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1、 第四届第四届“华创杯华创杯”智能可穿戴开发大赛开发方案参赛组别：软硬件组参赛队伍： 微力 作品名称：运动音乐播放器 一、 概述概述（包括作品设计的目的，规模和目标）近年来人们对健康的关注度越来越高，有越来越多的人都意识到运动的重要性。跑步逐渐成为了大家的一种首选的运动方式。相对应的，针对跑步的智能可穿戴设备也越来越多，受到了人们的喜爱。在跑步中，大多数人喜欢一边跑步一边听歌，激进的音乐可以带给人速度上的激情而柔缓的音乐可以帮助人们放松心情。本作品是一款基于华为手环开发的智能运动音乐播放器，给予每一位运动爱好者最贴心智能的运动听歌体验。目前没有一款专门针对跑步设计的音乐播放器，用户在跑步过程中
2、，如果想要切换音乐就需要用手来操作，这极大地影响了用户体验。它是首个根据运动频率来使用智能推荐算法播放相应节奏歌曲的应用软件，让使用者可以在不同速度的运动场景中听到不同节奏的歌曲，并且可以通过特定的动作控制音乐的播放，完全解放双手，提高了用户体验。除此之外，本款 APP 可以实时推送与运动相关的天气信息，并提供恶劣天气预警功能。在运动的过程中还可能会出现手机丢失的情况，因此本款 APP 还提供了双向防丢的功能，超过一定的距离会报警，极大的提高了安全性，为健康安全运动提供保障。二、 设计背景和需求分析设计背景和需求分析（提供基本的理论依据支持，包括对设计背景、设计原理等内容的介绍。分析具体功能需
3、求。 ）设计背景：运动类的可智能穿戴产品越来越多，跑步成为人们运动中的首选方式，而听歌又是大多数跑步运动爱好者的选择。在跑步过程中，人们往往非常希望听到符合当时心境的歌曲。比如在快速奔跑的过程中，需要有激昂的歌曲鼓舞人心；在逐渐平静下俩需要休息的过程中，需要有比较舒缓宁静的歌曲来放松心情。但是运动的时候如果还要掏出手机来切换歌曲就显得比较麻烦，如果能有一个能够自动检测到运动速度并智能推荐播放相应频率歌曲的软件，一定会让运动体验更加完美。人们不需要很麻烦的拿出手机寻找歌曲播放，而是随着自己奔跑的频率就能够听到相对应的歌曲。而在进行户外运动前，对天气的要求也比较高。如果在出现了不适合户外跑步的雾霾
4、等有害健康的天气或者降雨等天气的情况下，人们可以提前通过 APP 或者手环清晰的看到，这样也会提高整个运动体验。在跑步的过程中，非常有可能出现手机丢失的情况，所以配备手机智能防丢的功能，也是非常重要的。设计原理：智能运动音乐播放器的设计原理基于一下几点：1.采集华为手环内置传感器的运动信息，比如运动状态（跑步还是休息）和运动频率。然后通过蓝牙 4.0 协议与手机通信。2.手机端可以调用 android 自带的蓝牙协议 API 读取手环的运动信息，采用自己设计的智能算法判断用户的运动状态。3.根据用户的特定运动状态，分为几个等级，比如静走，慢跑，中速跑，快跑，加速跑等。4.采用计算智能的进化算法
5、和分类算法，根据运动等级的不同频率，综合判断用户的运动趋势，给用户推荐不同节奏的音乐。5.根据天气情况给用户推送实时的天气信息。6.根据采集的手环和手机的距离，采用算法判断手环是否丢失，超过一定距离，一定时间后，会智能报警。具体功能需求：1.根据用户的运动频率，智能推荐相应的歌曲，极大的提高了用户体验，因为用户带着手环边听歌边跑步的时候，不方便拿出手机切换歌曲，这样随着频率切换歌曲更加人性化，而且加入用户的动作，设定播放状态，比如点头暂停。这样解放双手，使用户在带着手环听歌时，更好的享受跑步和骑车等运动。2.智能的天气推荐是根据天气给用户提供运动的建议和参考，还会有恶劣天气预警，给用户提供更好
6、的运动参考。3.当带着手环运动的时候，可能会发生一些意外，比如手机被盗，当手环和手机超过一定距离后，会发出警报，双向防丢，极大的提高了安全性。三、 设计步骤，方法及实现设计步骤，方法及实现（根据前期的需求分析，进行系统功能模块划分、代码设计。若有小组，写明小组分工情况）1.首先是手机蓝牙接受信息模块的设计，会采用蓝牙 4.0 与华为手环进行通信，调用手环提供的接口，获取用户的运动状态和运动频率，以及手环和手机的距离等信息。2.利用步骤一中获取到的运动状态和运动频率，根据分类算法判断用户的运动等级，利用运动的等级，根据智能算法来推荐本地的音乐进行播放。3.推送策略的设计是对手机本地的音乐的节奏快
7、慢进行分类，使其与相应的运动频率匹配。4.播放状态可以根据用户的动作进行控制。通过手环采集用户的动作信息，判断是否做出了一些动作，比如点头或摇头等，控制播放器的暂停或播放状态，完全解放双手。5.根据用户状态的保持时间，设置一定时间阈值来判断用户的运动状态，比如持续频率加快时间超过 5 秒，认为是在做加速跑。6.恶劣天气预警和空气质量预警，以及相应的提醒。7.防丢功能主要是通过蓝牙 4.0 协议实时获取手环和手机的距离来判断手环或手机是否丢失。蓝牙 4.0 功耗低，在手环和手机的距离超过一定阈值后，会有报警声发出，双向报警。小组分工：李昱霏：负责产品整体功能和界面风格设计以及具体的 UI 交互设
8、计，并且负责团队的项目文档编辑。刘朋/袁乾浩：算法设计和 APP 的编写以及后台服务器的搭建。四、四、 设计结果和调试设计结果和调试按照前面的设计步骤和分工等，软件设计最终呈现效果为Android 端的 APP，包括的功能有智能音乐推荐、天气提醒和手环与手机的双向防丢功能。智能音乐推荐要达成的效果是用户佩戴手环在运动过程中根据运动的频率会自动的切换不同节奏的音乐以适应不同的运动节奏。这里的音乐库支持本地音乐和网络下载。天气提醒的功能需要在 APP 端显示的，也可以让手环显示天气信息。手环防丢是手环与手机超过一定的距离，两个设备要立刻发出警示。调试阶段包括软件设计阶段的功能性的调试和后期软件稳定
9、性和有效性测试。设计阶段的调试要达到的目标有漂亮的软件界面和完备的功能和手机与手环连接的调试。在上述效果基本成型之后会安排具体的人在学校操场野外等地方测试。主要测试软件的稳定性和效果。五、五、 问题和解决方法问题和解决方法（总结作品开发设计过程中出现的问题，给出解决方法。就未解决的难点给出解决想法或方案）遇到的问题有：1. 手环和手机的连接与通信：阅读 Android 的 Bluetooth 包中的蓝牙API ，学习蓝牙连接和通信的过程。2. 音乐的分类：对音乐库中音乐分类的依据很难界定，一首音乐的节奏不好区分。3. 根据不同频率的音乐切换：运动的频率和不同类型音乐的对应关系不容易界定，并且由
10、于在运动过程中，运动的频率会变化比较剧烈，音乐的切换策略难以确定。运动的频率和不同类型音乐的对应需要做大量的测试才能得到比较合适的临界值。采用计算智能相关的遗传算法对音乐的节奏进行学习分析，用支撑向量机的分类算法对不同运动频率进行分类以达到合理的匹配。运动过程中的频率快速变化需要做的调整是在达到一个临界频率之后保持一段时间再切换。4. 天气提醒的展示形式天气信息的展示包括 APP 和手环上的显示。根据手环的特性和功能选择合适的显示方式。六、六、 设计总结设计总结它抓住了用户的一个痛点：跑步时想听到合适节奏的歌曲而切换歌曲不方便。于是我们设计出了能够带给用户很好体验的智能运动音乐播放器这款智能运动音乐播放器是一款从用户的需求出发，考虑了跑步运动中最实用的应用场景，给予用户最智能便捷运动体验的应用软件。
