用MATLAB和Arduino开发自己的私人健身教练

저자坦尼娅Kuruvilla，2022年8月29日

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            今天参加我们节目的是
            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!继续阅读，了解安东尼的技巧如何帮助你改善你的锻炼方式!轮到你了，安东尼……
           

            大家好!我是安东尼Sharonov我父母移民到美国后，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感兴趣。我的中学有一个班级，允许我探索我的兴趣，在那里我们为科学展览做项目。我现在大部分时间都在摆弄电子产品，打网球和网络游戏，或者只是和朋友出去玩。我也是一个摇滚迷，更确切地说，是枪与玫瑰乐队、电光管弦乐队、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。现在，当然我不能创造一个飞行器或其他东西，我想做一些你可以在过场动画中找到的东西。这些电影的过场动画经常涉及主角的训练或锻炼。从那时起，我开始思考未来健身房会发生什么。

分解问题：

            由于新冠肺炎疫情，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带着哑铃。我就是其中之一，我养成了不正确的姿势的坏习惯，只有当我回到公共健身房时才会改正。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和加速度计(MPU6050)来跟踪哑铃在二头肌弯曲过程中的加速度的设备。然后将原始数据发送到MATLAB脚本进行清理和绘制。加速度计只能检测x和y方向上的相对位置(见“我遇到的挑战”)。当一个人正确地做二头肌弯曲时，x和y方向上的加速度都很小，因此位置不会有太大变化。然而，糟糕的姿势是一个人用动量来举起重物。为了产生这个动量，这个人必须在y方向上大力加速。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。

            哑铃安装在MPU6050上，并连接到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，允许我从传感器收集原始数据，并通过mpu中所见的串行监视器提交。Arduino (Arduino)文件(完整程序可以在我的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，我们就在MATLAB脚本中收集数据:

              S =串口(“COM7”, 115200);
             

              fopen (s);
             

              A = fscanf(s);
             

              b = convertCharsToStrings(a);
             

              B = regexp (B，“\ s +”，”）;%移除空格
             

              x = extractBefore(b，”、“）;%在逗号前创建x数据字符串，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);
             

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

              散射(datax datay);
             

              线(datax datay);
             

              yline (5“r”）;%常数水平线显示阈值
             

              %当y经过5时停止并显示错误格式文本(如下所示)
             

              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——数据点不断反弹，但仍然低于虚线表示的y = 5阈值
           

            糟糕的格式——数据点反弹，然后在虚线表示的y = 5阈值之上飙升
           

为什么要用MATLAB呢?：

            两年前，我在一个研究项目中第一次使用MATLAB。我发现MATLAB在模拟该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，而不用麻烦地四处移动文件。代码本身非常紧凑，我个人非常喜欢。在这个项目中，我想利用MATLAB的绘图软件。如果我知道我想让我的情节看起来是什么样子，我就能做到。与其他语言相比，文档可读性很强，所以绘图更容易!

我遇到的主要收获和挑战:

            问题1-我原本完全不理解MPU6050是如何工作的。最初，我认为它可以记录位置，就像如果我把设备放在一个地方，那么它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，它就会从那个起点得到(x,y)但一旦它再次静止，数据就会回到(0,0)所以，当加速度在y方向上变得太大时，我必须随机应变并检测。

            问题2-我最初想使用ESP32，用于无线数据传输到计算机，这样我就不会受到电线距离的限制。然而，我的ESP32坏了，输出的电压只有0.8V，无法为MPU6050供电。

            总的来说，这个项目对于周末黑客马拉松来说很有趣。很多东西都可以改进，比如无线化。此外，最好开发一个公式来确定用户判断不良形式的阈值。我通过反复测试得到y = 5，但肯定有一种方法可以根据身高/臂长来确定它。最后，如果有更好的用户界面和更多的锻炼，而不仅仅是二头肌弯曲，那就太好了。

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