的協(xié)調(diào)性和柔韌性?，F(xiàn)有的呼啦圈形式多樣，功能繁多，如硬環(huán)呼啦圈、軟環(huán)呼啦圈、泡沫呼啦圈、可拼接呼啦圈、按摩呼啦圈等，但其規(guī)格、尺寸與重量均沒有嚴格標準，在采用呼啦圈進行健身時，若沒有合理的規(guī)劃，盲目使用會導(dǎo)致運動過量，進而傷及到人體腹部、背部肌肉或人體臟器，如腎臟、脾臟等。因此，通過計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來合理控制運動量，有助于科學的健身。

呼啦圈在使用時，其轉(zhuǎn)動形式較為復(fù)雜，首先人體在轉(zhuǎn)動時會周期性的擺動；其次是呼啦圈轉(zhuǎn)動時是緊貼人體的，兩者呈滾動關(guān)系。通常認為呼啦圈恢復(fù)到上一次位置為轉(zhuǎn)動一圈，例如呼啦圈兩次離人體正前方最遠為一圈。但由于人體和呼啦圈直徑的差異，呼啦圈轉(zhuǎn)動一圈時，實際上呼啦圈上的某一特定點，在轉(zhuǎn)一圈后不會回到原來位置，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動呼啦圈計數(shù)的一圈不是呼啦圈繞圓心轉(zhuǎn)動的一圈。另外，呼啦圈在轉(zhuǎn)動時的速度也較快?；谶@些原因，導(dǎo)致呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)難以準確計算。

為了能夠有效計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，目前常用的方案是在呼啦圈上安裝一個傳感器(如加速度傳感器、陀螺儀傳感器、地磁傳感器等)，但這種單純的安裝一個傳感器，在呼啦圈轉(zhuǎn)動的一圈時，其傳感器探測的值還沒有達到一圈，因此是無法準確的對轉(zhuǎn)動呼啦圈進行計數(shù)的。即使采用比例系數(shù)進行補償修正，但由于不同的人身體腰圍不一樣，修正系數(shù)不能適應(yīng)所有鍛煉者，也會導(dǎo)致計數(shù)圈數(shù)不準確。

另外，公告號為cn103223238a的文獻采用了呼啦圈外部探測裝置，每次呼啦圈距離外部探測裝備最近時計數(shù)器增加一次計數(shù)值與轉(zhuǎn)動呼啦圈個數(shù)一致，但是，此裝置復(fù)雜需要另外一人持外部探測裝置靠近轉(zhuǎn)動的呼啦圈操作才能計數(shù)，設(shè)備操作復(fù)雜，不利于推廣。

進一步的，公告號為cn203425445u的文獻還公開了一種多功能計數(shù)呼啦圈，其在呼啦圈內(nèi)安裝有可沿其內(nèi)部空間滑動的圈數(shù)采集器，圈數(shù)采集器與顯示數(shù)據(jù)的健身終端連接；圈數(shù)采集器包括用于計數(shù)用的三維電子羅盤，三維電子羅盤與進行數(shù)據(jù)處理的單片機mcu處理模塊連接，單片機mcu處理模塊上連接有用于與健身終端通訊用的第一2.4g無線模塊；健身終端包括用于測量步數(shù)的三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器與單片機mcu控制電路連接，單片機mcu控制電路上連接有用于與圈數(shù)采集器通訊用的第二2.4g無線模塊和用于顯示數(shù)據(jù)的oled顯示模塊。該專利文獻的原理是圈數(shù)采集器安裝在呼啦圈內(nèi)部，由于呼啦圈內(nèi)部空間貫通，圈數(shù)采集器可以在進行呼啦圈運動時自由地在呼啦圈內(nèi)部進行滑動，由物體做圓周運動時會產(chǎn)生離心現(xiàn)象可知，當人們使用呼啦圈的時候，由于離心現(xiàn)象，圈數(shù)采集器會始終處于遠離人體的一端，因此圈數(shù)采集器的運動圈數(shù)就會與實際運動中呼啦圈的運動圈數(shù)保持一致，通過統(tǒng)計圈數(shù)采集器的運動圈數(shù)就可以準確的得到實際的運動圈數(shù)，從而實現(xiàn)計數(shù)功能。但在實際轉(zhuǎn)動時，呼啦圈轉(zhuǎn)動一圈與圈數(shù)采集器在呼啦圈內(nèi)部轉(zhuǎn)動一圈是不一樣的，需要采用兩者轉(zhuǎn)動圈數(shù)比例系數(shù)進行修正，而不同運動員的體型不一樣，修正系數(shù)也不能通用。另外，各個呼啦圈內(nèi)的摩擦系數(shù)是不同的，各運動員的轉(zhuǎn)動呼啦圈的速度也是不同的。因此通過統(tǒng)計圈數(shù)采集器的運動圈數(shù)仍然不能準確地得出運動員真正轉(zhuǎn)動呼啦圈的圈數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種呼啦圈及其計數(shù)方法，本發(fā)明能夠準確地計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，從而有助于人們科學的健身。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種呼啦圈，其特征在于：所述呼啦圈上固定有信號處理器、信息播報器、用于采集轉(zhuǎn)動角速度值的陀螺儀和至少兩套用于采集呼啦圈加速度值的加速度傳感器，所述加速度傳感器以呼啦圈的圓心為中心均勻設(shè)置在呼啦圈上；所述信號處理器分別與信息播報器、陀螺儀和加速度傳感器連接，信號處理器根據(jù)采集的加速度值和轉(zhuǎn)動角速度值計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，并將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送給信息播報器。

所述呼啦圈上固定有用于測量地磁信息的磁力計，磁力計與信號處理器連接，信號處理器通過磁力計采集的地磁信息對呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行誤差校正。

所述加速度傳感器、磁力計、信號處理器和陀螺儀均安裝在電路板上，加速度傳感器、磁力計和陀螺儀均通過電路板與信號處理器連接。

所述呼啦圈上固定有用于為信號處理器、信息播報器和加速度傳感器供電的供電模塊。

所述呼啦圈上固定有用于與信號處理器電性連接的信號傳輸模塊，信號處理器通過信號傳輸模塊將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送至移動終端。

所述呼啦圈上設(shè)置有用于與信號處理器連接的按鍵開關(guān)。

所述磁力計、信號處理器、供電模塊、信號傳輸模塊和加速度傳感器均通過螺釘或卡扣固定在呼啦圈內(nèi)，所述信息播報器和按鍵開關(guān)固定在呼啦圈的外表面上或鑲嵌在呼啦圈上。

所述信息播報器為用于顯示轉(zhuǎn)動圈數(shù)的顯示屏和/或用于播報轉(zhuǎn)動圈數(shù)的揚聲器。

一種呼啦圈的計數(shù)方法，其特征在于：

(1)設(shè)定呼啦圈上設(shè)置有信號處理器、用于采集轉(zhuǎn)動角速度值的陀螺儀和至少兩套均勻布置在呼啦圈上用于采集加速度值的加速度傳感器；設(shè)定陀螺儀和加速度傳感器分別基于自身位置處于一個自身坐標系中，自身坐標系隨呼啦圈轉(zhuǎn)動；

(2)設(shè)定呼啦圈靜置，此時將陀螺儀的自身坐標系作為基準空間坐標系；然后設(shè)定此時陀螺儀自身坐標系相對于基準空間坐標系的累計轉(zhuǎn)動角為零，將此時各套加速度傳感器基于自身坐標系的加速度值投影至基準空間坐標系后的值設(shè)定為初始加速度；

在上述條件下，所述的計數(shù)方法包括以下步驟：

s1：由信號處理器控制加速度傳感器和陀螺儀按周期連續(xù)采集,得到各套加速度傳感器在自身坐標系中的加速度值和陀螺儀在自身坐標系中轉(zhuǎn)動角速度值；

s2：信號處理器根據(jù)轉(zhuǎn)動角速度值計算陀螺儀每個周期內(nèi)自身坐標系的轉(zhuǎn)動角，然后將每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角分別與上一周期得到的累計轉(zhuǎn)動角相加，得到該周期時陀螺儀自身坐標系相對于靜置時基準空間坐標系的累計轉(zhuǎn)動角；

s3：根據(jù)設(shè)定條件中各套加速度傳感器和陀螺儀的位置關(guān)系，由信號處理器先將步驟s1得到的各套加速度傳感器基于自身坐標系中的加速度值投影至陀螺儀自身坐標系中；再根據(jù)步驟s2得到的累計轉(zhuǎn)動角，將各套加速度傳感器投影在陀螺儀自身坐標系中的加速度值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的加速度值；然后將各套加速度傳感器在基準空間坐標系中的加速度值分別減去各套加速度傳感器的初始加速度；再對各套加速度傳感器在基準空間坐標系的加速度值求矢量和，最后除以加速度傳感器的數(shù)量，得到每個周期內(nèi)呼啦圈圓心在基準空間坐標系中的加速度；

s4：根據(jù)步驟s3的結(jié)果,由信號處理器計算每個周期內(nèi)呼啦圈圓心的加速度幅值，并計算該加速度矢量的三個加速度指向角；

s5：將每個周期內(nèi)呼啦圈圓心的加速度幅值依次與設(shè)定閾值比較，若某一周期內(nèi)的加速度幅值大于等于設(shè)定閾值，判定呼啦圈處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，從該周期開始連續(xù)存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角，得到一連串加速度幅值數(shù)據(jù)和加速度指向角數(shù)據(jù)；

s6：對步驟s5存儲的加速度指向角數(shù)據(jù)進行判斷，若該連串加速度指向角數(shù)據(jù)中的至少一個方向的加速度指向角以遞增或遞減的方式共變化360°，則判定呼啦圈轉(zhuǎn)動一圈，信號處理器對轉(zhuǎn)動圈計數(shù)加1并播報。

所述步驟s2中陀螺儀基于自身坐標系在每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角由該周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角速度值乘以周期得出。

所述步驟s4中，所述的三個加速度指向角是指在直角坐標系中，滿足右手定則，右手大拇指與坐標軸同向，加速度矢量投影在坐標軸垂直平面上，該投影與三軸正向形成第一個平面順著右手四手指指向的夾角，定義為該軸的加速度指向角，角度值為0—360°。

所述步驟s5中，當加速度幅值先出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值，再出現(xiàn)小于設(shè)定閾值的情況時，判定呼啦圈停止轉(zhuǎn)動，信號處理器不再存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角，并清除之前存儲的加速度幅值和加速度指向角；當再次出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值時，判定呼啦圈再次開始轉(zhuǎn)動，按步驟s5繼續(xù)執(zhí)行，重新存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角。

所述步驟s5中，當完成呼啦圈一圈的計數(shù)后，除保留本周期的呼啦圈圓心加速度幅值數(shù)據(jù)和加速度指向角數(shù)據(jù)并作為起始數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均清除。

所述的計數(shù)方法中，呼啦圈上安裝有用于測量地磁信息的磁力計，設(shè)定磁力計處于一個自身坐標系中，且磁力計自身坐標系的指向與陀螺儀自身坐標系指向一致；呼啦圈靜置時，將磁力計基于自身坐標系的地磁信息投影至基準空間坐標系后的信息設(shè)定為初始地磁信息；每個周期信號處理器根據(jù)采集基于自身坐標系的地磁信息和初始地磁信息修正陀螺儀該周期的累計轉(zhuǎn)動角度的計算誤差。

采用本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明通過設(shè)置在呼啦圈上的陀螺儀能夠采集呼啦圈的轉(zhuǎn)動角速度值，通過加速度傳感器能夠采集呼啦圈的加速度值，由于加速度傳感器均勻分布在呼啦圈上，因此加速度傳感器的位置可以為已知。在此基礎(chǔ)上，通過信號處理器與陀螺儀和加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，就能夠在呼啦圈轉(zhuǎn)動時計算出每個周期內(nèi)呼啦圈圓心的加速度幅值和該加速度矢量的三個加速度指向角，進而依此來精確判定呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。并且，信號處理器還能夠?qū)⑴卸ńY(jié)果發(fā)送給信息播報器進行播報，極大地方便了人們了解運動情況，有助于人們科學的健身。

2、本發(fā)明在呼啦圈上固定有用于測量地磁信息的磁力計，由于磁力計測量的是地磁信息，其不會隨呼啦圈的轉(zhuǎn)動而變化，因此根據(jù)磁力計可以修正計算過程中的誤差，從而對呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行誤差校正，達到進一步提升計數(shù)精度的目的。

3、本發(fā)明在呼啦圈上固定有用于與信號處理器電性連接的信號傳輸模塊，通過信號傳輸模塊有利于將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送至移動終端進行察看等。

4、本發(fā)明在呼啦圈上設(shè)置有用于與信號處理器連接的按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)便于信號處理器的快速開閉，更加方便使用。

7、本發(fā)明將磁力計、信號處理器、供電模塊、信號傳輸模塊和加速度傳感器均通過螺釘或卡扣固定在呼啦圈內(nèi)，將信息播報器和按鍵開關(guān)固定在呼啦圈的外表面上或鑲嵌在呼啦圈上。該結(jié)構(gòu)既有利于對磁力計、信號處理器、供電模塊、信號傳輸模塊等進行保護，又有利于為人們清楚播報運動結(jié)果。

8、本發(fā)明中的信息播報器為用于顯示轉(zhuǎn)動圈數(shù)的顯示屏和/或用于播報轉(zhuǎn)動圈數(shù)的揚聲器，轉(zhuǎn)動圈數(shù)的播報方式更加多元化，適用于不同人群。

9、本發(fā)明采用特定的計數(shù)方法，能夠有效地準確計算呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。其優(yōu)點在其測量呼啦圈轉(zhuǎn)動圈數(shù)的原理。具體而言，多個加速度傳感器均勻安裝在呼啦圈圈體上，其測量值包括三部分：垂直向下重力加速度、繞人體轉(zhuǎn)動指向人體的呼啦圈圓心加速度和繞呼啦圈圓心轉(zhuǎn)動指向呼啦圈圓心的加速度。通過呼啦圈上設(shè)置均勻分布的多路加速度傳感器，該部分加速度矢量和為零，計算時通過求和，可消除該部分影響；通過陀螺儀對加速度傳感器自身坐標系累計轉(zhuǎn)動角度的精確計算，并結(jié)合初始時測量的重力加速度，計算時可精確扣除重力加速度，消除該部分影響；最終求得的呼啦圈圓心加速度，呼啦圈圓心加速度始終指向人體，當呼啦圈轉(zhuǎn)動一圈時，剛好是呼啦圈圓心加速度方向轉(zhuǎn)動一圈，可以精確測量呼啦圈轉(zhuǎn)動圈數(shù)。

10、本發(fā)明將陀螺儀和加速度傳感器分別設(shè)置基于自身位置處于一個自身坐標系，并把所有測量結(jié)果都投影或變換至和基準空間坐標系中，其優(yōu)點是加速度傳感器和陀螺儀都是基于自身坐標系進行測量的，方便讀出測試數(shù)據(jù)，但呼啦圈轉(zhuǎn)動是基于人體空間來判斷的，通過投影和變換至與人體所在空間的基準空間坐標系，有利于對指向人體的呼啦圈圓心加速度轉(zhuǎn)動一圈判斷。

11、本發(fā)明將靜置時各套加速度傳感器基于自身坐標系的加速度值投影至基準空間坐標系后的值設(shè)定為初始加速度，其優(yōu)點是可以精確測量當?shù)匚恢玫闹亓铀俣?，有利于呼啦圈轉(zhuǎn)動時精確扣除重力加速度分量。

12、本發(fā)明在整個計數(shù)方法中，先根據(jù)轉(zhuǎn)動角速度值計算累計轉(zhuǎn)動角，其優(yōu)點是有利于確定陀螺儀自身坐標系轉(zhuǎn)動參數(shù)，為后續(xù)所有加速度傳感器測量值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系提供參數(shù)。

13、本發(fā)明通過呼啦圈圓心的加速度幅值和該加速度矢量的三個加速度指向角，并以此來判定呼啦圈的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，其優(yōu)點是不僅可以確認呼啦圈是否是在轉(zhuǎn)動，減少誤判，還可準確判斷呼啦圈轉(zhuǎn)動圓心相對于人體轉(zhuǎn)動角，進而確定呼啦圈轉(zhuǎn)動圈數(shù)。

14、本發(fā)明不僅適用用于呼啦圈繞人體水平轉(zhuǎn)動的記數(shù)，還適用于與水平面有一定斜角的記數(shù)，甚至適用于繞手臂的豎直方向記數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的原理框圖；

圖3為本發(fā)明中呼啦圈轉(zhuǎn)動前初始位置的示意圖；

圖4為本發(fā)明中呼啦圈轉(zhuǎn)動到一定角度時的示意圖；

圖中標記為：1、呼啦圈，2、信號處理器，3、加速度傳感器，4、陀螺儀，5、磁力計，6、顯示屏，7、揚聲器，8、供電模塊，9、按鍵開關(guān)，10、電路板，11、信號傳輸模塊。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供了一種呼啦圈1，如圖1、2所示，所述呼啦圈1上固定有信號處理器2、信息播報器、供電模塊8、用于采集轉(zhuǎn)動角速度值的陀螺儀4和至少兩套用于采集呼啦圈1加速度值的加速度傳感器3，所述加速度傳感器3以呼啦圈1的圓心為中心均勻設(shè)置在呼啦圈1上；所述信號處理器2分別與信息播報器、陀螺儀4和加速度傳感器3連接，信號處理器2根據(jù)采集的加速度值和轉(zhuǎn)動角速度值計算呼啦圈1的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，并將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送給信息播報器進行播報，信息播報器為用于顯示轉(zhuǎn)動圈數(shù)的顯示屏6和/或用于播報轉(zhuǎn)動圈數(shù)的揚聲器7；所述供電模塊8用于為信號處理器2、信息播報器和加速度傳感器3供電。進一步的，所述呼啦圈1上固定有用于測量地磁信息的磁力計5，磁力計5與信號處理器2連接，信號處理器2通過磁力計5采集的地磁信息對呼啦圈1的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行誤差校正。

本實施例中，所述加速度傳感器3、磁力計5、信號處理器2和陀螺儀4均安裝在電路板10上，加速度傳感器3、磁力計5和陀螺儀4均通過電路板10與信號處理器2連接。其中，為了便于準確計數(shù)，優(yōu)選磁力計5和陀螺儀4與其中一套加速度傳感器3共用一塊電路板10，即磁力計5和陀螺儀4與其中一套加速度傳感器3安裝在同一塊電路板10上。

本實施例中，所述呼啦圈1上固定有用于與信號處理器2電性連接的信號傳輸模塊11，信號處理器2通過信號傳輸模塊11將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送至諸如平板電腦、手機等移動終端上。

本實施例中，所述呼啦圈1上設(shè)置有用于與信號處理器2連接的按鍵開關(guān)9，按下按鍵開關(guān)9，信號處理器2即控制陀螺儀4、磁力計5和加速度傳感器3開始采集數(shù)據(jù)，再次按下按鍵開關(guān)9，信號處理器2即控制陀螺儀4、磁力計5和加速度傳感器3停止采集數(shù)據(jù)。

本實施例中，所述磁力計5、信號處理器2、供電模塊8、信號傳輸模塊11和加速度傳感器3均優(yōu)選通過螺釘或卡扣固定在呼啦圈1內(nèi)，所述信息播報器和按鍵開關(guān)9優(yōu)選固定在呼啦圈1的外表面上或鑲嵌在呼啦圈1上。

本實施例中，所述信號處理器2可采用型號stm32f103，廠家st公司；磁力計5可采用型號hmc5883，廠家honeywey公司；加速度傳感器3和陀螺儀4可采用型號mpu-6050，廠家tdk公司，mpu-6050可集成加速度傳感器3和陀螺儀4，供電模塊8主要包括3.7v鋰離子電池可采用型號nsc1340，廠家beauty公司；充電管理芯片可采用型號tp4056，廠家南京拓微公司；穩(wěn)壓芯片可采用型號lt1963，廠家adi公司；信號傳輸模塊11可采用型號hc-05藍牙模塊。

實施例2

本實施例提供了一種呼啦圈1的計數(shù)方法，先設(shè)定如下條件：

(1)設(shè)定呼啦圈1上設(shè)置有信號處理器2、用于采集轉(zhuǎn)動角速度值的陀螺儀4和至少兩套均勻布置在呼啦圈1上用于采集加速度值的加速度傳感器3；設(shè)定陀螺儀4和加速度傳感器3分別基于自身位置處于一個自身坐標系中，自身坐標系隨呼啦圈1轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。

(2)設(shè)定呼啦圈1靜置，此時將陀螺儀4的自身坐標系作為基準空間坐標系；然后設(shè)定此時陀螺儀4自身坐標系相對于基準空間坐標系的累計轉(zhuǎn)動角為零，將此時各套加速度傳感器3基于自身坐標系的加速度值投影至基準空間坐標系后的值設(shè)定為初始加速度。

在上述條件下，所述的計數(shù)方法包括以下步驟：

s1：由信號處理器2控制加速度傳感器3和陀螺儀4按周期連續(xù)采集,得到各套加速度傳感器3在自身坐標系中的加速度值和陀螺儀4在自身坐標系中轉(zhuǎn)動角速度值。

s2：信號處理器2根據(jù)轉(zhuǎn)動角速度值計算陀螺儀4每個周期內(nèi)自身坐標系的轉(zhuǎn)動角，然后將每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角分別與上一周期得到的累計轉(zhuǎn)動角相加，得到該周期時陀螺儀4自身坐標系相對于靜置時基準空間坐標系的累計轉(zhuǎn)動角。

本步驟中，所述的陀螺儀4基于自身坐標系在每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角由該周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角速度值乘以周期得出。

本步驟中，所述的累計轉(zhuǎn)動角是指該周期的轉(zhuǎn)動角與之前所有周期的轉(zhuǎn)動角之和，例如，第二周期的累計轉(zhuǎn)動角為第一周期的轉(zhuǎn)動角與第二周期的轉(zhuǎn)動角之和，第三周期的累計轉(zhuǎn)動角為第二周期的累計轉(zhuǎn)動角與第三周期的轉(zhuǎn)動角之和，以此類推。

s3：根據(jù)設(shè)定條件中各套加速度傳感器3和陀螺儀4的位置關(guān)系，由信號處理器2先將步驟s1得到的各套加速度傳感器3基于自身坐標系中的加速度值投影至陀螺儀4自身坐標系中；再根據(jù)步驟s2得到的累計轉(zhuǎn)動角，將各套加速度傳感器3投影在陀螺儀4自身坐標系中的加速度值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的加速度值；然后將各套加速度傳感器3在基準空間坐標系中的加速度值分別減去各套加速度傳感器3的初始加速度；再對各套加速度傳感器3在基準空間坐標系的加速度值求矢量和，最后除以加速度傳感器3的數(shù)量，得到每個周期內(nèi)呼啦圈1圓心在基準空間坐標系中的加速度。

s4：根據(jù)步驟s3的結(jié)果,由信號處理器2計算每個周期內(nèi)呼啦圈1圓心的加速度幅值，并計算該加速度矢量的三個加速度指向角。

本步驟中，所述的三個加速度指向角是指在直角坐標系中，滿足右手定則，右手大拇指與坐標軸同向，加速度矢量投影在坐標軸垂直平面上，該投影與三軸正向形成第一個平面順著右手四手指指向的夾角，定義為該軸的加速度指向角，角度值為0—360°。

s5：將每個周期內(nèi)呼啦圈1圓心的加速度幅值依次與設(shè)定閾值比較，若某一周期內(nèi)的加速度幅值大于等于設(shè)定閾值，判定呼啦圈1處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，從該周期開始連續(xù)存儲呼啦圈1圓心的加速度幅值和加速度指向角，得到一連串加速度幅值數(shù)據(jù)和加速度指向角數(shù)據(jù)。

本步驟中，當加速度幅值先出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值，再出現(xiàn)小于設(shè)定閾值的情況時，判定呼啦圈1停止轉(zhuǎn)動，信號處理器2不再存儲呼啦圈1圓心的加速度幅值和加速度指向角，并清除之前存儲的加速度幅值和加速度指向角；當再次出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值時，判定呼啦圈1再次開始轉(zhuǎn)動，按步驟s5繼續(xù)執(zhí)行，重新存儲呼啦圈1圓心的加速度幅值和加速度指向角。

本步驟中，當完成呼啦圈1一圈的計數(shù)后，除保留本周期的呼啦圈1圓心加速度幅值數(shù)據(jù)和加速度指向角數(shù)據(jù)并作為起始數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均清除。

s6：對步驟s5存儲的加速度指向角數(shù)據(jù)進行判斷，若該連串加速度指向角數(shù)據(jù)中的至少一個方向的加速度指向角以遞增或遞減的方式共變化360°，則判定呼啦圈1轉(zhuǎn)動一圈，信號處理器2對轉(zhuǎn)動圈計數(shù)加1并通過信息播報器播報。

本實施例中，所述的計數(shù)方法中，呼啦圈1上安裝有用于測量地磁信息的磁力計5，設(shè)定磁力計5處于一個自身坐標系中，且磁力計5自身坐標系的指向與陀螺儀4自身坐標系指向一致；呼啦圈1靜置時，將磁力計5基于自身坐標系的地磁信息投影至基準空間坐標系后的信息設(shè)定為初始地磁信息；每個周期信號處理器2根據(jù)采集基于自身坐標系的地磁信息和初始地磁信息修正陀螺儀4該周期的累計轉(zhuǎn)動角度的計算誤差。

本實施例所述的計數(shù)方法中，所述呼啦圈1上固定有用于為信號處理器2、信息播報器和加速度傳感器3供電的供電模塊8，所述呼啦圈1上設(shè)置有用于與信號處理器2連接的按鍵開關(guān)9。所述呼啦圈1上固定有用于與信號處理器2電性連接的信號傳輸模塊11，信號處理器2可通過信號傳輸模塊11將計算出的轉(zhuǎn)動圈數(shù)發(fā)送至移動終端。所述磁力計5、信號處理器2、供電模塊8、信號傳輸模塊11和加速度傳感器3均通過螺釘或卡扣固定在呼啦圈1內(nèi)，所述信息播報器和按鍵開關(guān)9固定在呼啦圈1的外表面上或鑲嵌在呼啦圈1上。所述信息播報器為用于顯示轉(zhuǎn)動圈數(shù)的顯示屏6和/或用于播報轉(zhuǎn)動圈數(shù)的揚聲器7。

實施例3

在實施例2的基礎(chǔ)上，本實施例結(jié)合附圖3-4根據(jù)實際應(yīng)用過程來說明具體的計數(shù)方法，具體過程如下：

(1)設(shè)定加速度傳感器的數(shù)量為四套，分別位于圖3中a、b、c和d點，陀螺儀和磁力計位于a點，陀螺儀、磁力計和四套加速度傳感器分別基于自身位置處于一個自身坐標系(x,y,z)中，自身坐標系隨呼啦圈轉(zhuǎn)動，安裝時使陀螺儀和四套加速度傳感器的自身坐標系(x,y,z)指向相同，如圖3所示,由于陀螺儀、磁力計和其中一組加速度傳感器都位于a點，因此陀螺儀、磁力計和該加速度傳感器的自身坐標系相同。

(2)設(shè)定呼啦圈靜置，呼啦圈與人體交會點m1，此時將陀螺儀的自身坐標系(x,y,z)作為基準空間坐標系(x,y,z)，圖3中為方便觀看進行了平移；然后設(shè)定此時陀螺儀自身坐標系相對于基準空間坐標系(x,y,z)的累計轉(zhuǎn)動角(ψx,ψy,ψz)為零，將此時各套加速度傳感器基于自身坐標系(x,y,z)的加速度值((aax0,aay0,aaz0)、(abx0,aby0,abz0)、(acx0,acy0,acz0)、(adx0,ady0,adz0))投影至基準空間坐標系后的值設(shè)定為初始加速度((gax,gay,aaz)、(gbx,gby,gbz)、(gcx,gcy,gcz)、(gdx,gdy,gdz)),該值為重力加速度；把磁力計傳感器基于自身坐標系(x,y,z)磁場值(bax0,bay0,baz0)投影至基準空間坐標系后的值設(shè)定為初始磁場值(bax,bay,baz),該值為地磁信息。

本步驟中，呼啦圈圈靜置時加速度傳感器、磁力計和陀螺儀自身坐標系指向相同，因此計算公式為：

在上述條件下，所述的計數(shù)方法包括以下步驟：

s1：由信號處理器控制加速度傳感器和陀螺儀按周期t連續(xù)采集,得到各套加速度傳感器在自身坐標系中的加速度值((aax,aay,aaz)、(abx,aby,abz)、(acx,acy,acz)、(adx,ady,adz))、陀螺儀在自身坐標系中轉(zhuǎn)動角速度值(ωx,ωy,ωz)和磁場值(bax,bay,baz)。

s2：信號處理器根據(jù)轉(zhuǎn)動角速度值計算陀螺儀每個周期內(nèi)自身坐標系的轉(zhuǎn)動角(ψx,ψy,ψz)。然后將每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角分別與上一周期得到的累計轉(zhuǎn)動角相加，得到該周期時陀螺儀自身坐標系相對于靜置時基準空間坐標系的累計轉(zhuǎn)動角(ψx(t),ψy(t),ψz(t))，如轉(zhuǎn)動至圖4位置，呼啦圈與人體交會點m2。

本步驟中，所述的陀螺儀基于自身坐標系在每個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角由該周期內(nèi)的轉(zhuǎn)動角速度值乘以周期得出，即ψx＝ωx*t、ψy＝ωy*t、ψz＝ωz*t。

本步驟中，所述的累計轉(zhuǎn)動角是指該周期的轉(zhuǎn)動角與之前所有周期的轉(zhuǎn)動角之和，例如，第二周期的累計轉(zhuǎn)動角為第一周期的轉(zhuǎn)動角與第二周期的轉(zhuǎn)動角之和，第三周期的累計轉(zhuǎn)動角為第二周期的累計轉(zhuǎn)動角與第三周期的轉(zhuǎn)動角之和，以此類推,即ψx(i)＝ψx+ψx(i-1),ψy(i)＝ψy+ψy(i-1),ψz(i)＝ψz+ψz(i-1),其中(i)指本周期，(i-1)指上一周期。

s3：根據(jù)設(shè)定條件中各套加速度傳感器、磁力計和陀螺儀的位置關(guān)系，由信號處理器先將步驟s1得到的各套加速度傳感器基于自身坐標系中的加速度值、磁力計投影至陀螺儀自身坐標系中，計為((aax',aay',aaz')、(abx',aby',abz')、(acx',acy',acz')、(adx',ady',adz')，(bax',bay',baz'))；再根據(jù)步驟s2得到的累計轉(zhuǎn)動角，將各套加速度傳感器投影在陀螺儀自身坐標系中的加速度值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的加速度值((aax,aay,aaz)、(abx,aby,abz)、(acx,acy,acz)、(adx,ady,adz))，并將磁力計投影在陀螺儀自身坐標系中的磁場值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的磁場值(bax,bay,baz)；然后將各套加速度傳感器在基準空間坐標系中的加速度值分別減去各套加速度傳感器的初始加速度；再對各套加速度傳感器在基準空間坐標系的加速度值求矢量和，最后除以加速度傳感器的數(shù)量，得到每個周期內(nèi)呼啦圈圓心在基準空間坐標系中的加速度(ahz,ahy,ahz)；通過磁場值(bax,bay,baz)與初始磁場值(bax,bay,baz)關(guān)系修正累計轉(zhuǎn)動角誤差。

本步驟中，各套加速度傳感器基于自身坐標系中的加速度值投影至陀螺儀自身坐標系中，其中的計算，根據(jù)步驟(1)加速度傳感器和陀螺儀自身坐標系指向相同，因此計算公式如下：

本步驟中，磁力計基于自身坐標系中的磁場值投影至陀螺儀自身坐標系中，其中的計算，根據(jù)步驟(1)磁力計和陀螺儀自身坐標系指向相同，因此計算公式如下：

本步驟中，將陀螺儀投影在陀螺儀自身坐標系中的磁場值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的加速度值,計算公式如下：

其中|ψ|為坐標旋轉(zhuǎn)矩陣，形式如下：

由于地磁信息不隨在基準空間坐標系保持不變，因此每次測量磁場值經(jīng)坐標變換后結(jié)果與初始磁場值相同，即：

若不相等時，則認為系統(tǒng)的累計轉(zhuǎn)動角不準，通過以下公式解算|ψ|，用于修正坐標旋轉(zhuǎn)矩陣，以此修正坐標旋轉(zhuǎn)矩陣對后續(xù)的加速度值變換進行計算，解算|ψ|的公式為：

本步驟中，將各套加速度傳感器投影在陀螺儀自身坐標系中的加速度值轉(zhuǎn)換至基準空間坐標系中的加速度值,計算公式為：

本步驟中，將各套加速度傳感器在基準空間坐標系中的加速度值分別減去各套加速度傳感器的初始加速度；再對各套加速度傳感器在基準空間坐標系的加速度值求矢量和，最后除以加速度傳感器的數(shù)量，得到每個周期內(nèi)呼啦圈圓心在基準空間坐標系中的加速度，其計算公式為：

s4：根據(jù)步驟s3的結(jié)果,由信號處理器計算每個周期內(nèi)呼啦圈圓心的加速度幅值|a|h(t)，并計算該加速度矢量的三個加速度指向角(φhx(t),φhy(t),φhz(t))。

本步驟中，所述的三個加速度指向角是指在直角坐標系中，滿足右手定則，右手大拇指與坐標軸同向，加速度矢量投影在軸垂直平面上，該投影與三軸正向形成第一個平面順著右手四手指指向的夾角，定義為該軸的加速度指向角，角度值為0—360°。

本步驟中，加速度幅值和三個加速度指向角的計算公式分別為：

s5：將每個周期內(nèi)呼啦圈圓心的加速度幅值依次與設(shè)定閾值比較，若某一周期內(nèi)的加速度幅值大于等于設(shè)定閾值，判定呼啦圈處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，從該周期開始連續(xù)存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角，得到一連串加速度幅值數(shù)據(jù)(|a|h(1)，|a|h(2)，…，|a|h(n))和加速度指向角數(shù)據(jù)((φhx(1),φhy(1),φhz(1)),(φhx(2),φhy(2),φhz(2)),…,(φhx(n),φhy(n),φhz(n))),其中n為數(shù)據(jù)個數(shù)。

本步驟中，當加速度幅值先出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值，再出現(xiàn)小于設(shè)定閾值的情況時，判定呼啦圈停止轉(zhuǎn)動，信號處理器不再存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角，并清除之前存儲的加速度幅值和加速度指向角；當再次出現(xiàn)大于等于設(shè)定閾值時，判定呼啦圈再次開始轉(zhuǎn)動，按步驟s5繼續(xù)執(zhí)行，清除之前數(shù)據(jù)，重新存儲呼啦圈圓心的加速度幅值和加速度指向角。

本步驟中，當完成呼啦圈一圈的計數(shù)后，除本周期的呼啦圈圓心加速度幅值數(shù)據(jù)和加速度指向角數(shù)保留作為起始數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均清除。

s6：對步驟s5存儲的加速度指向角數(shù)據(jù)進行判斷，若該連串加速度指向角數(shù)據(jù)中的至少一個方向的加速度指向角((φhx(n)和/或φhy(n)和/或φhz(n)))以遞增或遞減的方式共變化360°，則判定呼啦圈轉(zhuǎn)動一圈，信號處理器計數(shù)加1并通過信息播報器播報。

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