基于Android平台的户外科学健身驿站APP研究

刘志荣，张 剑，郑伟涛，马 勇

(1. 武汉体育学院 研究生院，湖北 武汉，430079；2. 武汉体育学院 体育工程与信息技术学院，运动干预与健康促进湖北省协同创新中心，国家体育总局体育工程重点实验室，湖北 武汉，430079)

基于Android平台的户外科学健身驿站APP研究

刘志荣1,2，张 剑2，郑伟涛2，马 勇2

(1. 武汉体育学院 研究生院，湖北 武汉，430079；2. 武汉体育学院 体育工程与信息技术学院，运动干预与健康促进湖北省协同创新中心，国家体育总局体育工程重点实验室，湖北 武汉，430079)

为了克服传统健身器材存在的功能单一、交互性差、缺乏科学指导等弊端，基于Android操作系统开发APP，通过Android Studio集成开发环境，采用面向对象的Java语言编程进行开发，通过蓝牙、GPRS数据流量WIFI分别与健身器材、云端服务器连接，处理户外健身者利用健身器材进行健身的功率、时间、速度、负荷、做功、次数、心率等信息。户外科学健身驿站实现了运动数据的实时采集、传输、保存与显示，并给出健身反馈建议。通过APP，健身者既能实时查看运动数据，又能获得科学的、个性化的锻炼计划，还能为政府制定与体育产业相关的政策提供科学的依据。

Android平台；物联网；健身器材；手机APP；交互设计

改革开放以来在全民健身热潮在国内悄然兴起的同时，户外健身路径工程也随之产生，即在社区、公园等公共场合设置的供民众健身、娱乐使用的一系列体育器械。为了更好地促进我国全民健身事业的发展，国务院于2013年发布了《关于促进健康服务业发展的若干意见》[1]，明确提出：推进健康服务信息化，充分利用现有信息和网络设施，尽快实现医疗保障、医疗服务、健康管理等信息的共享……与物联网、移动互联网融合，不断提升自动化、智能化健康信息服务水平；又于2014年发布了《关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》[2]，明确指出：把全民健身上升为国家战略，力争到2025年体育产业总规模超过5万亿元，经常参加体育锻炼的人数达到5亿人，使之成为推动经济社会持续发展的重要力量；李克强总理在第12届全国人民代表大会第三次会议的政府工作报告中提出，“制定‘互联网+’行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。”

借由互联网技术的迅猛发展，多种多样手机APP的开发与使用已经成为信息化时代发展的主流与趋势。“去运动”APP借助移动互联网技术，人们通过手机就能找到附近的免费和低价运动场地，为体育爱好者提供了一个全新运动交友、分享运动经验、提高竞技水平的互动交流途径。“咕咚”APP是一款运动健身减肥App，实现了运动路线的智能追踪和运动数据的实时监测。乐动天下(北京)体育科技有限公司在2016年推出的最新研发技术产品乐动智能健身馆APP，为用户提供了“互动、交友、情景再现”等新型运动内容。目前运动健身APP更多的是利用智能手机中 GPS 定位、陀螺仪等技术，实时记录用户运动轨迹，测算耗能以及其他运动数据供其参考；或者是利用传感器、可穿戴装备测量运动时用户身体数据，如心率、体温、血压和血氧等[3]。目前国内现有的户外健身器材还存在着功能单一、缺少训练信息反馈以及无法提供科学的健身指导等问题，而针对户外健身路径研发以及与之相关的APP还未出现。

在此背景下，本研究提出将户外健身路径升级为基于物联网技术的户外科学健身驿站，旨在通过户外科学健身驿站APP将运动锻炼的数据指标实时反馈给健身者，为健身者对自身动作技能的评价与分析以及制定合理的运动锻炼计划提供科学依据；同时使健身者进行个性化、个体化的户外运动锻炼。

1 系统构建

1.1 需求分析

基于物联网技术的户外科学健身驿站由健身器材、手机APP和云服务器端组成，采用太阳能供电，用户在使用健身器材进行锻炼的时候，会将锻炼数据存储在内部存储模块中，并通过蓝牙通信方式将数据上传至手机APP端，用户可以选择通过使用GPRS数据流量或者WIFI网络将从健身器材中获取的锻炼数据上传至云服务器端，以便用户实时查看健身数据。

为了方便广大健身爱好者随时随地查看数据记录，要求手机端可以使用开发的APP程序，通过蓝牙连接健身器材，获取并浏览健身数据，同时可以通过网络将数据上传到云端服务器。所以，根据用户需求设计了手机APP端主要由以下五个功能模块构成。

(1)用户信息模块：登记和管理用户个人的信息(姓名、性别、年龄、身高、体重等)。

(2)蓝牙数据获取模块：通过蓝牙连接指定健身器材，获取用户健身数据(运动时间、运动次数、运动速度、运动路程、运动心率、机械功、功率等)。

(3)数据分析处理模块：对获取的数据进行分析、处理后，以方便数据在手机APP上的显示和传输至云端服务器。

(4)数据传输模块：将数据传输到云端服务器，并能根据请求，获取云端服务器中的指定信息。

(5)数据显示模块：将处理后的运动数据在手机APP端显示。

1.2 数据流程设计

用户的健身信息通过蓝牙数据获取模块采集，获取到的信息由数据分析与处理模块进行整理，然后将处理后的信息显示在手机上，同时上传信息到云端服务器，以便查询和浏览。数据流程图如图1所示。

1.3 程序操作流程设计

手机登录系统后，通过蓝牙实时与健身器械进行连接与通信。手机客户端实时获取数据，且进行显示与信息反馈。运动结束后，力量类训练器会显示本次测试的运动时间、阻力、次数、用力速度、功、功率等运动信息，耐力类训练器会显示本次测试的运动时间、阻力、速度、距离、功、功率、心率等运动信息。程序操作流程如图2所示。

2 用户管理模块设计

为了达到APP界面的友好性、易用性[4]，采用了图形用户界面(GUI)设计原则，使得APP界面美观大方、操作人性化、对用户透明，用户接触软件后对界面上对应的功能一目了然，不需要过多培训就可以方便使用该应用程序。

图2 操作流程

2.1 注册登陆界面设计

APP设置了用户账号登陆功能，用户可自行设定账号密码进行注册使用。注册完成之后用户就拥有了一个账号和密码，下一次登录的时候就可以通过注册的用户名和密码进行登录。用户输入用户名和密码之后，经过系统后台的验证，确认无误之后，即跳转到用户菜单界面，否则就会返回登录界面，并提示错误信息。界面效果如图3、图4、图5、图6所示。

图3 登陆界面

图4 注册界面

图5 操作成功

图6 操作失败

2.2 用户主界面设计

在开发的APP中用户主界面如图7、图8所示，分为四个区：状态区、信息区、图表区、数据区。在状态区，显示了服务器状态、设备状态、插销状态，以使用户知晓器械是否处于可运动状态；在信息区，用户登录APP之后，系统会根据登录信息，呈现对应的信息，用于确认用户信息；在图表区，使用折线图显示运动数据的变化趋势，给健身者最直观的测试成绩；在数据区，力量类训练器记录了运动时间、次数、阻力、用力速度、功率等运动信息，耐力类训练器则记录了运动时间、阻力、速度、距离、功率、心率等运动信息，并对所提供的详尽锻炼数据进行显示与反馈。

图7 力量类训练器 用户主界面

图8 耐力类训练器 用户主界面

3 通信协议的制定

3.1 蓝牙通信协议

蓝牙通信[5]格式如表1所示：

表1 蓝牙通信格式

帧头指令设备ID数据校验帧尾0XFECMD健身设备ID号锻炼数据CS0X45

其中，设备ID：每个健身设备自身ID号。

指令：本组数据含义

0X01 正常数据发送

0X02 数据重复发送

0X03 数据发送完成

锻炼数据：从存储器中读取得到的每组锻炼数据。

为保证数据传输的正确性，对发送的每组数据采用数据校验。校验位计算方法为：将锻炼数据各个数据相加，相加结构的低字节即为校验位校验数据。在数据发送过程中，力量健身器将从存储器中读出的每组数据分别发送给手机APP，手机APP接收到数据后，对锻炼数据按照相同的校验计算方法进行计算，并将得到的数据与健身器材发送来的校验数据相对照，如果一致，则说明数据准确无误，否则，向下位机发送指令重新发送该组数据。

3.2 Http协议

手机APP需要与云服务器端进行运动数据和反馈的健身评价与指导建议进行交换。Android手机APP与服务器端的通信通常采用Http方式和Socket方式，Http方式又分get和post两种方式[6]。开发的APP就是基于URL协议，即请求URL，通过发送post请求获取服务器端数据，其中手机APP向服务器端发送请求的时候，指的是向服务器端传送了一个数据块，也就是请求信息。

对于服务器端来说，返回给手机APP的数据格式一般分为HTML、XML和JSON这三种格式。其中JSON(Javascript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式，由于xml的解析过于复杂，且代码过于冗长，所以相比于xml而言，手机APP和服务器的数据交换格式往往更倾向于采用JSON来进行交换[7]。Http协议结构如图9所示。

图9 Http协议结构

4 结束语

“户外科学健身驿站”APP通过对APP业务、功能等的需求分析制定了设计模型、基本功能模块以及通信协议，并将物联网技术应用于大众健身项目中，分别通过蓝牙协议、Http协议完成了APP与健身设备、云服务器端的通信，实现了户外健身人群运动数据信息的实时采集与反馈，对传统面向对象编程所能达到的人机交互的目的有了一定程度上的突破。通过APP，健身者可以实时查看运动数据，并为政府制定与体育产业相关的政策提供科学的依据。目前，APP对于运动数据的统计分析还需进一步完善，希望能对健身者的运动效果进行综合评价并给出对应的反馈意见。

[1] 国务院.关于促进健康服务业发展的若干意见[Z].2013-09-28.

[2] 国务院.关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见[Z].2014-10-02.

[3] 上官晨.体育健身类APP与全民健身[A].江西省体育科学学会.第一届“全民健身，科学运动”学术交流大会论文集[C].江西省体育科学学会,2016:3.

[4] 白文涛,刘正捷.用户界面的需求分析与设计原则[J].大连海事大学学报, 2004(4):86-88.

[5] 罗富财.基于Android平台的蓝牙通信系统的研究与实现[D].河北：华北电力大学硕士学位论文,2013.

[6] 姜毅,王兆青,曹丽.基于HTTP的实时信息传输方法[J].计算机工程与设计, 2008(10):2451-2453，2606.

[7] 王魁生,王晓波.利用JSON进行网站客户端与服务器数据交互[J].软件导刊, 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”国家科技部支撑计划项目(2012BAK23B05)，湖北省战略性新兴(支柱)产业人才培养计划。

刘志荣(1993-)，女，福建宁德人，硕士研究生，研究方向：体育工程学。

G80-05

A

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

2016-11-16)