CN113318390A - 一种在线比赛用腕力球及其***和防作弊方法 - Google Patents

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Abstract

一种在线比赛用腕力球及其***和防作弊方法，一种在线比赛用腕力球***包括腕力球本体、安装于腕力球本体内的检测模块、数据处理模块、通信模块和以及一个独立于腕力球外部的移动终端和服务器。所述检测模块和通信模块分别于数据处理模块电连接，通信模块与移动终端无线网络连接。本发明通过对腕力球线上比赛过程中的选手进行心率检测和腕力球转速检测，得到选手的实时心率数据和转速数据，并对心率数据和转速数据进行合理性判断和大数据比对，从而确保该成绩的真实有效，防止比赛作弊。

Description

一种在线比赛用腕力球及其***和防作弊方法
技术领域
本发明涉及腕力球，尤其涉及一种在线比赛用腕力球***及其防作弊方法。
背景技术
腕力球是一种小型运动器械，主要靠手腕的转动带动球芯高速旋转，球芯的高速旋转能够产生的强大力量，进而达到锻炼手指、手腕、手臂的力量和韧性的目的。腕力球具有轻巧便携、老少皆宜、不受空间限制等诸多优点，是近年来新兴的一种广受青睐的运动器械。
公开号CN104248821B的中国发明专利即公开了一种腕力球，包含一外壳及一转动本体。外壳具有一缓冲部。缓冲部具有一轨道部及一缓冲体。缓冲体的位置对应于轨道部。转动本体可转动地设置于轨道部。转动本体包含一套环及一旋转球。套环位于外壳内且可滑动地设于轨道部。旋转球包含一球体及一轴体。球***于外壳内。轴体贯穿球体，且轴体的相对两端分别可相对于套环转动的方式枢接于套环。
随着腕力球的风靡与流行，各种腕力球线上比赛应运而生，而作为一种线上比赛，首先需要确保参赛选手比赛成绩的真实有效，现有技术的防作弊手段是将选手的比赛数据与人类可能的极限数据进行比较，做数据的合理性评估，这种方式准确性低，无法检测参赛选手是否在进行真实的运动，容易造成误判、漏判。因此，为了保证比赛成绩的真实有效性，需要一种能够同时检测选手运动状态和运动成绩的腕力球及其***和防作弊方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时检测选手运动状态和运动成绩，保证比赛成绩真实有效的在线比赛用腕力球***及其防作弊方法。
基于上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种腕力球，包括腕力球本体，腕力球本体包括外壳体和旋转体，外壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体连接构成一个容置空间，旋转***于容置空间内，旋转体包括球体和轴体，下壳体的外侧底面设置为握手面，下壳体内侧底面设为安装面，安装面上设置有光电检测器，光电检测器的发光体朝向握手面，光电检测器与握手面之间设置有光路通道。
进一步的，还包括霍尔传感器和永磁体，永磁体设于腕力球旋转体的轴体上，霍尔传感器设置于腕力球外壳体的内表面与永磁体相对应的位置上。
进一步的，还包括霍尔传感器、永磁体和齿轮，齿轮套设于腕力球旋转体的轴体上，齿轮上设置有至少一个齿叶，永磁体设置于腕力球的容置空间内与齿轮相对应的位置上，霍尔传感器设置于永磁体端部且位于永磁体和齿轮之间。
一种在线比赛用腕力球***，包括：
检测模块，检测模块包括用于检测人体心率信息的心率检测装置和用于检测腕力球旋转体旋转次数转速检测装置；
数据处理模块，数据处理模块与检测模块连接，并根据检测模块获取的数据信息进行数据处理得到人体心率数据和腕力球转速数据；
通信模块，通信模块电连接数据处理模块并通过无线网络连接移动终端，通信模块用于数据处理模块与移动终端之间的数据通信；
移动终端，移动终端用于对人体心率和腕力球转速数据进行实时分析、判断、显示和记录；
服务器端，服务器端与移动终端网络连接，用于接收、存储移动终端发送的实时数据，并将实时数据与历史数据进行数据比对，以判定实时数据的真实性。
进一步的，移动终端包括输入端和摄像头，所述输入端用于输入用户身份信息，所述摄像头用于验证用户身份信息以及记录用户比赛过程。
一种使用上述在线比赛用腕力球***的防作弊方法，包括如下步骤：
移动终端读取并验证用户身份信息；
移动终端从服务器端读取该用户历史最高成绩以及对应的心率数据；
通过检测模块和数据处理模块采集用户的实时心率数据和腕力球的转速数据；
通过通信模块将实时心率数据和转速数据发送至移动终端；
移动终端对心率数据和转速数据进行作弊判断，包括：若心率数据处于合理运动负荷心率范围内，则数据正常，反之则数据异常，若转速数据小于极限运动成绩，则数据正常，反之则数据异常；
移动终端记录并显示当前心率数据和转速数据，并将心率数据和转速数据发送至服务器端，服务器端通过比对移动终端发送的历史数据和当前实时数据，进一步确定数据是否存在异常，并将判断结果反馈于移动终端。
进一步的，合理运动负荷心率范围的计算方法包括：读取用户的年龄信息n，最大运动心率设为220-n，合理运动负荷心率范围设为a*(220-n)～b*(220-n)。
进一步的，a取值范围设为0.8～0.9，b取值范围设为0.6～0.7。
进一步的，极限运动成绩计算方法包括：读取服务器端该用户历史数据中的最高记录值，极限运动成绩设为1.1～1.2倍最高记录值。
进一步的，还包括通过移动终端的摄像头录制用户比赛过程的视频，并将比赛过程视频发送至服务器端，若发现存在数据异常，则读取比赛过程视频进行最终核验。
本发明通过对腕力球上设置心率检测装置和转速检测装置，得到用户的实时心率数据和转速数据，使用户能够通过移动终端了解自己的运动心率和运动成绩，明确自身运动心率是否属于合理运动心率范围内，通过调整自己的运动负荷，防止选手因不正确的运动行为造成健康危害。同时，还公开了一种在线比赛用腕力球***及其防作弊方法，通过检测装置检测用户的心率数据和转速数据，并对心率数据和转速数据进行合理性判断和大数据比对，从而确保该成绩的真实有效，防止比赛作弊。
附图说明
图1为本发明实施例的腕力球结构示意图；
图2为本发明实施例的***结构框图；
图3为本发明实施例的一种转速检测装置结构示意图；
图4为本发明实施例的另一种转速检测装置结构示意图；
图5为本发明实施例的防作弊方法流程示意图。
附图标记说明：10、腕力球本体，11、外壳体，12、旋转体，13、容置空间，14、轴体，15、握手面，16、球体，17、安装面，20、检测模块，21、光电传感器，22、霍尔传感器，23、永磁体，24、齿轮，30、数据处理模块，40、通信模块，50、移动终端，60、服务器。
具体实施方式
为了使阅读者能够更好的理解本发明之设计宗旨，特提供下述具体实施例，以使得阅读者能够形象的理解本发明所涉及到结构、结构组成、作用原理和技术效果。但应当注意，下述各实施例并非是对本发明技术方案的限定，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本发明提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本发明囊括在内。
如图1所示，一种腕力球包括腕力球本体10，腕力球本体10包括一外壳体11和一旋转体12，腕力球外壳体11包括上壳体和下壳体。上壳体和下壳体连接构成一个容置空间13，旋转体12位于该容置空间13内，上壳体的顶面设有开口部，旋转体12的顶部伸出该开口部，下壳体的底面设为握手面15，下壳体内侧底面设为安装面17，安装面17上设置有光电检测器，光电检测器设为反射式红外光电传感器21，光反射式红外光电传感器21发光体朝向握手面15，光反射式红外光电传感器21与握手面之间设置有光路通道。上壳体与下壳体的连接部设为一缓冲部，缓冲部包括一轨道部及一缓冲体，缓冲体的位置对应于轨道部，旋转体12可转动地设置于轨道部。旋转体12包含一球体16及一轴体14，球体16位于外壳体11内，轴体14贯穿球体16，且轴体14的相对两端分别可相对于套环转动的方式枢接于套环。腕力球本体10内还设置有如图3或4的转速检测装置。使用时，用一只手握住下壳体的握手面15，使开口部朝上，另一只手拇指按预设方向拨动旋转体12，使旋转体12获得一个向预设方向相反方向旋转的作用力，拨动到最大位置时停止拨动并松开拇指，此时，旋转体12将在外壳体11内转动，顺势转动握球手的手腕并逐渐加力，旋转体12的旋转速度在手指、手腕的作用力下不断加快，以达到锻炼手指、手腕和手臂力量的目的。
如图1-2所示，一种在线比赛用腕力球***包括腕力球本体10、安装于腕力球本体内的检测模块20、数据处理模块30、通信模块40和以及一个独立于腕力球外部的移动终端50和服务器60。检测模块20和通信模块40分别于数据处理模块30电连接，通信模块40与移动终端50无线网络连接。
检测模块20包括用于检测人体心率信息的心率检测装置和用于检测腕力球旋转体旋转次数的转速检测装置。本实施例中，所示心率检测装置选用ST188反射式红外光电传感器，该反射式红外光电传感器21内置于腕力球10的握手面15所在壳体的内表面，同时将反射式红外光电传感器21所在壳体设置为透明，以便于该传感器所发出的光线穿过腕力球10的壳体照射到人体皮肤上，ST188反射式红外光电传感器是依据皮肤表面组织内的血液浓度的变化造成反射光量的变化来采集心率信号的。这种检测心率的方法为光电容积法，通过对皮肤下的血管反射光的检测，间接检测到心率信号，其原理是：当恒定波长的光照射到皮肤时，光将以透射和反射两种方式离开皮肤表面，过程中光要受到皮肤内组织和血液的吸收，光会衰弱，检测到的光强会减弱。而皮肤下血液的容积不是恒定不变的，皮肤下的血液容积在心脏的作用下呈现类似正弦变化。当心脏舒张时，外周的血容积量最小，光吸收量最小，检测到的光强最大；而心脏收缩时，外周的血容积量最大，检测到的光强最小。由此可见，光接受器接收到的光随血液浓度的变化而变化，光接收器把光信号转换为电信号，就可以反应血液浓度的变化，即可以得到人体的心率数据。ST188反射式红外光电传感器具有结构较为简单、检测准确性高、体积小、质量轻等优点。除了使用上述内置光电传感器，还也可以选用外置佩戴型的心率测量手环或心率带等其他外置的心率测量装置来完成心率检测，再通过无线网络将检测得到的心率数据传送给移动终端50。
如图3所示，转速检测装置包括霍尔传感器22、永磁体23和齿轮24，齿轮24套设于旋转体12的轴体14上，齿轮24上设置有至少一个齿叶25，永磁体23设置于容置空间13内与齿轮24相对应的位置上，霍尔传感器22设置于永磁体23端部且位于永磁体23和齿轮24之间。当旋转体12转动时，齿轮24随之转动，永磁体23的磁力线穿过霍尔传感器22通向齿轮24，齿轮24转动会使穿过霍尔元件的磁通量发生改变，因此，霍尔元件可以输出变化的电压信号，根据电压信号的变化次数和齿轮齿叶的数量可以得到齿轮24的旋转周数，即可以得到旋转体的旋转周数，单位时间内测得的旋转体12的旋转周数即为旋转体12的转速。
作为上述转速检测装置的另一种实现方式，如图4所示，包括永磁体23和霍尔传感器22，永磁铁23设置于腕力球旋转体的轴体上，霍尔传感器22设置于腕力球10外壳体11内的容置空间13内且与永磁体23相对应的位置上，当永磁体23运动到霍尔传感器22正对应位置时，霍尔传感器22与永磁体23之间的间隙为3～5mm。当腕力球10的旋转体12转动时，永磁体23周期性的经过霍尔传感器22的上方，永磁体23的磁力线会使霍尔元件输出变化的电压信号，腕力球旋转体旋转一周，霍尔传感器的输出电压信号完成一次周期性变化，即完成一次计数，单位时间(1分钟内)内霍尔传感器22电压变化周期数即为腕力球10旋转体12的转速数据。上述两种转速检测装置的实现方式都是基于霍尔传感器完成的，在实际使用中也可以采用例如机械测数计、光电式测速传感器、磁电测速传感器等其他测速传感器，但是因为霍尔传感器具有结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀等诸多优点，适用于腕力球的测速。
数据处理模块30设为单片机，单片机同时与检测模块20和通信模块40电连接，控制检测模块20和通信模块40的工作；同时，数据处理模块将反射式红外光电传感器和霍尔传感器的输出信号进行处理得到用户的心率数据和腕力球旋转体的转速数据。
通信模块40，通信模块40电连接数据处理模块30并通过无线通信连接移动终端50，用于数据处理模块30与移动终端50之间的数据通信，具体可以选用蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块等无线传输模块。作为一种简化的实现方式，也可将通信模块40设置为NB-IoT芯片，NB-IoT芯片可以直接与服务器端网络连接，同时将所有移动终端的数据分析和判断工作移植到服务器端，由服务器端直接完成相应的工作，此种方案省略了移动终端，降低了***成本，但是用户不能直观的观察到自身的运动数据，也造成一定的不便。
移动终端50，移动终端50用于对人体心率和腕力球转速的实时数据进行分析、判断、显示和记录；移动终端50具体是一部安装有腕力球线上比赛用App的智能手机或其他可实现相同功能的智能移动设备，该智能手机接收通信模块发送的心率数据和腕力球旋转体转速数据，并对心率数据和转速数据进行数据分析，以判断该用户的真实运动情况，并将判断结果和实时数据的曲线图在显示屏上显示出来，同时，记录判断结果和实时数据。
服务器60，服务器60与移动终端50网络连接，用于接收、存储移动终端50发送的实时数据，并将实时数据与历史数据进行数据比对，进一步判定实时数据的真实性。
综上所述，通过设置心率检测装置和转速检测装置实时监控选手在腕力球运动过程中的心率数据和转速数据，通过数据处理模块、通信模块、移动终端将心率数据和转速数据显示并记录下来，以便于选手和主办方了解其在腕力球比赛过程中的真实运动情况，即能够保证比赛数据的真实准确，又能让选手了解自己的运动心率情况，明确自身运动心率是否属于合理运动心率范围内，通过调整自己的运动负荷，防止选手因不正确的运动行为造成健康危害。同时，通过大数据比对能够进一步判定比赛成绩的真实性也能帮助选手了解自身成绩的提高情况。
如图5所示，一种在线比赛用腕力球***的防作弊方法，包括如下步骤：
移动终端50读取并验证用户身份信息，读取的用户信息包括但不仅限于姓名、年龄、性别、设备识别号，身份验证方式包括但不仅限于人脸活体认证、指纹认证；
移动终端50从服务器端60读取该用户历史最高成绩以及对应的心率数据，为了确保判断结果的准确性，还可以同时读取例如单次运动中从运动开始到达到最高成绩所使用的时间等其他数据；
通过检测模块20和数据处理模块30采集用户的实时心率数据和腕力球转速数据；
通过通信模块40将实时心率数据和转速数据发送至移动终端50；
移动终端50对心率数据和转速数据进行作弊判断，包括：若心率数据处于合理运动负荷心率范围内，则数据正常，反之则数据异常，若转速数据小于极限运动成绩，则数据正常，反之则数据异常；
移动终端50记录并显示当前心率数据和转速数据，并将心率数据和转速数据发送至服务器端60，服务器端60通过比对移动终端50发送的历史数据和当前实时数据，进一步确定数据是否存在异常，并将判断结果反馈于移动终端50。
合理运动负荷心率范围的计算方法包括：读取用户的年龄信息n，最大运动心率设为220-n(作为一种本实施例的一种替换，也可以采用220-0.7n来作为最大运动心率的计算公式)，合理运动负荷心率范围则为a*(220-n)～b*(220-n)。其中，a取值范围设为0.8～0.9，b取值范围设为0.6～0.7。
极限运动成绩计算方法包括：从服务器端读取当前用户历史数据中的最高记录值，极限运动成绩设为1.1～1.2倍最高记录值。
还包括通过移动终端通过摄像头录制用户比赛过程的视频，并将比赛过程视频发送至服务器端，若发现存在数据异常，则读取比赛过程视频进行最终核验。
下面我们将引入某次比赛数据对本实施例的防作弊方法中的判定步骤做进一步说明，选手数据如下表所示：
Figure BDA0003144781940000101
移动终端分别读取并验证甲、乙、丙三人的身份信息，读取的用户信息包括姓名、年龄、设备识别号，身份验证方式包括人脸识别或指纹识别，我们得到了上表中的姓名和年龄信息，性别主要用于区分组别，不作为数据验证使用。
移动终端从服务器读取用户的历史最高成绩以及对应的心率数据，即上表中的历史最好成绩和历史最好成绩对应心率，通过检测模块和数据处理模块采集用户的实时心率数据和腕力球转速数据，通过通信模块将实时心率数据和转速数据发送至移动终端，移动终端根据通信模块获得的实时数据生成对应曲线图，并得到上表中的当此比赛最好成绩和当次比赛最好成绩对应心率值。
根据甲、乙、丙三人的年龄和最大心率计算公式，得到甲、乙、丙三人的最大心率分别为：200次/分钟、189次/分钟、168次/分钟；再根据合理运动心率公式得到甲、乙、丙三人各自的合理运动心率范围(本实施例中a取值0.85，b取值0.65，结果取整)：130～170次/分钟、123～161次/分钟、109～143次/分钟；根据甲、乙、丙三人的历史最好成绩将三人的极限运动成绩分别设定为(取1.2倍历史最好成绩)：8160转/分钟、9480转/分钟、7560转/分钟。
对甲、乙、丙三人的当次比赛成绩和心率进行判定，选手甲当次比赛获得最好成绩时的心率为168次/分钟，处于合理运动心率范围130～170次/分钟之间，数据正常；当此比赛最好成绩为7100转/分钟，小于极限运动成绩8160转/分钟，数据正常，因此判断甲的比赛成绩真实有效，没有作弊嫌疑。选手乙当次比赛获得最好成绩时的心率为70次/分钟，不在合理运动心率范围123～161次/分钟之间，数据异常，因此判断甲的比赛成绩存在作弊嫌疑。选手丙当此比赛获得最好成绩时的心率为138次/分钟，处于合理心率范围109～143次/分钟之间，数据正常；当此比赛最好成绩为11000转/分钟，超出极限运动成绩7560转/分钟，数据异常，因此判断丙的比赛成绩存在作弊嫌疑。
本实施例的在线比赛用腕力球***的防作弊方法，根据比赛选手的心率数据和腕力球转速数据对比赛选手的运动成绩做多重判断，同时引入大数据分析比对，能够有效的防止误判，保证比赛成绩的真实有效，保证比赛公平公正。

Claims (10)

1.一种腕力球，包括腕力球本体，所述腕力球本体包括外壳体和旋转体，所述外壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体连接构成一个容置空间，所述旋转***于所述容置空间内，所述旋转体包括球体和轴体，其特征在于，所述下壳体的外侧底面设置为握手面，所述下壳体内侧底面设为安装面，所述安装面上设置有光电检测器，所述光电检测器的发光体朝向所述握手面，所述光电检测器与所述握手面之间设置有光路通道。
2.根据权利要求1所述的腕力球，其特征在于，还包括霍尔传感器和永磁体，所述永磁体设于所述腕力球旋转体的轴体上，所述霍尔传感器设置于腕力球外壳体的内表面与所述永磁体相对应的位置上。
3.根据权利要求1所述的腕力球，其特征在于，还包括霍尔传感器、永磁体和齿轮，所述齿轮套设于所述腕力球旋转体的轴体上，所述齿轮上设置有至少一个齿叶，所述永磁体设置于腕力球的容置空间内与所述齿轮相对应的位置上，所述霍尔传感器设置于永磁体端部且位于所述永磁体和所述齿轮之间。
4.一种在线比赛用腕力球***，其特征在于，包括：
检测模块，所述检测模块包括用于检测人体心率信息的心率检测装置和用于检测腕力球旋转体旋转次数转速检测装置；
数据处理模块，所述数据处理模块与所述检测模块连接，并根据所述检测模块获取的数据信息进行数据处理得到人体心率数据和腕力球转速数据；
通信模块，所述通信模块电连接数据处理模块并通过无线网络连接移动终端，所述通信模块用于数据处理模块与移动终端之间的数据通信；
移动终端，所述移动终端用于对所述人体心率和所述腕力球转速数据进行实时分析、判断、显示和记录；
服务器端，所述服务器端与移动终端网络连接，用于接收、存储移动终端发送的实时数据，并将实时数据与历史数据进行数据比对，以判定实时数据的真实性。
5.根据权利要求4所述的在线比赛用腕力球***，其特征在于，所述移动终端包括输入端和摄像头，所述输入端用于输入用户身份信息，所述摄像头用于验证用户身份信息以及记录用户比赛过程。
6.一种在线比赛用腕力球***的防作弊方法，其特征在于，使用权利要求4或5中所述的在线比赛用腕力球***，包括如下步骤：
所述移动终端读取并验证用户身份信息；
所述移动终端从所述服务器端读取该用户历史最高成绩以及对应的心率数据；
通过所述检测模块和所述数据处理模块采集用户的实时心率数据和腕力球的转速数据；
通过所述通信模块将所述实时心率数据和所述转速数据发送至所述移动终端；
所述移动终端对所述心率数据和所述转速数据进行作弊判断，包括：若所述心率数据处于合理运动负荷心率范围内，则数据正常，反之则数据异常，若所述转速数据小于极限运动成绩，则数据正常，反之则数据异常；
所述移动终端记录并显示当前心率数据和转速数据，并将所述心率数据和所述转速数据发送至服务器端，服务器端通过比对所述移动终端发送的历史数据和当前实时数据，进一步确定数据是否存在异常，并将判断结果反馈于所述移动终端。
7.根据权利要求6所述的在线比赛用腕力球***的防作弊方法，其特征在于，所述合理运动负荷心率范围的计算方法包括：读取用户的年龄信息n，最大运动心率设为220-n，所述合理运动负荷心率范围设为a*(220-n)～b*(220-n)。
8.根据权利要求7所述的在线比赛用腕力球***的防作弊方法，其特征在于，所述a取值范围设为0.8～0.9，所述b取值范围设为0.6～0.7。
9.根据权利要求6所述的在线比赛用腕力球***的防作弊方法，其特征在于，所述极限运动成绩计算方法包括：读取服务器端该用户历史数据中的最高记录值，极限运动成绩设为1.1～1.2倍最高记录值。
10.根据权利要求6所述的在线比赛用腕力球***的防作弊方法，其特征在于，还包括通过所述移动终端的所述摄像头录制用户比赛过程的视频，并将比赛过程视频发送至服务器端，若发现存在数据异常，则读取比赛过程视频进行最终核验。
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