一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置

技术领域

本发明涉及智能穿戴设备技术领域，尤其涉及一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置。

背景技术

游泳作为一项受到广泛喜爱的运动，不仅可以锻炼身体，还因其特殊的水环境而更具趣味性。然而，传统泳镜仅用于观察水下景象，无法提供更丰富的信息和体验。尤其当泳者在公开水域游泳时，只能依靠自身感觉进行判断，缺乏实时的指导和数据支持。XR技术（混合现实、虚拟现实和增强现实）正日益融入人们的生活，XR技术能够将虚拟世界和现实世界融合在一起，实现全新的交互体验。但现有的智能穿戴设备，大多数只适用于陆上运动，在水中运动应用尚未得到充分发展。随着XR技术的普及，对泳镜的智能化要求越来越高，因此急需研发一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置。本发明采用的技术手段如下：

一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置，包括可视化装置以及设置于可视化装置上的主控模块和监测模块，所述可视化装置包括泳镜框、泳镜片和泳镜带，所述泳镜带设置于泳镜框的两侧，所述泳镜框的中间夹层中设置有两个泳镜片，其中一个泳镜片为XR可视化镜片，所述泳镜带上设置有若干监测传感器，各监测传感器用于分别采集用户不同的生理指标参数；所述主控模块与各监测传感器电性连接，所述主控模块还与所述XR可视化镜片电性连接。

进一步地，所述泳镜框包括镜框、设置于镜框一侧的防水胶圈以及设置于镜框和防水胶圈之间的镜片。

进一步地，其中至少一监测传感器设置于泳镜框内侧的太阳穴区域，至少一监测传感器附着于泳镜带后侧的枕骨区域。

进一步地，所述泳镜带为两段式结构，在两段式结构的连接处设置有固定调节卡扣，通过调节其中一段泳镜带与固定调节卡扣之间的相对长度调节泳镜带的松紧程度。

进一步地，所述泳镜带上设置有骨传导音频装置，所述骨传导音频装置与主控模块电性连接，所述骨传导音频装置通过滑动卡扣与泳镜带连接在一起，通过调节滑动卡扣位置及泳镜带的松紧实现骨传导音频装置的位置调节及固定。

进一步地，还包括可拆卸于多功能智能泳镜的磁吸无线充电装置，通过磁吸无线充电装置为可视化装置上各组件充电。

进一步地，还包括激光雷达传感器，所述激光雷达传感器设置于泳镜框的前端，所述激光雷达传感器与主控模块电性连接，所述激光雷达传感器用于实时检测用户与周围环境物体的距离和速度。

本发明具有以下优点：本发明可以对佩戴泳镜的用户进行数据监测，并可以对监测的游泳数据进行处理后通过XR可视化镜片进行显示，为佩戴者提供实时数据的可视化服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明本体正视图。

图2为本发明本体侧视图。

图3为本发明磁吸无线充电装置示意图。

图4为本发明模块电路示意图。

图中：1-泳镜片；2-激光雷达传感器；3-磁吸充电装置；4-环形连接孔；5-固定调节卡扣；6-滑动卡扣；7-环形孔；8-多功能运动传感器；9-泳镜带；10-骨传导音频装置；11-防水胶圈；12-功能操作触键模块；13-泳镜框；14-紧急救援按钮；15-充电头；16-磁吸充电贴头。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1、图2所示，本发明公开了一种基于XR技术的可视化游泳数据监测装置，包括可视化装置以及设置于可视化装置上的主控模块和监测模块，所述可视化装置包括泳镜框13、泳镜片1和泳镜带9，所述泳镜带设置于泳镜框的两侧，所述泳镜框的中间夹层中设置有两个泳镜片，其中一个泳镜片为XR可视化镜片，所述泳镜带上设置有若干监测传感器，各监测传感器用于分别采集用户不同的生理指标参数；所述主控模块的MCU（微控制单元）为STMicroelectronics公司的STM32U5系列产品，该MCU与可视化装置上的各监测传感器电性连接，同时所述主控模块还与所述XR可视化镜片电性连接，通过各模块的协同工作，以完整实现智能泳镜的功能。

作为可选的实施方式，所述泳镜框包括镜框、设置于镜框一侧的防水胶圈11以及设置于镜框和防水胶圈之间的镜片。本实施例中，所述防水胶圈采用硅胶材质。本实施例中，所述镜框设置有支撑架/托，支撑架挂在人体面部，尤其是鼻部。

作为可选的实施方式，所述泳镜带为两段式结构，在两段式结构的连接处设置有固定调节卡扣5，通过调节其中一段泳镜带与固定调节卡扣之间的相对长度调节泳镜带的松紧程度。具体地，所述泳镜框主体两边末端有环形连接孔4，而所述泳镜带的末端靠近泳镜框的连接处配备了固定调节卡扣。所述泳镜带通过穿入环形连接孔与泳镜框连为一体，然后可以使用固定调节卡扣来根据用户的需要调整泳镜带的长度。

作为可选的实施方式，非XR可视化镜片的另一泳镜片为常见的聚碳酸脂泳镜片。两种镜片都是透明的，确保用户佩戴时仍然可以清晰地观察泳镜外的环境。

本实施例中，所采用的XR可视化镜片及主控模块的连接关系为现有技术的常规应用，XR可视化镜片与泳镜框架内的光波导模组和图像源器件相连接，共同构建了一个XR显示系统，通过该系统协同工作，从而生成XR可视化镜片上的XR显示界面。

所述XR可视化镜片为全彩Micro LED微显示屏，全彩Micro LED微显示屏配合所述泳镜框内的光波导模组，可以在XR可视化镜片上实现虚拟景象的显示。光波导技术通过光导波导（Waveguide）的原理将所述图像源器件中产生的图像通过光波导进行导光，使图像在光波导内部进行传输，并最终投射到所述XR可视化镜片上供用户实时观测。

实施例

在实施例1的基础上，本实施例中，其中至少一监测传感器设置于泳镜框内侧的太阳穴区域，至少一监测传感器附着于泳镜带后侧的枕骨区域。

本实施例中，枕骨区域的运动传感器配备有环境感知技术，可以监测水温、水质、光照等环境参数。两个传感器根据不同参数的最佳采集位置进行相应采集，如头部太阳穴部位可能适合监测血压、心率、血氧饱和度、体温、呼吸等指标参数，特别是在额颞部的区域；而头颅后部的枕骨区域可用于采集运动姿势、速度、距离、水温、水质等运动及环境指标参数。具体采集的运动参数包括：生理指标参数、运动指标参数与环境指标参数，具体的：

生理指标参数包括心率、体温、血压、血氧浓度、卡路里消耗量等参数。

运动指标参数包括速度、加速度、距离、划频、划幅、划水次数和时间等重要的游泳运动参数。

环境指标参数包括水温、水质、光照等环境参数。

本实施例中，可设置多个传感器进行监测，或是通过特定的传感器仅监测其中的某一项或是某几项，或是将各传感器集成为一体式的监测传感器，对其中的某几项进行集中监测。

本实施例中，泳镜带后侧，即枕骨区域，同样附着多功能运动传感器8，所述多功能运动传感器集成惯性测量单元和环境感知技术，此处多功能运动传感器左右两侧通过环形孔7与泳镜带串联在一起。

本实施例中，两处多功能运动传感器与用户皮表贴合，以获取到用户精准的运动数据。本实施例中采用的监测传感器均可采用市面上常见的传感器。

实施例

在实施例1的基础上，所述泳镜带上设置有骨传导音频装置，所述骨传导音频装置10与主控模块电性连接，所述骨传导音频装置通过滑动卡扣与泳镜带连接在一起，通过调节滑动卡扣6位置及泳镜带的松紧实现骨传导音频装置的位置调节及固定。

具体地，所述泳镜带侧边，即耳前方的颞骨突起处附着骨传导音频装置。所述内置骨传导音频装置附着于可调节泳镜带内侧中空结构中，并通过滑动卡扣与泳镜带连接在一起，通过调节滑动卡扣位置及泳镜带的松紧可实现骨传导音频装置的位置调节及固定，用户可以根据不同的头型前后调整骨传导音频装置的位置，以提供更舒适的佩戴体验并提高音频清晰度。

作为可选的实施方式，骨传导音频装置的数据来源与前述的XR显示系统相同，使用激光雷达传感器和/或多功能运动传感器和/或云平台的数据信息，进而生成音频信号传输到骨传导音频装置供用户收听，以实现听觉指导。

实施例

还包括激光雷达传感器2，所述激光雷达传感器设置于泳镜框的前端，所述激光雷达传感器与主控模块电性连接，所述激光雷达传感器用于实时检测用户与周围环境物体的距离和速度。

实施例

还包括定位模块，所述定位模块设置于泳镜框内部，或是与主控模块集成在一起，用于通过卫星导航系统（北斗卫星、GPS卫星等）实现装置的跟踪。

实施例

需要注意的是，上述方案中的任何一个已经形成足够完备的技术方案，作为额外可拓展的技术方案，还可包括终端APP，终端APP将采集的运动数据进行分析处理，以得到进一步的不同的指导反馈信息，这些数据信息在终端APP的功能模块进行处理，同时，骨传导音频装置还具备语音交互功能，可以采集用户的语音指令并传输到终端APP，从而实现语音操作数据显示、模式切换等功能。

所述终端APP可安装于移动通讯设备、计算机等可操作界面设备。所述终端APP包括泅渡导航及偏航警示模块、安全泅渡警示模块、健康数据检测及提醒功能模块、运动数据智能分析与训练模块、运动数据显示与存储模块以及终端音频输入、输出模块。

其中，泅渡导航及偏航警示模块用于公开水域泅渡。通过植入在智能可视化装置的定位芯片与所述APP的泅渡导航系统完成。所述泅渡导航系统通过公开水域电图（电图数据信息来自全国地理信息资源目录服务系统平台数据）与卫星导航系统（北斗卫星、GPS卫星等）结合实现。通过所述泅渡导航系统的智能匹配功能，可以确定最佳的泅渡路线。通过预先在泅渡导航和偏航警示模块设置的偏航警示阈值距离，用户在泅渡过程中就会在视听觉的双重警示下预防偏航，确保他们按照最初设定的最佳路线进行泅渡。

安全泅渡警示模块：所述安全泅渡警示模块包括危险区域警示与气候预报警示功能。

所述危险区域包括公开水域的漩涡、潮汐以及以往事故案例等区域（漩涡、潮汐等数据信息来自全球潮汐预报服务平台；以往事故案例区域信息来自相关平台数据）。通过上述智能泳镜的定位芯片与气候预报数据信息平台进行相匹配，即可得到用户所处位置的实时气候变化（所述气候预报数据信息来自“World Weather Information ServiceOfficial Forecast”平台）。通过所述定位芯片实时反馈位置至所述安全泅渡警示模块，即可对该最优路线上的水域与气候状况实时做出评估或预报，如准备泅渡或在泅渡过程中安全泅渡警示模块预测到该最优路线存在危险区域（如潮汐）或危险气候（如雷暴雨）时，系统则会给出用户最优的建议方案，包括建议禁止泅渡或采取备用方案等。

健康数据检测及提醒功能模块：通过所述监测传感器采集运动数据结合终端APP的健康数据检测及提醒功能模块。在所述健康数据检测及提醒功能模块中，将对采集的运动生理参数进行比较和分析，其中包括与游泳相关的数据以及用户的健康数据监测。通过分析比较，系统将提醒用户注意他们的身体健康状况，从而实现对用户的实时监控和提醒。

例如心率监测：用于精准地监测用户的心率。这些心率数据会实时显示在泳镜上，以帮助用户控制游泳的强度和节奏，确保他们的身体状况保持在适当的范围内。智能泳镜还内置了智能算法，用于监测用户的游泳状态。如果在游泳过程中出现异常情况，比如过度疲劳或心率异常，健康数据检测及提醒功能模块将会触发警示信号，引导用户采取适当的休息和调整措施，以保障用户在游泳过程中的安全和健康。

运动数据智能分析与训练模块：所述运动数据智能分析与训练模块包括运动数据智能分析与智能训练功能。所述运动数据智能分析功能通过智能可视化装置连接到云平台，将所述多功能传感器所采集的运动数据与云平台的个性化标准模型进行智能对比分析，借助内置的智能法，通过计算机视觉和深度学习技术，对用户的泳姿进行实时评估，从而得到个性化建议报告；如果发现用户的姿势不正确，泳镜将发出警示并提供改进建议，如调整手臂动作、打腿幅度等，为用户改善游泳技巧提供专业的改进建议。帮助用户更好地了解自身的游泳表现。

所述智能训练功能可提供节奏指导，根据用户的目标和水域情况，提供智能节奏引导，帮助用户稳定游泳节奏和提高游泳效率。

智能泳镜内置高级泳姿仿真功能。高级泳姿仿真功能通过图像源器件与云平台连接，通过增强现实技术，用户可以在XR可视化镜片看到云平台上专业游泳运动员的泳姿示范，帮助他们学习和模仿更规范的游泳动作。

终端音频输入、输出模块：通过骨传导音频装置，用户可以进行语音交互指令的获取，这些指令将被传输至终端APP，从而实现语音交互的功能。该语音交互功能允许用户通过声音指令来控制多功能智能泳镜的各种操作，比如开始计时、暂停、切换显示信息等。

同时，终端系统音频也能够输出到骨传导音频装置，以实现音频反馈指导。所述终端系统音频输出包括终端设备所产生的音频，如下载音乐或运动节拍等。此外，终端APP的控制端还提供了语音呼叫传出功能，使得人与人之间可以进行实时的语音交流。这一系列设计不仅增强了用户体验，还为用户在游泳中的操作和交流提供了更多的便利。

实施例

所述主控模块还集成有运动数据显示与存储模块，用户可在XR显示镜片上实时观测到运动中的数据。运动数据实时显示包括运动过程中较为重要的指标，如游速、心率、体温和水深等。

作为可选的实施方式，智能泳镜内部植入了大容量存储器，作为运动数据存储模块，用于记录用户的历史数据。同时，该存储模块会与连接的终端APP设备进行数据同步，这意味着泳镜和终端设备都会保存一份相同的数据记录。这种设计确保了数据的安全性和可靠性。

智能泳镜还支持蓝牙连接或USB接口，可以将数据传输到智能手机或电脑，方便进行数据分析、比对和分享。这种灵活的连接方式还使得智能泳镜能够与其他智能手机或设备进行数据同步和交互，包括整体运动数据，如总游距、游泳路线记录和心率等信息。同时，智能泳镜所配套的终端APP也具备智能分享社交功能。借助这个功能，用户可以将他们的游泳数据和泳池画面分享到社交媒体平台，与朋友和家人共享他们的游泳体验，增加了互动和社交的乐趣。

图像源器件通过终端APP获取图像数据。终端APP的数据来源包括从智能泳镜主体上的激光雷达传感器和多功能运动传感器采集的用户运动数据，以及终端APP云平台导入的数据。这些数据通过蓝牙连接传输至终端APP，并由终端APP的功能模块对获取的运动数据进行处理和分析，以生成反馈和指导信息。最终，这些信息被传输至XR显示系统，在XR显示系统的处理下，用户可以实时全息观测到获取的运动数据以及反馈指导信息在XR可视化镜片上的显示。

还包括功能操作触键模块，所述功能操作触键模块用于操作和控制智能泳镜的各项功能。具体的：

所述功能操作触键模块位于智能泳镜外侧上方，是一种集成于XR显示系统的控制模块，可在XR可视化镜片上观测功能操作界面。该触键模块可以在游泳的过程中轻松控制泳镜的功能，而无需停下来操作或使用外部设备。可选的，触键模块应该配备一组易于辨识和操作的功能按键。功能按键数量和布局可以根据设计要求和泳镜功能而定。可选的，可将下方功能键按照不同操作方式进行整合，以缩减触键个数，使该模块更小巧便捷，如触键一次为返回指令，两次为确认指令，长按为开关机等。触键模块通常包括以下等功能：

a. 电源：用于开启和关闭智能泳镜。b. 功能切换：用于切换不同的功能模式，例如游泳数据显示、音乐播放、蓝牙连接、导航界面等。c. 音量调节：用于调节音量大小。d.确认/选择：用于确认选择菜单或功能。e. 返回/取消：用于返回上一级菜单或取消当前操作。

实施例

作为可选的实施方式，智能泳镜配备了紧急救援按钮14，用户在遇到紧急情况时，可以通过按下按钮发送紧急信号，该信号会立即通知事先设置的紧急联系人，并提供用户的准确位置信息。如出现过度危险信号且用户不能自行调整时，健康数据检测及提醒功能模块则会自动拨打事先设置的紧急联系人，并提供用户的准确位置信息，以便及时救援。

实施例

如图3所示，还包括可拆卸于多功能智能泳镜的磁吸无线充电装置3，通过磁吸无线充电装置为可视化装置上各组件充电。具体地，充电头15的末端连接有若干磁吸充电贴头16。

具体地，所述智能泳镜、骨传导音频装置和泳镜带后侧的多功能运动传感器均采用磁吸无线充电技术，该充电技术可提供良好的防水性与便捷的充电方式。用户无需频繁更换电池，节省了维护成本和使用成本。通过多贴头的磁吸充电器，用户只需将充电贴头靠近该三个装置，该三个装置的磁吸充电模块即会吸附充电贴头，实现自动连接，从而实现对智能泳镜的充电。当充电完成后，用户可以轻松移除充电贴头，无需额外的操作，提高了充电的便捷性。

图4示出了本发明的结构件的具体电路图，其中（a）为单片机系统电路，本实施例中，单片机系统采用STM32F103系列，CPU内核ARMCortex-M3，CPU最大主频率72MHz，程序存储容量256K，RAM总容量48K意法半导体的STM32F1系列主流MCU满足了工业、医疗和消费类市场的各种应用需求。（b）为电池充电电路，充电电路，给电池充电，同时有两个指示灯，充电的时候亮红灯，充满以后量绿灯。（c）为MCU供电电路，电池给的电压是3.7V-4.2V，通过此LDO电路转换成3.3V稳压电路，给单片机以及其他装置供电。（d）为蓝牙和WiFi模块电路，本实施例中，此模块为飞易通的FSC-BW236蓝牙，WIF双频模块，蓝牙支持5.1低功耗，WFI支持2.4GHZ&5GHZ，通过串口通讯，波特率在115200，外接可通过连接WIFI或者蓝牙实现互联。（e）和（f）为传感器接口电路，传感器主要实现记录生理指标参数，运动指标参数，环境指标参数等，最后通过串口，以及IO口来实现跟单片机互联控制。（g）为下载接口电路，单片机下载口，用来给单片机下载一些程序。（h）为调试接口电路，用来给单片机程序调试。（i）为激光雷达接口电路，激光雷达主要实现实时检测用户与周围环境物体的距离和速度。最后通过IIC接口，以及IO口来实现跟单片机互联控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。