基于Android平臺的戶外科學健身驛站APP研究

劉志榮，張 劍，鄭偉濤，馬 勇

(1. 武漢體育學院 研究生院，湖北 武漢，430079；2. 武漢體育學院 體育工程與信息技術學院，運動干預與健康促進湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，國家體育總局體育工程重點實驗室，湖北 武漢，430079)

基于Android平臺的戶外科學健身驛站APP研究

劉志榮1,2，張 劍2，鄭偉濤2，馬 勇2

(1. 武漢體育學院 研究生院，湖北 武漢，430079；2. 武漢體育學院 體育工程與信息技術學院，運動干預與健康促進湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，國家體育總局體育工程重點實驗室，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、缺乏科學指導等弊端，基于Android操作系統(tǒng)開發(fā)APP，通過Android Studio集成開發(fā)環(huán)境，采用面向對象的Java語言編程進行開發(fā)，通過藍牙、GPRS數(shù)據(jù)流量WIFI分別與健身器材、云端服務器連接，處理戶外健身者利用健身器材進行健身的功率、時間、速度、負荷、做功、次數(shù)、心率等信息。戶外科學健身驛站實現(xiàn)了運動數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、保存與顯示，并給出健身反饋建議。通過APP，健身者既能實時查看運動數(shù)據(jù)，又能獲得科學的、個性化的鍛煉計劃，還能為政府制定與體育產(chǎn)業(yè)相關的政策提供科學的依據(jù)。

Android平臺；物聯(lián)網(wǎng)；健身器材；手機APP；交互設計

改革開放以來在全民健身熱潮在國內悄然興起的同時，戶外健身路徑工程也隨之產(chǎn)生，即在社區(qū)、公園等公共場合設置的供民眾健身、娛樂使用的一系列體育器械。為了更好地促進我國全民健身事業(yè)的發(fā)展，國務院于2013年發(fā)布了《關于促進健康服務業(yè)發(fā)展的若干意見》[1]，明確提出：推進健康服務信息化，充分利用現(xiàn)有信息和網(wǎng)絡設施，盡快實現(xiàn)醫(yī)療保障、醫(yī)療服務、健康管理等信息的共享……與物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)融合，不斷提升自動化、智能化健康信息服務水平；又于2014年發(fā)布了《關于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進體育消費的若干意見》[2]，明確指出：把全民健身上升為國家戰(zhàn)略，力爭到2025年體育產(chǎn)業(yè)總規(guī)模超過5萬億元，經(jīng)常參加體育鍛煉的人數(shù)達到5億人，使之成為推動經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的重要力量；李克強總理在第12屆全國人民代表大會第三次會議的政府工作報告中提出，“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結合，促進電子商務、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場?！?/p>

借由互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，多種多樣手機APP的開發(fā)與使用已經(jīng)成為信息化時代發(fā)展的主流與趨勢?！叭ミ\動”APP借助移動互聯(lián)網(wǎng)技術，人們通過手機就能找到附近的免費和低價運動場地，為體育愛好者提供了一個全新運動交友、分享運動經(jīng)驗、提高競技水平的互動交流途徑。“咕咚”APP是一款運動健身減肥App，實現(xiàn)了運動路線的智能追蹤和運動數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。樂動天下(北京)體育科技有限公司在2016年推出的最新研發(fā)技術產(chǎn)品樂動智能健身館APP，為用戶提供了“互動、交友、情景再現(xiàn)”等新型運動內容。目前運動健身APP更多的是利用智能手機中 GPS 定位、陀螺儀等技術，實時記錄用戶運動軌跡，測算耗能以及其他運動數(shù)據(jù)供其參考；或者是利用傳感器、可穿戴裝備測量運動時用戶身體數(shù)據(jù)，如心率、體溫、血壓和血氧等[3]。目前國內現(xiàn)有的戶外健身器材還存在著功能單一、缺少訓練信息反饋以及無法提供科學的健身指導等問題，而針對戶外健身路徑研發(fā)以及與之相關的APP還未出現(xiàn)。

在此背景下，本研究提出將戶外健身路徑升級為基于物聯(lián)網(wǎng)技術的戶外科學健身驛站，旨在通過戶外科學健身驛站APP將運動鍛煉的數(shù)據(jù)指標實時反饋給健身者，為健身者對自身動作技能的評價與分析以及制定合理的運動鍛煉計劃提供科學依據(jù)；同時使健身者進行個性化、個體化的戶外運動鍛煉。

1 系統(tǒng)構建

1.1 需求分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的戶外科學健身驛站由健身器材、手機APP和云服務器端組成，采用太陽能供電，用戶在使用健身器材進行鍛煉的時候，會將鍛煉數(shù)據(jù)存儲在內部存儲模塊中，并通過藍牙通信方式將數(shù)據(jù)上傳至手機APP端，用戶可以選擇通過使用GPRS數(shù)據(jù)流量或者WIFI網(wǎng)絡將從健身器材中獲取的鍛煉數(shù)據(jù)上傳至云服務器端，以便用戶實時查看健身數(shù)據(jù)。

為了方便廣大健身愛好者隨時隨地查看數(shù)據(jù)記錄，要求手機端可以使用開發(fā)的APP程序，通過藍牙連接健身器材，獲取并瀏覽健身數(shù)據(jù)，同時可以通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到云端服務器。所以，根據(jù)用戶需求設計了手機APP端主要由以下五個功能模塊構成。

(1)用戶信息模塊：登記和管理用戶個人的信息(姓名、性別、年齡、身高、體重等)。

(2)藍牙數(shù)據(jù)獲取模塊：通過藍牙連接指定健身器材，獲取用戶健身數(shù)據(jù)(運動時間、運動次數(shù)、運動速度、運動路程、運動心率、機械功、功率等)。

(3)數(shù)據(jù)分析處理模塊：對獲取的數(shù)據(jù)進行分析、處理后，以方便數(shù)據(jù)在手機APP上的顯示和傳輸至云端服務器。

(4)數(shù)據(jù)傳輸模塊：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌?，并能根?jù)請求，獲取云端服務器中的指定信息。

(5)數(shù)據(jù)顯示模塊：將處理后的運動數(shù)據(jù)在手機APP端顯示。

1.2 數(shù)據(jù)流程設計

用戶的健身信息通過藍牙數(shù)據(jù)獲取模塊采集，獲取到的信息由數(shù)據(jù)分析與處理模塊進行整理，然后將處理后的信息顯示在手機上，同時上傳信息到云端服務器，以便查詢和瀏覽。數(shù)據(jù)流程圖如圖1所示。

1.3 程序操作流程設計

手機登錄系統(tǒng)后，通過藍牙實時與健身器械進行連接與通信。手機客戶端實時獲取數(shù)據(jù)，且進行顯示與信息反饋。運動結束后，力量類訓練器會顯示本次測試的運動時間、阻力、次數(shù)、用力速度、功、功率等運動信息，耐力類訓練器會顯示本次測試的運動時間、阻力、速度、距離、功、功率、心率等運動信息。程序操作流程如圖2所示。

2 用戶管理模塊設計

為了達到APP界面的友好性、易用性[4]，采用了圖形用戶界面(GUI)設計原則，使得APP界面美觀大方、操作人性化、對用戶透明，用戶接觸軟件后對界面上對應的功能一目了然，不需要過多培訓就可以方便使用該應用程序。

圖2 操作流程

2.1 注冊登陸界面設計

APP設置了用戶賬號登陸功能，用戶可自行設定賬號密碼進行注冊使用。注冊完成之后用戶就擁有了一個賬號和密碼，下一次登錄的時候就可以通過注冊的用戶名和密碼進行登錄。用戶輸入用戶名和密碼之后，經(jīng)過系統(tǒng)后臺的驗證，確認無誤之后，即跳轉到用戶菜單界面，否則就會返回登錄界面，并提示錯誤信息。界面效果如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 登陸界面

圖4 注冊界面

圖5 操作成功

圖6 操作失敗

2.2 用戶主界面設計

在開發(fā)的APP中用戶主界面如圖7、圖8所示，分為四個區(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)，顯示了服務器狀態(tài)、設備狀態(tài)、插銷狀態(tài)，以使用戶知曉器械是否處于可運動狀態(tài)；在信息區(qū)，用戶登錄APP之后，系統(tǒng)會根據(jù)登錄信息，呈現(xiàn)對應的信息，用于確認用戶信息；在圖表區(qū)，使用折線圖顯示運動數(shù)據(jù)的變化趨勢，給健身者最直觀的測試成績；在數(shù)據(jù)區(qū)，力量類訓練器記錄了運動時間、次數(shù)、阻力、用力速度、功率等運動信息，耐力類訓練器則記錄了運動時間、阻力、速度、距離、功率、心率等運動信息，并對所提供的詳盡鍛煉數(shù)據(jù)進行顯示與反饋。

圖7 力量類訓練器 用戶主界面

圖8 耐力類訓練器 用戶主界面

3 通信協(xié)議的制定

3.1 藍牙通信協(xié)議

藍牙通信[5]格式如表1所示：

表1 藍牙通信格式

幀頭指令設備ID數(shù)據(jù)校驗幀尾0XFECMD健身設備ID號鍛煉數(shù)據(jù)CS0X45

其中，設備ID：每個健身設備自身ID號。

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)重復發(fā)送

0X03 數(shù)據(jù)發(fā)送完成

鍛煉數(shù)據(jù)：從存儲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，對發(fā)送的每組數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)校驗。校驗位計算方法為：將鍛煉數(shù)據(jù)各個數(shù)據(jù)相加，相加結構的低字節(jié)即為校驗位校驗數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，力量健身器將從存儲器中讀出的每組數(shù)據(jù)分別發(fā)送給手機APP，手機APP接收到數(shù)據(jù)后，對鍛煉數(shù)據(jù)按照相同的校驗計算方法進行計算，并將得到的數(shù)據(jù)與健身器材發(fā)送來的校驗數(shù)據(jù)相對照，如果一致，則說明數(shù)據(jù)準確無誤，否則，向下位機發(fā)送指令重新發(fā)送該組數(shù)據(jù)。

3.2 Http協(xié)議

手機APP需要與云服務器端進行運動數(shù)據(jù)和反饋的健身評價與指導建議進行交換。Android手機APP與服務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]。開發(fā)的APP就是基于URL協(xié)議，即請求URL，通過發(fā)送post請求獲取服務器端數(shù)據(jù)，其中手機APP向服務器端發(fā)送請求的時候，指的是向服務器端傳送了一個數(shù)據(jù)塊，也就是請求信息。

對于服務器端來說，返回給手機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)是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，由于xml的解析過于復雜，且代碼過于冗長，所以相比于xml而言，手機APP和服務器的數(shù)據(jù)交換格式往往更傾向于采用JSON來進行交換[7]。Http協(xié)議結構如圖9所示。

圖9 Http協(xié)議結構

4 結束語

“戶外科學健身驛站”APP通過對APP業(yè)務、功能等的需求分析制定了設計模型、基本功能模塊以及通信協(xié)議，并將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于大眾健身項目中，分別通過藍牙協(xié)議、Http協(xié)議完成了APP與健身設備、云服務器端的通信，實現(xiàn)了戶外健身人群運動數(shù)據(jù)信息的實時采集與反饋，對傳統(tǒng)面向對象編程所能達到的人機交互的目的有了一定程度上的突破。通過APP，健身者可以實時查看運動數(shù)據(jù)，并為政府制定與體育產(chǎn)業(yè)相關的政策提供科學的依據(jù)。目前，APP對于運動數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析還需進一步完善，希望能對健身者的運動效果進行綜合評價并給出對應的反饋意見。

[1] 國務院.關于促進健康服務業(yè)發(fā)展的若干意見[Z].2013-09-28.

[2] 國務院.關于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進體育消費的若干意見[Z].2014-10-02.

[3] 上官晨.體育健身類APP與全民健身[A].江西省體育科學學會.第一屆“全民健身，科學運動”學術交流大會論文集[C].江西省體育科學學會,2016:3.

[4] 白文濤,劉正捷.用戶界面的需求分析與設計原則[J].大連海事大學學報, 2004(4):86-88.

[5] 羅富財.基于Android平臺的藍牙通信系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].河北：華北電力大學碩士學位論文,2013.

[6] 姜毅,王兆青,曹麗.基于HTTP的實時信息傳輸方法[J].計算機工程與設計, 2008(10):2451-2453，2606.

[7] 王魁生,王曉波.利用JSON進行網(wǎng)站客戶端與服務器數(shù)據(jù)交互[J].軟件導刊, 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”國家科技部支撐計劃項目(2012BAK23B05)，湖北省戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃。

劉志榮(1993-)，女，福建寧德人，碩士研究生，研究方向：體育工程學。

G80-05

A

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

2016-11-16)