劉志榮，張 劍，鄭偉濤，馬 勇

(1. 武漢體育學(xué)院 研究生院，湖北 武漢，430079；2. 武漢體育學(xué)院 體育工程與信息技術(shù)學(xué)院，運(yùn)動(dòng)干預(yù)與健康促進(jìn)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，國(guó)家體育總局體育工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430079)

基于Android平臺(tái)的戶(hù)外科學(xué)健身驛站APP研究

劉志榮1,2，張 劍2，鄭偉濤2，馬 勇2

(1. 武漢體育學(xué)院 研究生院，湖北 武漢，430079；2. 武漢體育學(xué)院 體育工程與信息技術(shù)學(xué)院，運(yùn)動(dòng)干預(yù)與健康促進(jìn)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，國(guó)家體育總局體育工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430079)

為了克服傳統(tǒng)健身器材存在的功能單一、交互性差、缺乏科學(xué)指導(dǎo)等弊端，基于Android操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)APP，通過(guò)Android Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用面向?qū)ο蟮腏ava語(yǔ)言編程進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)藍(lán)牙、GPRS數(shù)據(jù)流量WIFI分別與健身器材、云端服務(wù)器連接，處理戶(hù)外健身者利用健身器材進(jìn)行健身的功率、時(shí)間、速度、負(fù)荷、做功、次數(shù)、心率等信息。戶(hù)外科學(xué)健身驛站實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、保存與顯示，并給出健身反饋建議。通過(guò)APP，健身者既能實(shí)時(shí)查看運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，又能獲得科學(xué)的、個(gè)性化的鍛煉計(jì)劃，還能為政府制定與體育產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策提供科學(xué)的依據(jù)。

Android平臺(tái)；物聯(lián)網(wǎng)；健身器材；手機(jī)APP；交互設(shè)計(jì)

改革開(kāi)放以來(lái)在全民健身熱潮在國(guó)內(nèi)悄然興起的同時(shí)，戶(hù)外健身路徑工程也隨之產(chǎn)生，即在社區(qū)、公園等公共場(chǎng)合設(shè)置的供民眾健身、娛樂(lè)使用的一系列體育器械。為了更好地促進(jìn)我國(guó)全民健身事業(yè)的發(fā)展，國(guó)務(wù)院于2013年發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)健康服務(wù)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》[1]，明確提出：推進(jìn)健康服務(wù)信息化，充分利用現(xiàn)有信息和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，盡快實(shí)現(xiàn)醫(yī)療保障、醫(yī)療服務(wù)、健康管理等信息的共享……與物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)融合，不斷提升自動(dòng)化、智能化健康信息服務(wù)水平；又于2014年發(fā)布了《關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見(jiàn)》[2]，明確指出：把全民健身上升為國(guó)家戰(zhàn)略，力爭(zhēng)到2025年體育產(chǎn)業(yè)總規(guī)模超過(guò)5萬(wàn)億元，經(jīng)常參加體育鍛煉的人數(shù)達(dá)到5億人，使之成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的重要力量；李克強(qiáng)總理在第12屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議的政府工作報(bào)告中提出，“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動(dòng)計(jì)劃，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進(jìn)電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國(guó)際市場(chǎng)。”

借由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多種多樣手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)與使用已經(jīng)成為信息化時(shí)代發(fā)展的主流與趨勢(shì)?！叭ミ\(yùn)動(dòng)”APP借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人們通過(guò)手機(jī)就能找到附近的免費(fèi)和低價(jià)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，為體育愛(ài)好者提供了一個(gè)全新運(yùn)動(dòng)交友、分享運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)、提高競(jìng)技水平的互動(dòng)交流途徑?！肮具恕盇PP是一款運(yùn)動(dòng)健身減肥App，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)路線的智能追蹤和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。樂(lè)動(dòng)天下(北京)體育科技有限公司在2016年推出的最新研發(fā)技術(shù)產(chǎn)品樂(lè)動(dòng)智能健身館APP，為用戶(hù)提供了“互動(dòng)、交友、情景再現(xiàn)”等新型運(yùn)動(dòng)內(nèi)容。目前運(yùn)動(dòng)健身APP更多的是利用智能手機(jī)中 GPS 定位、陀螺儀等技術(shù)，實(shí)時(shí)記錄用戶(hù)運(yùn)動(dòng)軌跡，測(cè)算耗能以及其他運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)供其參考；或者是利用傳感器、可穿戴裝備測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)用戶(hù)身體數(shù)據(jù)，如心率、體溫、血壓和血氧等[3]。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的戶(hù)外健身器材還存在著功能單一、缺少訓(xùn)練信息反饋以及無(wú)法提供科學(xué)的健身指導(dǎo)等問(wèn)題，而針對(duì)戶(hù)外健身路徑研發(fā)以及與之相關(guān)的APP還未出現(xiàn)。

在此背景下，本研究提出將戶(hù)外健身路徑升級(jí)為基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的戶(hù)外科學(xué)健身驛站，旨在通過(guò)戶(hù)外科學(xué)健身驛站APP將運(yùn)動(dòng)鍛煉的數(shù)據(jù)指標(biāo)實(shí)時(shí)反饋給健身者，為健身者對(duì)自身動(dòng)作技能的評(píng)價(jià)與分析以及制定合理的運(yùn)動(dòng)鍛煉計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)；同時(shí)使健身者進(jìn)行個(gè)性化、個(gè)體化的戶(hù)外運(yùn)動(dòng)鍛煉。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 需求分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的戶(hù)外科學(xué)健身驛站由健身器材、手機(jī)APP和云服務(wù)器端組成，采用太陽(yáng)能供電，用戶(hù)在使用健身器材進(jìn)行鍛煉的時(shí)候，會(huì)將鍛煉數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)模塊中，并通過(guò)藍(lán)牙通信方式將數(shù)據(jù)上傳至手機(jī)APP端，用戶(hù)可以選擇通過(guò)使用GPRS數(shù)據(jù)流量或者WIFI網(wǎng)絡(luò)將從健身器材中獲取的鍛煉數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器端，以便用戶(hù)實(shí)時(shí)查看健身數(shù)據(jù)。

為了方便廣大健身愛(ài)好者隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)記錄，要求手機(jī)端可以使用開(kāi)發(fā)的APP程序，通過(guò)藍(lán)牙連接健身器材，獲取并瀏覽健身數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器。所以，根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)計(jì)了手機(jī)APP端主要由以下五個(gè)功能模塊構(gòu)成。

(1)用戶(hù)信息模塊：登記和管理用戶(hù)個(gè)人的信息(姓名、性別、年齡、身高、體重等)。

(2)藍(lán)牙數(shù)據(jù)獲取模塊：通過(guò)藍(lán)牙連接指定健身器材，獲取用戶(hù)健身數(shù)據(jù)(運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)次數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)路程、運(yùn)動(dòng)心率、機(jī)械功、功率等)。

(3)數(shù)據(jù)分析處理模塊：對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后，以方便數(shù)據(jù)在手機(jī)APP上的顯示和傳輸至云端服務(wù)器。

(4)數(shù)據(jù)傳輸模塊：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，并能根據(jù)請(qǐng)求，獲取云端服務(wù)器中的指定信息。

(5)數(shù)據(jù)顯示模塊：將處理后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在手機(jī)APP端顯示。

1.2 數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

用戶(hù)的健身信息通過(guò)藍(lán)牙數(shù)據(jù)獲取模塊采集，獲取到的信息由數(shù)據(jù)分析與處理模塊進(jìn)行整理，然后將處理后的信息顯示在手機(jī)上，同時(shí)上傳信息到云端服務(wù)器，以便查詢(xún)和瀏覽。數(shù)據(jù)流程圖如圖1所示。

1.3 程序操作流程設(shè)計(jì)

手機(jī)登錄系統(tǒng)后，通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)與健身器械進(jìn)行連接與通信。手機(jī)客戶(hù)端實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，且進(jìn)行顯示與信息反饋。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，力量類(lèi)訓(xùn)練器會(huì)顯示本次測(cè)試的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、阻力、次數(shù)、用力速度、功、功率等運(yùn)動(dòng)信息，耐力類(lèi)訓(xùn)練器會(huì)顯示本次測(cè)試的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、阻力、速度、距離、功、功率、心率等運(yùn)動(dòng)信息。程序操作流程如圖2所示。

2 用戶(hù)管理模塊設(shè)計(jì)

為了達(dá)到APP界面的友好性、易用性[4]，采用了圖形用戶(hù)界面(GUI)設(shè)計(jì)原則，使得APP界面美觀大方、操作人性化、對(duì)用戶(hù)透明，用戶(hù)接觸軟件后對(duì)界面上對(duì)應(yīng)的功能一目了然，不需要過(guò)多培訓(xùn)就可以方便使用該應(yīng)用程序。

圖2 操作流程

2.1 注冊(cè)登陸界面設(shè)計(jì)

APP設(shè)置了用戶(hù)賬號(hào)登陸功能，用戶(hù)可自行設(shè)定賬號(hào)密碼進(jìn)行注冊(cè)使用。注冊(cè)完成之后用戶(hù)就擁有了一個(gè)賬號(hào)和密碼，下一次登錄的時(shí)候就可以通過(guò)注冊(cè)的用戶(hù)名和密碼進(jìn)行登錄。用戶(hù)輸入用戶(hù)名和密碼之后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)的驗(yàn)證，確認(rèn)無(wú)誤之后，即跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)菜單界面，否則就會(huì)返回登錄界面，并提示錯(cuò)誤信息。界面效果如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 登陸界面

圖4 注冊(cè)界面

圖5 操作成功

圖6 操作失敗

2.2 用戶(hù)主界面設(shè)計(jì)

在開(kāi)發(fā)的APP中用戶(hù)主界面如圖7、圖8所示，分為四個(gè)區(qū)：狀態(tài)區(qū)、信息區(qū)、圖表區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。在狀態(tài)區(qū)，顯示了服務(wù)器狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、插銷(xiāo)狀態(tài)，以使用戶(hù)知曉器械是否處于可運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；在信息區(qū)，用戶(hù)登錄APP之后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)登錄信息，呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)的信息，用于確認(rèn)用戶(hù)信息；在圖表區(qū)，使用折線圖顯示運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，給健身者最直觀的測(cè)試成績(jī)；在數(shù)據(jù)區(qū)，力量類(lèi)訓(xùn)練器記錄了運(yùn)動(dòng)時(shí)間、次數(shù)、阻力、用力速度、功率等運(yùn)動(dòng)信息，耐力類(lèi)訓(xùn)練器則記錄了運(yùn)動(dòng)時(shí)間、阻力、速度、距離、功率、心率等運(yùn)動(dòng)信息，并對(duì)所提供的詳盡鍛煉數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示與反饋。

圖7 力量類(lèi)訓(xùn)練器 用戶(hù)主界面

圖8 耐力類(lèi)訓(xùn)練器 用戶(hù)主界面

3 通信協(xié)議的制定

3.1 藍(lán)牙通信協(xié)議

藍(lán)牙通信[5]格式如表1所示：

表1 藍(lán)牙通信格式

幀頭指令設(shè)備ID數(shù)據(jù)校驗(yàn)幀尾0XFECMD健身設(shè)備ID號(hào)鍛煉數(shù)據(jù)CS0X45

其中，設(shè)備ID：每個(gè)健身設(shè)備自身ID號(hào)。

指令：本組數(shù)據(jù)含義

0X01 正常數(shù)據(jù)發(fā)送

0X02 數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送

0X03 數(shù)據(jù)發(fā)送完成

鍛煉數(shù)據(jù)：從存儲(chǔ)器中讀取得到的每組鍛煉數(shù)據(jù)。

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，對(duì)發(fā)送的每組數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)。校驗(yàn)位計(jì)算方法為：將鍛煉數(shù)據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)相加，相加結(jié)構(gòu)的低字節(jié)即為校驗(yàn)位校驗(yàn)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中，力量健身器將從存儲(chǔ)器中讀出的每組數(shù)據(jù)分別發(fā)送給手機(jī)APP，手機(jī)APP接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)鍛煉數(shù)據(jù)按照相同的校驗(yàn)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，并將得到的數(shù)據(jù)與健身器材發(fā)送來(lái)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)照，如果一致，則說(shuō)明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，否則，向下位機(jī)發(fā)送指令重新發(fā)送該組數(shù)據(jù)。

3.2 Http協(xié)議

手機(jī)APP需要與云服務(wù)器端進(jìn)行運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和反饋的健身評(píng)價(jià)與指導(dǎo)建議進(jìn)行交換。Android手機(jī)APP與服務(wù)器端的通信通常采用Http方式和Socket方式，Http方式又分get和post兩種方式[6]。開(kāi)發(fā)的APP就是基于URL協(xié)議，即請(qǐng)求URL，通過(guò)發(fā)送post請(qǐng)求獲取服務(wù)器端數(shù)據(jù)，其中手機(jī)APP向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求的時(shí)候，指的是向服務(wù)器端傳送了一個(gè)數(shù)據(jù)塊，也就是請(qǐng)求信息。

對(duì)于服務(wù)器端來(lái)說(shuō)，返回給手機(jī)APP的數(shù)據(jù)格式一般分為HTML、XML和JSON這三種格式。其中JSON(Javascript Object Notation)是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，由于xml的解析過(guò)于復(fù)雜，且代碼過(guò)于冗長(zhǎng)，所以相比于xml而言，手機(jī)APP和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換格式往往更傾向于采用JSON來(lái)進(jìn)行交換[7]。Http協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 Http協(xié)議結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

“戶(hù)外科學(xué)健身驛站”APP通過(guò)對(duì)APP業(yè)務(wù)、功能等的需求分析制定了設(shè)計(jì)模型、基本功能模塊以及通信協(xié)議，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于大眾健身項(xiàng)目中，分別通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議、Http協(xié)議完成了APP與健身設(shè)備、云服務(wù)器端的通信，實(shí)現(xiàn)了戶(hù)外健身人群運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集與反饋，對(duì)傳統(tǒng)面向?qū)ο缶幊趟苓_(dá)到的人機(jī)交互的目的有了一定程度上的突破。通過(guò)APP，健身者可以實(shí)時(shí)查看運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并為政府制定與體育產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策提供科學(xué)的依據(jù)。目前，APP對(duì)于運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析還需進(jìn)一步完善，希望能對(duì)健身者的運(yùn)動(dòng)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并給出對(duì)應(yīng)的反饋意見(jiàn)。

[1] 國(guó)務(wù)院.關(guān)于促進(jìn)健康服務(wù)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)[Z].2013-09-28.

[2] 國(guó)務(wù)院.關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見(jiàn)[Z].2014-10-02.

[3] 上官晨.體育健身類(lèi)APP與全民健身[A].江西省體育科學(xué)學(xué)會(huì).第一屆“全民健身，科學(xué)運(yùn)動(dòng)”學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文集[C].江西省體育科學(xué)學(xué)會(huì),2016:3.

[4] 白文濤,劉正捷.用戶(hù)界面的需求分析與設(shè)計(jì)原則[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào), 2004(4):86-88.

[5] 羅富財(cái).基于Android平臺(tái)的藍(lán)牙通信系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].河北：華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013.

[6] 姜毅,王兆青,曹麗.基于HTTP的實(shí)時(shí)信息傳輸方法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2008(10):2451-2453，2606.

[7] 王魁生,王曉波.利用JSON進(jìn)行網(wǎng)站客戶(hù)端與服務(wù)器數(shù)據(jù)交互[J].軟件導(dǎo)刊, 2010(3):147-149.

Outdoor Exercise APP Based on Android Platform

LIU Zhirong1,2, ZHANG Jian2, ZHENG Weitao2,etal

(1. Graduate Dept., Wuhan Sport Univ., Wuhan 430079, China; 2. Sports Engineering and Information Technology Dept., Hubei Provincial Collaboration and Innovation Center of Sports Intervention and Health Promotion, Key Lab of Sports Engineering of General Administration of Sport, Wuhan Sports Univ., Wuhan 430079, China)

In order to overcome the shortcomings of monotonous function, poor interaction and lack of scientific guidance of the traditional sports practice facilities, APP is explored based on Android operation system. Android Studio integrated exploration environment is adopted and Java programming language is used in exploration. Bluetooth, GPRS data and WIFI are connected with sports practice facilities and cloud server to deal with the data of frequency, time, speed, load, work and heart rate of the use of sports practice facilities. The scientific outdoor practice APP can collect, transmit, store and show the sports data and provide feedback. The sports practitioners can check their practice data at any time and obtain scientific and personal practice plan, which provide scientific reference for the government to make policy related with sports industry.

Android platform; internet of things; sports practice facility; mobile phone APP; interaction design

“十二五”國(guó)家科技部支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAK23B05)，湖北省戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃。

劉志榮(1993-)，女，福建寧德人，碩士研究生，研究方向：體育工程學(xué)。

G80-05

A

1672-268X(2017)01-0045-04

2016-11-16)