用MATLAB和Arduino破解你自己的私人健身教练

发布的坦尼娅Kuruvilla，2022年8月29日

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            今天加入我们的是
            安东尼Sharonov
            ， Anthony最近获得了MATLAB的最佳使用奖
            Hack3
            世界上最大的高中生黑客马拉松!往下读，了解安东尼的方法可以帮助你改善你的锻炼形式!交给你了，安东尼……
           

            大家好!我是安东尼Sharonov我的父母移民到美国后，我出生在费城。从那里我们搬到了康涅狄格州，在那里我第一次对工程学产生了兴趣。我的中学有一门课，让我可以探索自己的兴趣，我们为科学展览做项目。现在，我每天的大部分时间要么是摆弄电子产品，要么是打网球和网络游戏，要么就是和朋友们出去玩。我也是一个摇滚迷，更确切地说，我是枪花乐队、电光乐团、奥兹·奥斯本和史蒂夫·米勒乐队的粉丝。

灵感：

            看电影长大的2001太空漫游，千钧一发,黑镜子我想创造一些我能在这些电影中看到的东西。当然，我不能创造一个飞行的机器或其他东西，我想做一些你可以在过场动画中找到的东西。这些电影中的过场动画通常涉及主角的训练或锻炼。从那时起，我开始思考未来我将在健身房看到的东西。

分解问题：

            随着疫情的蔓延，许多人不得不开始在家工作。这导致了在家锻炼的热潮，因为这些人不舒服/无法进入公共健身房。这导致了许多新手和没有经验的人拿着哑铃。我就是其中之一，我养成了一个不正确的姿势的坏习惯，只有在回到公共健身房的时候我才会改正。所以，我决定创建BreakBE来帮助解决这个常见的问题。这可以在科幻电影中看到，未来的设备帮助人们锻炼。

我是如何实现它的?：

            BreakBE是一款使用Arduino UNO和加速计(MPU6050)来跟踪哑铃在二头肌弯曲时的加速度的设备。然后将原始数据发送到MATLAB脚本中进行清理和绘制。加速度计只能检测到x和y方向上的相对位置(参见“我遇到的挑战”)。当一个人做了正确的二头肌卷曲时，x和y方向的加速度都很小，因此位置不会有太大的变化。然而，糟糕的姿势是一个人用动量举起重物。为了产生这个动量，这个人必须在y方向大力加速。因此，MATLAB脚本从加速度计绘制(x,y)，并在y方向的位置超过阈值时停止记录。

            安装在MPU6050上的哑铃连接Arduino Uno
           

            硬件连接示意图
           

            首先，需要收集MPU6050的数据。我用了电子猫图书馆示例，它允许我从传感器收集原始数据，并通过串行监视器提交它，正如在mpu中看到的。ino (Arduino)文件(完整的程序可以在我的github库)：

              并同时gx);并同时“t \”）;
             

              并同时”、“）;
             

              并同时(gy);以“t \”）;
             

            一旦设备向串行监视器提交数据，我们在MATLAB脚本中收集数据:

              S = serialport(“COM7”, 115200);
             

              fopen (s);
             

              A = fscanf(s);
             

              b = convertCharsToStrings(a);
             

              B = regexprep(B，“\ s +”，”）;%删除空格
             

              x = extractBefore(b，”、“）;%在逗号前创建字符串x数据，因为原始数据的格式是(x,y)
             

              y = extractAfter(b，”、“）;%在逗号后面创建y数据字符串，因为原始数据的格式是(x,y)
             

              X = str2double(X);
             

              Y = str2double(Y);
             

            之后，我们将数据绘制为散点图，并用一条水平线表示阈值

              散射(datax datay);
             

              线(datax datay);
             

              yline (5“r”）;%恒定水平线显示阈值
             

              %停止并显示错误格式的文本时，y超过5(如下)
             

              如果Yinters > 0
             

              文本((max (datax) -100), (max (datay) -0.5),“坏形式! !”）;
             

              返回；
             

              结束
             

              检测到%阈值
             

              如果Y > 5
             

              Yinters = datay(datay==y);
             

              Xinters = datax(datay==y);
             

              disp (yinters);
             

              结束
             

结果：

            良好的形式——数据点反弹，但仍然低于虚线表示的y = 5阈值
           

            糟糕的形式——数据点四处反弹，然后在虚线表示的y = 5阈值以上飙升
           

为什么我要用MATLAB?：

            我第一次使用MATLAB是在两年前的一个研究项目中。我发现MATLAB在模拟那个项目的物理结构方面非常出色，可以轻松地操作数组和矩阵。在线版本让我可以轻松地在不同的电脑上工作，而不用麻烦地移动文件。代码本身非常紧凑，这是我个人非常喜欢的。对于这个项目，我想利用MATLAB的良好的绘图软件。如果我知道我想让我的情节看起来像什么，我就能实现它。与其他语言相比，该文档非常易读，因此绘图甚至更容易!

我遇到的主要收获和挑战:

            问题1-我原本完全没有理解MPU6050是如何工作的。最初，我认为它能够记录位置，就像如果我把设备放在一个点上，它就可以不断地给出设备相对于起点的位置。然而，这是行不通的。来自设备的(x,y)数据给出了相对于加速度的位置。如果我保持它不动，然后移动它，它会从起始点得到(x,y)但一旦它再次变为静止，数据就回到(0,0)。所以，我必须随机应变，当加速度在y方向上变得太大时，我要检测。

            问题2-我原本想用ESP32无线数据传输到电脑，这样我就不受电线距离的限制了。然而，我的ESP32坏了，输出的电压只有0.8V，不能为MPU6050供电。

            总的来说，这个项目对于周末的黑客马拉松来说是很有趣的。很多方面都可以改进，比如让它无线化。此外，最好开发一个公式来确定用户判断不良形式的阈值。通过反复测试，我得到y = 5，但肯定有一种方法可以根据身高/臂长来确定。最后，如果有更好的用户界面和更多的锻炼，而不仅仅是二头肌卷曲，那就太好了。

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