[实用新型]一种基于传感器技术的健康运动指导装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及个性化健康运动指导技术领域，具体的说是一种基于传感器技术的健康运动指导装置。

背景技术

过分溺爱的培养方式以及不良的生活习惯使得我国肥胖人数不断增加，特别是处于青春期的大学生身体素质和健康水平尤令人担忧。大学生阳光运动提倡的体育锻炼习惯和健康生活方式，要求“每天锻炼一小时”，但由于缺乏监督和个性化的科学指导，无法保证足够的运动量，难以达到“达标争优、强健体魄”的目标，特别是肥胖大学生的身心健康受到极大影响。

针对大学生个体的体育运动，根据心率和三维加速度变化进行运动类型分类与能耗计算，为阳光运动提供科学的指导和监督，特别是个性化的糖代谢与脂肪代谢的健康运动。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于传感器技术的健康运动指导装置，该装置能够有效实现体育运动的能耗分类管理，以及个性化健康运动的指导。

本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的：一种基于传感器技术的健康运动指导装置，该装置分为腰部佩戴单元和腕部佩戴单元两部分，其中腰部佩戴单元由三维加速度传感器、微处理器、蓝牙通信模块、锂电池与USB充电模块组成，所述微处理器分别与三维加速度传感器、蓝牙通信模块相连，锂电池分别与三维加速度传感器、微处理器、蓝牙通信模块相连供电；腕部佩戴单元由脉搏传感器、体温传感器、微处理器、蓝牙通信模块、数据存储器、液晶显示模块、锂电池与USB充电模块，所述微处理器分别与脉搏传感器、体温传感器、蓝牙通信模块、数据存储器、液晶显示模块相连，锂电池分别与微处理器、脉搏传感器、体温传感器、蓝牙通信模块、数据存储器、液晶显示模块相连供电。

在上述技术方案中，所述腕部佩戴单元内置有MP3播放器和GPS模块。

在上述技术方案中，所述腕部佩戴单元通过蓝牙通信模块与外部智能终端无线连接。

在上述技术方案中，该装置的微处理器为低功耗MSP430F4270，数据存储器为SST25VF016B，容量为16MBit。

在上述技术方案中，腕部佩戴单元的微处理器通过脉搏传感器、体温传感器采集人体运动心率变化和体温，通过蓝牙通信模块接收腰部佩戴的三维加速度传感器数据，并通过蓝牙通信模块将运动能耗与生理参数等传递给智能终端，进一步分析和存储。

本实用新型装置的工作原理如下。

1.根据三维加速度的变化识别运动类型，其方法为

腰部佩戴单元的微处理器采集三维加速度传感器，可以获得三轴方向输出的加速度信号，通过滤波获得人体的运动加速度信号（ 、、）。计算其几何平均GM作为特征值

                                    （1）

根据实测，GM的大小可以较好识别上楼、下楼、站立、步行、跳动、跑步等不同运动类别。当GM<0.05时，人体处于站立状态；当0.05g<GM<0.4g时，人体处于步行状态；当0.4g<GM<0.6g时，人体处于上楼梯状态；当0.6g<GM<0.9g时，人体处于下楼梯状态；当0.9g<GM<1.6g时，人体处于10km/h的跑步状态；当1.6g<GM<2.5g时，人体处于上下跳动的状态。

2.运动能耗与三维加速度为线性关系，其运算方法为

     （2）

式中，能耗单位为kcal，为运动参数，为运动加速度，W为体重。

在生理上，耗氧量反映了运动强度，在保持一定的运动强度条件下，脂肪才参与代谢，达到减肥效果。人体最大摄氧量为

       （3）

式中，男性为1，女性为0，BMI为体质系数，为估计储备心率（最大心率减去基础心率），W为体重。

根据灰色理论研究和实验数据表明，以中等强度运动（45%～65%），可以达到最佳的运动减肥效果。在此运动过程中，脂肪代谢的比率随时间变化的规律为先快后慢，例如运动约30分钟时，脂肪代谢比率接近50%，随后代谢比逐渐变缓，最终最大比率达到85%～90%左右。由于以摄氧量的大小判别运动强度存在不可操作性，但运动过程中，心率的大小可反映脂肪代谢比率的大小。通常，最大安全心率与年龄相关，一般为 。在安全心率范围内，脂肪代谢的最佳心率范围为：最大运动心率为，最小运动心率为，当运动心率在该范围内，且维持30-45分钟，能耗高达60%为脂肪代谢，40%为糖类代谢。