專利名稱：人體運動能量消耗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體運動測量及健康管理，特別涉及一種人體運動能量消耗儀，通過對人體運動能量消耗和脂肪消耗量的實時測量與量化評估，實現(xiàn)健康管理。
背景技術(shù)：
1999年世界衛(wèi)生組織認(rèn)為健康是一種身體、精神和交往上的完美狀態(tài)，不是身體無病。根據(jù)這一定義，經(jīng)過嚴(yán)格的統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計，真正健康的人僅占5%，患有疾病的人占20%，而70%以上的人群處在健康和患病之間的過度狀態(tài)，世界衛(wèi)生組織稱其為“第三狀態(tài)”，即“亞健康”狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代城市人口中，心血管系統(tǒng)的疾病已高居各病之首，其病因與緊張、焦慮、運動不足、肥胖等有密切關(guān)系。世界各國的研究表明，不良行為和生活方式如吸煙、酗酒、進(jìn)食過多、缺乏運動及生活無規(guī)律等已經(jīng)成為心血管疾病、惡性腫瘤、高血壓、糖尿病、消化系統(tǒng)疾病等慢性、非傳染性疾病的主要`原因之一。雖然，隨著全民健康運動的廣泛開展，許多百姓意識到參加體育鍛煉有助于提高身體素質(zhì)，預(yù)防亞健康，但是如何指導(dǎo)百姓科學(xué)有效的參加體育鍛煉還很缺乏?？茖W(xué)參加體育鍛煉不僅可以促進(jìn)血液循環(huán)、提高心肺功能、促進(jìn)骨骼肌肉的發(fā)展，而且還防治疾病培養(yǎng)健康健全的心理以及改善亞健康現(xiàn)狀。中國疾病預(yù)防控制中心(CDC)的研究證實，從事中等量的身體活動和鍛煉對促進(jìn)健康的作用最明顯，“中等量身體活動是指每天消耗627. SkJ能量或每周消耗4185. 5kJ能量的運動。從事這樣的活動能夠使50%的人明顯降低慢性心臟病的發(fā)病率，30%的人降低高血壓、糖尿病和腫瘤的發(fā)病率?！?br> 而在人們的日常生活中，步行運動是最基本的活動，它是一個由神經(jīng)、生理感知、骨骼和視覺等多個系統(tǒng)同時配合的連續(xù)過程，也是所有運動技巧中最熟練的一種。步行運動之所以能促進(jìn)健康其奧妙在于它是一種和諧的全身運動，它能活動筋骨，鍛煉肌肉強(qiáng)健腿足而足部血液暢通又關(guān)系到全身氣血暢通，使內(nèi)臟受到氣血的滋養(yǎng)，新陳代謝加強(qiáng)，全身各個系統(tǒng)生理機(jī)能增強(qiáng)。運動量的大小最重要反應(yīng)在能量消耗上，是為了維持能量總攝入與總消耗的平衡。被稱為“金標(biāo)準(zhǔn)”的雙標(biāo)水法，其結(jié)果適合作為建模所需的真實能量消耗指標(biāo)的接近值，
但由于2巧B O昂貴，不便獲得，代謝
氣體成分分析法又不適合測試現(xiàn)場測試。一方面是對于運動能量消耗的迫切需求，另一方面是運動現(xiàn)場能量消耗測試的不便，兩者之間的矛盾促使國內(nèi)外學(xué)者研究了多種步行運動的能耗測評方法和實現(xiàn)技術(shù)。在早期，人們?yōu)榱嗽u估和度量運動能量消耗問題，采用計步定量估算的方法。計步器就被人們應(yīng)用到健康和運動科學(xué)中來，計步器的主要應(yīng)用為計步，而隨著MCU的應(yīng)用，在計步器的基礎(chǔ)上增加了運動能耗的評估，但因為計步器的步幅無法很好地確定，所以無法高精度的進(jìn)行能耗記錄，根據(jù)國家體育總局科研所的測定，所得到的精度只能徘徊在60%左右。
近些年，有研究學(xué)者對行軍過程中的能量消耗進(jìn)行了系統(tǒng)建模，將行進(jìn)速度、人體重量、負(fù)重、行進(jìn)路線的坡度等行為自變量建立了非線性運動能耗預(yù)測模型但測試樣本較少；利用心率表征運動能量消耗的研究，也得到了一定的發(fā)展，通過對檢測到的心率數(shù)據(jù)作線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，心率與運動能耗具有較好的線性關(guān)系，但是心率與表征個體的生理參數(shù)、情感因素、環(huán)境因素等有關(guān)，不被認(rèn)為能夠準(zhǔn)確測量能耗；近幾年，基于加速度信息的人體運動能量消耗更是運動能量消耗評估領(lǐng)域最為活躍的研究分支。然而能耗建模研究大多是在跑步機(jī)上進(jìn)行有規(guī)律的走路或跑步，但研究表明，跑步機(jī)上的步態(tài)與實地的步態(tài)存在顯著差異。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)上問題，研究發(fā)現(xiàn)改變步頻是人類運動中調(diào)節(jié)強(qiáng)度的主要方法，通過國內(nèi)外的研究成果調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，步頻與速度，步頻與能耗表現(xiàn)出高度相關(guān)性，在能耗建模的研究中提出了新的思路結(jié)合場地的步頻-速度模型，跑步機(jī)的速度-能耗模型，建立能耗模型，建立脂肪消耗量模型，更加符合場地環(huán)境的實際情況，測量結(jié)果更加精準(zhǔn)。本發(fā)明提出了一種人體運動能量消耗儀，能夠完成周圍環(huán)境溫度的監(jiān)測，運動能量消耗和脂肪消耗量的評估，運動過程中心率的監(jiān)測、并且通過USB與PC中端通信或通過近距離無線傳輸NFC功能，與手機(jī)進(jìn)行連接，通過手機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)科學(xué)運動和維持?jǐn)z入-消耗能量平衡的健康管理。本發(fā)明的技術(shù)方案是
人體運動能量消耗儀，主要包括用于監(jiān)測周圍環(huán)境溫度的溫度采集單元、用于監(jiān)測人體運動能量消耗和脂肪消耗量的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集單元、用于監(jiān)測人體心率的測量單元、中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、顯示及按鍵單元、USB接口與電源單元,近距離無線通信單元NFC，人體生理參數(shù)輸入和數(shù)據(jù)處理及分析軟件裝載于中央處理單元，分析軟件中配備有步頻-能耗和脂肪消耗量預(yù)測模型，其特征在于
所述監(jiān)測周圍環(huán)境溫度的溫度采集單元，包括溫度傳感器，溫度傳感器與中央處理單元內(nèi)部的PGA模塊相連接，輸出信號送入ADC處理模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)中央處理單元運算后顯示于顯示單元，用于在使用者使用之前，對周圍環(huán)境溫度的掌控，判定測試環(huán)境溫度是否符合測量條件，若符合測試條件，則相應(yīng)選擇運動能量消耗或是脂肪消耗量評估或是心率監(jiān)測功能；
所述的用于監(jiān)測人體運動能量消耗和脂肪消耗量的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集單元，與中央處理單元相連接，通過按鍵輸入單元輸入用戶生理參數(shù)信息，實現(xiàn)對用戶的運動能量消耗量和脂肪消耗量的數(shù)據(jù)采集，并存儲于數(shù)據(jù)存儲單元，所述步頻-能耗和脂肪消
耗量預(yù)測模型，分別為指數(shù)和對數(shù)方程，形式分別為
權(quán)利要求
1.人體運動能量消耗儀，主要包括用于監(jiān)測周圍環(huán)境溫度的溫度采集單元、用于監(jiān)測人體運動能量消耗和脂肪消耗量的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集單元、用于監(jiān)測人體心率的測量單元、中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、顯示及按鍵單元、USB接口與電源單元,近距離無線通信單元NFC，人體生理參數(shù)輸入和數(shù)據(jù)處理及分析軟件裝載于中央處理單元，分析軟件中配備有步頻-能耗和脂肪消耗量預(yù)測模型，其特征在于 所述監(jiān)測周圍環(huán)境溫度的溫度采集單元，包括溫度傳感器，溫度傳感器與中央處理單元內(nèi)部的PGA模塊相連接，輸出信號送入ADC處理模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)中央處理單元運算后顯示于顯示單元，用于在使用者使用之前，對周圍環(huán)境溫度的掌控，判定測試環(huán)境溫度是否符合測量條件，若符合測試條件，則相應(yīng)選擇運動能量消耗或是脂肪消耗量評估或是心率監(jiān)測功能； 所述的用于監(jiān)測人體運動能量消耗和脂肪消耗量的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集單元，與中央處理單元相連接，通過按鍵輸入單元輸入用戶生理參數(shù)信息，實現(xiàn)對用戶的運動能量消耗量和脂肪消耗量的數(shù)據(jù)采集，并存儲于數(shù)據(jù)存儲單元，所述步頻-能耗和脂肪消耗量預(yù)測模型，分別為指數(shù)和對數(shù)方程，形式分別為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運動能量消耗儀，其特征在于 所述的中央處理單元包括電源處理模塊、ADC處理模塊、時鐘模塊、低電壓偵測模塊，并與顯示單元、NFC單元、USB相關(guān)接口、數(shù)據(jù)存儲單元連接； 所述的數(shù)據(jù)存儲單元，可分別連續(xù)存儲多筆三軸加速度傳感器采集的加速度信息與人體心率測量數(shù)據(jù)； 所述顯示及按鍵單元分別與中央處理單元相連，為用戶提供設(shè)置與操作友好人機(jī)交互界面； 所述USB接口，可實現(xiàn)與計算機(jī)相連，可將測量數(shù)據(jù)上傳至PC端的健康管理平臺數(shù)據(jù)庫中； 所 述電源單元，提供電源給人體運動能量消耗儀； 所述的人體生理參數(shù)，包括年齡、身高、體重及性別。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人體運動能量消耗儀，主要包括用于監(jiān)測周圍環(huán)境溫度的溫度采集單元、用于監(jiān)測人體運動能量消耗和脂肪消耗量的三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集單元、用于監(jiān)測人體心率的測量單元、中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、顯示及按鍵單元、USB接口與電源單元，近距離無線通信單元NFC，人體生理參數(shù)輸入和數(shù)據(jù)處理及分析軟件裝載于中央處理單元，分析軟件中配備有步頻-能耗和脂肪消耗量預(yù)測模型。人體運動能量消耗儀能夠完成運動過程中對周圍環(huán)境溫度的監(jiān)測、運動能量消耗和脂肪消耗量的評估、心率的監(jiān)測，并且通過USB與PC終端通信或通過近距離無線傳輸NFC功能，與手機(jī)進(jìn)行連接，通過手機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)科學(xué)運動和維持?jǐn)z入-消耗能量平衡的健康管理。
文檔編號A61B5/22GK103027696SQ20121051621
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者楊媛如, 賴順德 申請人:可瑞爾科技(揚州)有限公司