專利名稱：人體運動能量消耗儀的制作方法
技術領域：
本發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，實現健康管理。
背景技術：
1999年世界衛生組織認為健康是一種身體、精神和交往上的完美狀態，不是身體無病。根據這一定義，經過嚴格的統計學統計，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，世界衛生組織稱其為“第三狀態”，即“亞健康”狀態。據統計，現代城市人口中，心血管系統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、進食過多、缺乏運動及生活無規律等已經成為心血管疾病、惡性腫瘤、高血壓、糖尿病、消化系統疾病等慢性、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，預防亞健康，但是如何指導百姓科學有效的參加體育鍛煉還很缺乏。科學參加體育鍛煉不僅可以促進血液循環、提高心肺功能、促進骨骼肌肉的發展，而且還防治疾病培養健康健全的心理以及改善亞健康現狀。中國疾病預防控制中心(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病率，30%的人降低高血壓、糖尿病和腫瘤的發病率。”
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、生理感知、骨骼和視覺等多個系統同時配合的連續過程，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，鍛煉肌肉強健腿足而足部血液暢通又關系到全身氣血暢通，使內臟受到氣血的滋養，新陳代謝加強，全身各個系統生理機能增強。運動量的大小最重要反應在能量消耗上，是為了維持能量總攝入與總消耗的平衡。被稱為“金標準”的雙標水法，其結果適合作為建模所需的真實能量消耗指標的接近值，
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，另一方面是運動現場能量消耗測試的不便，兩者之間的矛盾促使國內外學者研究了多種步行運動的能耗測評方法和實現技術。在早期，人們為了評估和度量運動能量消耗問題，采用計步定量估算的方法。計步器就被人們應用到健康和運動科學中來，計步器的主要應用為計步，而隨著MCU的應用，在計步器的基礎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行能耗記錄，根據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，有研究學者對行軍過程中的能量消耗進行了系統建模，將行進速度、人體重量、負重、行進路線的坡度等行為自變量建立了非線性運動能耗預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，也得到了一定的發展，通過對檢測到的心率數據作線性回歸分析發現，心率與運動能耗具有較好的線性關系，但是心率與表征個體的生理參數、情感因素、環境因素等有關，不被認為能夠準確測量能耗；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上進行有規律的走路或跑步，但研究表明，跑步機上的步態與實地的步態存在顯著差異。

發明內容
為了解決上述技術上問題，研究發現改變步頻是人類運動中調節強度的主要方法，通過國內外的研究成果調研也發現，步頻與速度，步頻與能耗表現出高度相關性，在能耗建模的研究中提出了新的思路結合場地的步頻-速度模型，跑步機的速度-能耗模型，建立能耗模型，建立脂肪消耗量模型，更加符合場地環境的實際情況，測量結果更加精準。本發明提出了一種人體運動能量消耗儀，能夠完成周圍環境溫度的監測，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，與手機進行連接，通過手機傳輸網絡，實現科學運動和維持攝入-消耗能量平衡的健康管理。本發明的技術方案是
人體運動能量消耗儀，主要包括用于監測周圍環境溫度的溫度采集單元、用于監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據采集單元、用于監測人體心率的測量單元、中央處理單元、數據存儲單元、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，人體生理參數輸入和數據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測模型，其特征在于
所述監測周圍環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部的PGA模塊相連接，輸出信號送入ADC處理模塊轉換為數字信號，再經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，對周圍環境溫度的掌控，判定測試環境溫度是否符合測量條件，若符合測試條件，則相應選擇運動能量消耗或是脂肪消耗量評估或是心率監測功能；
所述的用于監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據采集單元，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信息，實現對用戶的運動能量消耗量和脂肪消耗量的數據采集，并存儲于數據存儲單元，所述步頻-能耗和脂肪消
耗量預測模型，分別為指數和對數方程，形式分別為
權利要求
1.人體運動能量消耗儀，主要包括用于監測周圍環境溫度的溫度采集單元、用于監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據采集單元、用于監測人體心率的測量單元、中央處理單元、數據存儲單元、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，人體生理參數輸入和數據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測模型，其特征在于 所述監測周圍環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部的PGA模塊相連接，輸出信號送入ADC處理模塊轉換為數字信號，再經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，對周圍環境溫度的掌控，判定測試環境溫度是否符合測量條件，若符合測試條件，則相應選擇運動能量消耗或是脂肪消耗量評估或是心率監測功能； 所述的用于監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據采集單元，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信息，實現對用戶的運動能量消耗量和脂肪消耗量的數據采集，并存儲于數據存儲單元，所述步頻-能耗和脂肪消耗量預測模型，分別為指數和對數方程，形式分別為
2.根據權利要求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相關接口、數據存儲單元連接； 所述的數據存儲單元，可分別連續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據； 所述顯示及按鍵單元分別與中央處理單元相連，為用戶提供設置與操作友好人機交互界面； 所述USB接口，可實現與計算機相連，可將測量數據上傳至PC端的健康管理平臺數據庫中； 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，包括年齡、身高、體重及性別。
全文摘要
本發明公開了一種人體運動能量消耗儀，主要包括用于監測周圍環境溫度的溫度采集單元、用于監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據采集單元、用于監測人體心率的測量單元、中央處理單元、數據存儲單元、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，人體生理參數輸入和數據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境溫度的監測、運動能量消耗和脂肪消耗量的評估、心率的監測，并且通過USB與PC終端通信或通過近距離無線傳輸NFC功能，與手機進行連接，通過手機傳輸網絡，實現科學運動和維持攝入-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 優先權日2012年12月6日
發明者楊媛如, 賴順德 申請人:可瑞爾科技(揚州)有限公司