运动监测论文

2024-07-10

运动监测论文（共9篇）

运动监测论文篇1

摘要：当前世界女子冰球运动发展的显著特征是比赛节奏加快, 运动员在训练和比赛时, 若运动量过大、持续时间过长, 由于在运动免疫抑制机制中起关键作用的丘脑-垂体-肾上腺皮质轴 (HPA轴) 的激活程度过大, 激活时间过长, 身体动员程度过强, 就会对运动员身体造成严重危害。这时, 免疫功能降低实质上是作为机体无法再继续工作的“信号”, 提示机体应该适时终止运动。由此可见, 对运动员进行免疫机能监测, 及时捕捉到机体免疫机能降低的“信号”调整运动负荷, 是非常必要的。以我国国家女子冰球队为研究对象, 为其建立训练监测制度, 使教练员及时获得运动员健康状况、身体素质、身体机能以及训练和比赛活动效率等方面信息, 从而对训练过程施加控制。

关键词：女子冰球运动,监测体系,评价

女子冰球运动诞生于19世纪末, 第二次世界大战前, 由于传统观念的影响, 发展十分缓慢。当今世界女子冰球运动发展的显著特征是比赛节奏加快, 身体阻截日趋频繁, 从而对训练过程的管理和训练效率的提高提出了更高的要求。实践证明, 建立训练监测制度, 能使教练员及时获得运动员健康状况、身体素质、身体机能以及训练和比赛活动效率等方面信息, 从而对训练过程施加控制。

1 女子冰球运动训练监测体系的结构与内容

在现代竞技运动中, 要想取得理想的成绩, 达到预期的训练目标, 必须对训练过程施加控制。冰球运动训练监测体系由训练水平检测、比赛活动监测和训练活动监测三个方面组成, 包括运动员健康状况评价、身体素质和技能状态评价、技战术训练水平评价、训练和比赛负荷评价以及训练和比赛活动效率评价。

2004/2005赛季, 课题组根据女子冰球运动训练监测体系内容和2004/2005赛季比赛活动日程, 对国家女子冰球队的训练实施了监测, 制定了年周期训练监测计划。该计划包括健康状况诊断、身体机能诊断、技战术和身体训练水平评价、训练负荷评价以及比赛效率评价6个方面, 从而建立起了我国女子冰球训练监测体系, 为教练员控制训练过程, 修正训练计划 (包括训练内容、各类别训练比例以及负荷量和负荷强度等) , 提供了必要的客观依据。

2 女子冰球运动训练监测的方法与评价标准

根据诊断的连续性和阶段性, 我们将健康状况评价分为阶段检查、日常检查和随机检查三种形式。阶段检查的目的主要是通过医学临床诊断, 对运动员的健康状况和机能状态做出评价, 时间安排在准备期一般准备阶段开始、专项准备阶段和年周期训练结束。诊断内容包括X光胸透、尿常规和血常规、肝功、心电、脑电、最大吸氧量等。检查由专科医生进行。日常检查是在一次或者一系列训练课后, 通过队医对运动员负荷的反应、恢复及健康状况进行评价。随机检查则是在训练中完成一次或者一系列练习之后进行, 这种检查能使教练员及时、快速地掌握运动员负荷过程中机体各系统的变化。

2.1 身体素质评价主要采用测试法

冰球运动员专项身体素质是建立在一般身体素质的基础上, 一般身体素质发展不高, 专项身体素质也很难达到高水平。身体素质评价包括一般身体素质和专项身体素质两部分。为评价一般身体素质, 采用了8项测试:陆地30米跑 (速度素质) 、综合测验 (灵敏素质) 、三级跳 (下肢速度力量) 、负重深蹲起 (下肢绝对力量) 、卧推 (上肢绝对力量) 、引体向上 (上肢相对力量和力量耐力) 以及12 min跑 (一般耐力) 。专项身体素质测试内容有:原地起动30米滑行 (专项速度和速度力量) 、原地起动54 m滑行和折线滑行 (专项速度耐力) 以及围绕球门“8”字滑行 (专项耐力) 。

实践证明, 建立身体素质测试制度, 不仅能为教练员提供必要的信息, 及时掌握运动员身体训练水平, 对身体素质的发展做出正确的评价, 而且可以激励运动员训练的积极性。国家女子冰球队2004/2005赛季一般身体素质测试评价。

2.2 技战术训练水平评价主要通过教育观察法

为避免观察过程中的主观因素, 我们对每一项观察指标都制定了操作定义, 以避免评价人在概念理解上的差异。根据优秀运动队的特点, 我们采用了等级评价法, 即将运动员完成的技战术行动, 依据效率划分为完成并制造有利时机、完成但没有制造有利时机、没有完成但没有造成严重失误、没有完成并造成严重失误4个等级。然后将观察所得综合出数据, 通过计算求出技战术行动量、密度、质量、不足以及效率系数等指标积分。技战术行动量是在一场比赛中完成技战术行动的数量, 密度是在1分钟时间内完成技战术行动的数量, 质量为正、负总分间的分差, 不足则是通过总负分评价技战术存在的缺陷, 效率系数是利用正分相加除以正负分总和所得商数评价行动效率。

实践证明, 这种评价方法比传统的两级评价法更为客观, 可以为教练员提供大量的技战术训练信息, 特别是通过积分指标的分析可以评价出每一名运动员或队每一项技战术行动的水平, 如射门、传球、接球、运球和运球过人以及抢球、阻截等。表3是个人技战术行动评价标准。

2.3 训练活动监测是以评价训练负荷和训练活动效率为基础

训练负荷评价主要是根据负荷量和负荷强度, 包括训练日数、训练课次数、日平均训练时数以及训练的紧张程度 (单位时间内完成技战术行动的数量和速度等) 。训练负荷的大小决定于量的数量指标 (小时、分钟、公里、公斤等等) 和强度 (心律次/分钟) 。为了更有效和更客观地评价负荷的大小, 按照训练的平均心律和时间, 建立了等级评价法, 将负荷强度根据心率划分8个等级, 强度等级乘以负荷量 (分钟) 为总负荷分, 根据总负荷分即可评价出最大负荷、次大负荷、大负荷、中等负荷或小负荷。

比赛活动监测是以评价比赛负荷和比赛活动有效性为基础。比赛负荷决定于比赛的数量。资料显示, 加拿大、美国、芬兰、德国、瑞典等国家优秀女子冰球运动员每年约进行50~60场比赛, 其中全国性比赛20~25场, 检查赛和友谊赛18~20场, 国际比赛14~18场。比赛负荷量的评定从赛前准备活动到比赛结束一般按3 h计算。优秀女子冰球队年周期训练比赛负荷量应保持180 h, 最少不低于150 h。

比赛活动效率评价同技战术评价一样, 主要采用观察法。评价的内容包括进攻总数、有效进攻数、编队进攻数、编队进攻有效数、快攻数、快攻有效数、阵地攻数、阵地攻有效数、有效进攻率、有效防守率以及射门次数和有效射门数等。

冰球是一项受多种因素影响的运动项目。随着训练和比赛的强度及密度的不断加大, 加强对训练过程的管理具有十分重要的意义。女子冰球运动员训练监测体系由健康状况评价、身体素质和技能状态评价、技战术训练水平评价、训练和比赛负荷评价以及训练和比赛活动效率评价8个部分组成。实践证明, 该体系的实施, 为实现我国女子冰球运动的科学训练提供了保证。

运动监测论文篇2

心脏康复涉及的技术包括康复评估技术、监测技术、运动训练技术、认知训练、行为疗法以及健康教育技术等。由于运动训练是心脏康复的核心手段，因此国内外在该方面的研究和进展较多。

体力活动水平评估

体力活动包括了日常生活活动、工作活动以及体育运动活动三方面，体力活动水平评估是心血管疾病一级预防和二级预防的重要组成部分。评估方法以量表法为主。

随着智能手机的普及、运动相关应用（APP）的大众接受度增加、可穿戴设备的使用，体力活动水平评估有了新的方法。

乳酸技术

乳酸是无氧糖酵解过程中的产物，对乳酸的监测有助于精确了解运动强度，是帮助心血管疾病患者安全开展运动训练的有力工具。乳酸技术的使用将帮助重症患者，尤其是慢性心力衰竭患者，获得适当、安全和有效的运动训练干预。

可穿戴设备

目前市场上可穿戴设备的选择很多，评估心脏康复患者应用此类设备进行远程监测的最佳方法及其有效性的研究也越来越多。

六分钟步行试验

六分钟步行试验虽然是传统古老的心肺功能评估技术，但在临床上并未得到充分重视。经过与其他监测设施的结合，六分钟步行试验可提供除步行距离之外的其他监测数据，如心率、血压、心电图、摄氧量、氧饱和度等，多种数据的提供使得六分钟步行试验有益于心脏康复评估、患者日常活动指导、患者运动训练方案制定、治疗效果评估和比较等诸多方面。

高强度间歇运动

近年来关于高强度间歇运动（HIIT）的研究进展迅速，起初应用于运动员训练的HIIT由于具备独特的优势，在心脏康复领域也逐渐得到广泛应用。

已有研究表明，HIIT在心血管危险因素控制方面具有显著效果，包括减重、体重控制和改善体成分、改善糖代谢、改善脂代谢、降低血压，同时对心血管患者的功能改善也非常显著，能提高患者最大摄氧量、提高亚极量运动能力、改善患者生活质量。HIIT费时较少、依从率高，同时也能安全用于慢性心力衰竭患者，因此是目前较受关注的运动训练方式。

水中运动

水中运动应用于心脏康复也是目前的研究热点。由于水中运动的特点，尤其适合合并下肢关节疾病、肢体运动障碍、肌肉和关节疼痛的患者。但水中运动能安全用于心脏病患者吗？安全有效应用水中运动方案的要点在哪里？本论坛将进行具体介绍。

呼吸肌力训练

呼吸肌力训练长期不被重视，但是呼吸系统的正常通气功能是进行运动训练的基础，尤其是重症患者以及慢性心力衰竭患者。运动时的气促常常是限制患者运动的主要原因。如何帮助患者安全度过极低运动即导致气促的时期，以过渡到常规运动训练？呼吸肌力训练是一个最佳选择。呼吸肌力训练可以非常安全地在重症患者中实施，对改善患者的通气有明显效果。

呼吸肌力训练包括传统的徒手训练以及采用呼吸训练器进行的训练。本刊将在以后的内容中介绍呼吸肌力训练在慢性心力衰竭患者中的应用机理，相关临床研究，实施的具体方法等。

体外反搏

体外反搏技术在心脏康复中的应用近年来逐渐被提倡，一方面因为体外反搏对改善冠心病患者的预后效果明确，另一方面，体外反搏作为一种“非运动的运动”方式，除了对接受运动训练的心脏病患者有一定好处，还可用于不能进行运动训练的患者，例如急性冠脉综合征、体力活动能力低下合并肢体运动障碍患者、严重关节肌肉疾病患者、骨质疏松患者、血糖控制不佳患者等。体外反搏在心脏康复中的应用将使更多患者从心脏康复中获益。

除了以上关于心脏康复评估监测和运动训练的报告，该论坛还将带来大数据时代的心脏康复和康复技术临床应用的专题报告。

虽然有充分证据证明心脏康复可以改善预后，但因为医疗保险、专科医生和患者认可度、安全性确认程度、交通便利程度、患者心理状态等诸多因素，在实际临床工作中的患者参与率仍较低。

随着医疗的信息化发展，大数据分析将有助于政策决策、个体化方案设置、患者远程监测、临床数据分析、健康生活方式培养、二级预防措施实施等诸多方面，这给心脏康复带来了发展契机。

临床应用方面，有关无运动禁忌证的经皮冠状动脉介入术（PCI）后患者和慢性心力衰竭患者从心脏康复中的获益已经有大量的临床证据。但目前心脏康复在临床上仍未得到重视。本论坛将就PCI术后患者的评估和康复进行具体介绍，在慢性心力衰竭方面主要强调精确的运动量控制，以使得运动训练得以安全实施。

来源：中国医学论坛报

运动监测论文篇3

1系统架构及工作信息流

1.1系统架构

基于智能传感的车轮运动状态监测系统架构如图1[7]所示。车轮运动状态监测系统主要由中央控制模块、4个车轮智能传感节点组成。其中,中央控制模块主要由带Zigbee协议通信功能的JN5139中央处理器、串口通信模块、人机交互模块、电源管理模块等组成,它通过Zigbee无线通信方式分别与4个车轮智能传感单元建立通信联系,对4个车轮传感信息进行集成与处理;车轮智能传感节点由JN5139微处理器、加速度传感元件、温度传感元件、信号调理电路、电源等部分组成,负责车轮三维加速度信息的获取与预处理,并通过无线通信方式把传感数据控制给中央控制模块。

1.2工作信息流

车轮运动状态监测系统在结构上分为两层:信息感知获取层、信息集成与处理层。信息感知层包括4个车轮智能传感节点,它们安装在每个车轮上,获取车轮运动状态相关加速度信息;信息集成与处理层包括中央控制模块和上位机,安装在车身内,负责整个系统的协调工作和数据处理。图2为描述整个监测系统运行状态的系统工作信息流。

中央控制模块信息流包括:4个车轮加速度传感信息(Iax,Iay,Iaz)、控制信号(Octl)。4个车轮节点信息流包括:三轴加速度传感信息(Oax,Oay,Oaz)、温度信息(OT),中央控制模块控制信号(Ictl)。中央控制模块通过Zigbee无线通信协议接收来自车轮智能传感节点的加速度信号输入(Iax,Iay,Iaz),向车轮智能传感节点发送控制命令Octl。车轮智能传感节点通过无线方式向中央控制模块发送三轴加速度信息(Oax,Oay,Oaz)、温度信息(OT),接收来自中央模块的控制信号(Ictl)。

2 系统功能实现

2.1信息感知电路设计

考虑车轮运动时径向加速度值很大(100 km/h的车速,径向加速度约100 g),车轮节点微惯性测量组合采用一个高g加速度传感器MMA1200D(量程±250 g)和一个双轴加速度传感器ADXL323(量程±3 g)。由于加速度传感器MMA1200D和ADXL323均是模拟电压信号输出,为减少输出信号中高频噪声,拟对输出模拟信号进行低通滤波;ST1、ST2为自测输入端口,当ST接逻辑高电平时传感器进行自检。图3为传感信息感知接口电路图。

2.2运行机制设计

图4为系统工作框图。中央模块上电后,系统初始化CAN总线、无线网络参数、串口、液晶显示屏、时钟等。初始化完成后,中央控制模块一方面发起无线网络,等待车轮无线节点加入,直到4个车轮无线节点全部加入中央控制模块发起的PAN。车轮节点全部接上中央控制模块后,中央控制模块发送起始命令。节点确认后开始接收车身和车轮智能传感节点数据,并存入缓存,进行计算处理。

车轮智能传感节点上电后进行定时器、状态指示灯、AD转换初始化。然后配置网络参数,设置个人局域网(Personal Area Network,PAN) ID和设备短地址,进行能量扫描,检测是否存在主机(协调器)发起的匹配的PAN,如果不存在匹配的网络,则继续能量扫描,当错误计数器增加到128时,则返回错误状态,如果存在匹配的网络,则加入,等待协调器分配网络参数,一旦接收到协调器发送的起始命令,则进入传感器数据采集,对这些数据进行预处理后,移至数据缓存器,发送数据,最多128次尝试数据发送不成功,则返回错误状态。

3 试验系统安装测试

车轮智能传感节点要求小型化和便于安装,除此以外,由于三轴加速度测量组合是用单轴加速度传感器和双轴加速度传感器组合测量,需要尽量保证三个加速度敏感轴汇交于一点。在实际设计中,双轴加速度传感器和单轴加速度传感器分别位于电路板的两面,并且中心重合,从而使得三个加速度敏感轴汇交与一点。图5为本文笔者所设计制作的车轮智能传感试验节点实物照片。

车轮节点必须安装在车轮上,受目前试验条件限制,尚不能把车轮智能传感器安装在轮胎内部,只能采用外部固定的方法来测量。在实验中,笔者设计了三角活动抓盘来固定车轮智能传感节点(见图6)。

图7为车轮在低速行驶时的一组实测的传感器三维加速度曲线:X、Y、Z分别表示车轮切向传感器输出值、侧向传感器输出值、径向传感器输出值。可以看出,车轮切向输出值和径向输出值呈周期变化,侧向输出值近似等于0,这与车轮实际运动情况相符,表明车轮智能传感节点能够较准确地获取车轮运动状态参数,整个系统设计是可行的,为实现机动车运行状态监测打下了基础。

4 结论

提出了一种基于智能传感的车轮运动状态监测系统;微惯性传感器件便于嵌入式设计,可以用于车轮运动状态监测;所设计的车轮智能传感节点体积小,便于安装,可以用于不同行驶状况下车轮运动状态监测;车轮运动状态监测系统可以实时地获取多个车轮运动状态信息,为实现机动车运行状态监测,乃至建立一个主动性机动车运行安全状况监测平台打下了基础。

摘要：针对机动车安全运行存在的问题,提出一种基于智能传感的车轮运动状态监测系统。分析了该系统的框架与工作信息流,利用微惯性传感器研制了车轮智能传感节点,并进行了安装测试。结果表明,车轮智能传感节点体积小,便于安装,可用于不同行驶状况下车轮运动状态监测,也可实时地获取多个车轮运动状态信息,满足车轮运动状态实时监测的需要。

关键词：智能传感,状态监测,车轮运动状态,微惯性传感

参考文献

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运动监测论文篇4

乐心mambo watch

售价：399元

mambo watch是乐心最新发布的智能运动手表，官方宣称这款产品具有长续航、心率监测功能和触控大屏三个亮点。此外，mambo watch支持动态心率检测、睡眠监测、多项提醒等功能，虽然目前399元的售价稍高于其他国产产品，至于具体体验，我们下面一起来看看。

科技感十足的外形设计！依旧自带USB充电接口

外观方面，mambo watch的外形设计科技感十足，整体以黑色调为主，方正表面配合圆润包边，中和了硬朗感。整个表盘都采用镜面工艺处理的塑料材质，在光照下反光效果非常好，不过表面已经发现几道轻微的刮痕，也容易收集指纹。此外，mambo watch具备IP67防水防尘能力，直接带着手表洗澡依然完好无事。

在表盘正面是1英寸的触摸屏，采用了黑白点阵的OLED，界面是比较简洁的，主界面是时间日期，左右滑动则可以查看当前运动量、心率以及跑步模式界面。微信（暂只支持iOS设备）来电、短信、邮件等都会震动提示。

表带默认附送的是黑色版，采用类似手表一样的扣孔佩戴设计，采用硅胶材质，实际佩戴效果舒适性还不错，磨砂的材质比较好清洗。同时30g的重量也并没有感觉特别的累赘。如果喜欢多色彩的用户还可以购买彩色的表带。因为mambo watch本身自带USB充电接口，拆开表带就可以直接充电了，设计也非常方便用户使用。

自主PowerPulse动态心率技术

背面则可以看到，表带默认附送的是黑色版，和大部分心率监测手环一样采用光电式传感器，传感器处采用轻微凸起的设计，可以更好地贴合皮肤，提高准确性。据了解，mambo watch搭载自主的PowerPulse动态心率技术以及美国Ambiq内核处理器，能够精确监测人体运动时心脏的跳动频率，并且采用动态心率监测技术，可记录整个运动过程完整的心率动态曲线。在平时使用中，手表会全天候对心率进行监测，而且不能设置关闭，手表每隔一段时间都会开启心率监测功能，虽说能实时显示心率数据，但对于不需要全天候检测心率的用户来说，这确实消耗一定的电量，如果可以关闭，续航会进一步提高。

续航方面，mambo watch内置130毫安时电池，一般从空电充满大概1.5小时左右，常规使用续航时间大概为5天，这个表现还算不错，毕竟心率监测全天候在开启，如果可以设置关闭，续航时间应该会更长。

而相比于大部分的手环，mambo watch手表更大的屏幕可以显示更多的内容，查看时间时可以直接抬手/翻腕亮屏，也可以触控屏幕亮屏。抬手/翻腕亮屏的响应率还是蛮高的，即使有时候动作幅度和力度不够大，只要是看手表的动作，它都会点亮屏幕，这点上值得称赞。

手表交互通过左右滑动以及点击屏幕的方式完成，手表端可交互的内容并不多，就几个页面，但显示的信息还算比较全面和直观，通过屏幕可以直接在一个界面上查看步数、卡路里消耗、行走路程等，此外还有心率查看，以及开启跑步模式，当跑步完成后，也可以看到跑步中产生的步数、平均心率以及卡路里消耗。手表还内置了来电震动显示、信息提醒、微信提醒、闹钟及久坐提醒等实用功能，每一项功能都快捷和可靠。其中久坐提醒这个功能也是很实用的，当你一天坐在办公室里面，手表会提醒你该去运动运动了。

APP界面清晰！运行流畅

APP方面，其运行速度感觉非常流畅，UI的设计比较清晰简洁，可以直观看到当前用户所产生的步数、行走路程、卡路里消耗等信息，进一步点击可以查看到当日不同时间段所产生的步数，以柱状图显示，很直观，而当日心率所产生的数据则以曲线图形式表示，这也符合常规的心跳展示方式。

点评：屏幕更大！更适合追求智能体验的运动消费者

总的来说，乐心的这款mambo watch比较符合运动人群的需求，看时间方面的体验其实相比很多手环都要好，关键是在于其抬手即能亮屏，只要是常规的看时间手势，它都能点亮，反应灵敏。此外，智能手环该有的功能也都一应俱全，目前399元的售价完全可以让人接受。

THL糖葫芦H-one健康腕表

售价：849元

THL糖葫芦H-one是一款针对中老年人设计的智能健康腕表，其皮质表带及各方面功能都专为中老年人而设，非常富有针对性。它不仅融入了时尚的外观设计还将各项功能操作化繁为简，更添加了血压监测、检测功能。

可远程查看到对方戴有手表的健康状态

APP方面，THL糖葫芦H-one健康腕表使用心得通过APP可以看到各种数据，这些数据都是跟手表是同步的，并会保留15天内的数据。健康腕表内置低功耗蓝牙4.0模块，通过蓝牙与手机进行连接获取腕表内数据，实现运动数据的实时同步。并有云端备份的功能，更有电量显示、闹钟设定和固件升级等功能。另外腕表数据的同步和分析也是其最为重要的功能之一，心率、血压、步数、睡眠各项数据都可以通过手机APP直观的展现出来。

此外，THL糖葫芦H-one健康腕表使用心得当中有个值得推荐的就是一个远程查看到对方戴有手表的健康状态，就算平时在外边都可以了解到父母的身体状态。

成熟大气的外形设计！做工材质优秀

此次到达评测室的是两种不同款式的腕表，两种款式都有不同的风格，灰褐色腕带与银色表盘的搭配会显得更稳重，更适用男士，而酒红色表带与玫瑰金表盘的搭配更显女性化。H-One健康腕表表盘显示界面是镜面玻璃，表盘采用304材质不锈钢。背面做成了传统手表的样式，三个金属触点做为充电接口，与充电底座配合使用。光电式心率传感器通过检测绿光反射的光亮来判断心率，同时血压通过这颗传感器来检测的。

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腕表两侧设计有三个交互按键，左侧为两个按键，分别代表上下翻页功能，另外长按下翻页按键可以恢复出厂设置，这个功能虽然不常用，但还是很有必要的。右侧的按键为确认键，长按则可以进行开关机操作。另外，这个按键外圈设计成了活动的转轴，类似于传统手表调节时间的转轴。

此外，表带是可更换设计的，与表体衔接处设计有一个突起的结构，用来拆卸表带。标配的表带内侧印有GENUINE LEATHER字样，意为真皮表带，材质软硬适中，贴近皮肤的触感很好。调节到合适的长度，两个游环很好地固定住多余的表带。

此外，H-One健康腕表的充电底座设计的也很精致，做出了腕表的轮廓。但在配件中没有配备电源适配器。底座背面贴有输入电压5V输入电流与200mA和电源适配器的字样。另一端是USB接口，可以插在电脑或5V的电源适配器上进行充电。

利用传感器检测心率和血压！保证数据的真实可靠

H-One健康腕表的主界面为时间显示，电量指示、闹钟指示、蓝牙指示、时间、日期和星期。按压上翻页键，进入睡眠信息显示，上面有深睡和浅睡两个时间检测，并有五个等级的质量信息显示，非常直观。

运动模式界面，当日步数、总步数、公里数和消耗卡路里量也都一目了然。经过实际测试，其对应的步数和公里数与我手机自带的记步软件步数基本一致。心率检测与血压检测都是利用内置的光电式心率传感器进行测量的，切换到相应界面，点击确认键就可开始测量心率或血压。

腕表背面紧贴手臂，能够很好地利用传感器检测心率和血压，保证数据的真实可靠。据介绍，这款手表主要应用脉搏波原理，通过osram光学传感设备采集人体脉搏波动，进而与特征数据库进行比对，从而呈现出血压、心率等健康数据。

点评：功能全面适合中老年父母使用！期待价格下调

总体上来说，这款手表的功能还是能满足人的基本需求的，有运动计步、心率监测、睡眠监测等贴心实用功能，以及其核心功能“血压健康监测”，这对于有高血压的用户来说非常实用；还可以根据自身身体状况，对自身资料进行设置和修改，如年龄、身高体重等资格参数，以便获得更准确的个人健康评估。当然，我们也可以通过它远程知道父母的身体信息，非常适合子女购买。不过目前849元的售价相对较高，期待售价进一步下调！

RWATCH R11

售价：599元

RWATCH R11是一款采用圆形屏幕打造的极致超薄智能手表，它不仅具有智能手环和智能手表的一切功能，还可以通过蓝牙和手机、电脑连接，随时随地收发各种智能终端信息。代替蓝牙耳机，让您随时随地更方便的接打电话。更强大的是，它还能通过红外遥控您家里的电视等家用电器；能通过蓝牙遥控智能灯泡等智能家居。

超薄表体加上仿人体工学的弧度设计

外观方面，RWATCH R11尺寸为40x46x10.3mm，非常接近传统的机械表，加上简约时尚的设计风格，适合所有人群的佩戴。超薄表体加上仿人体工学的弧度设计，佩戴非常舒适。而且随机带了一条真皮材质表带。

表面正面搭载1.3英寸240x204 IPS高清显示屏，让表盘显示内容非常精致，能更好地显示各种表盘风格和内容。屏幕采用电容触摸屏，做到能和手机一般的触控操作手感。由于RWATCH R11具备IP67等级防水，淋雨、洗手、洗澡时也能听音乐、通话和查看手表的信息。R11采用最统一的标准USB接口充电，不用随身携带特殊的充电接口和充电器，随时随地充电。

此外，R11目前共有3种颜色可以选择，黑色表冠炫酷，金色表冠彰显高贵，银色表冠活泼阳光。手表机身采用全钢外壳，厚重的金属质感给人以高端大气的视觉感受，无论商务办公还是运动休闲，都是不错的选择。

可遥控家中的智能电器可以直接在手表中播放音乐

RWATCH R11智能手表的菜单功能完全采用圆形图标设计，由于手表屏幕不是正圆形，而是最下面切了一个边，以至于最下面的圆形图标也随着屏幕少了一个边，看上去还是很个性的。

目前电视，空调等家用电器越来越多，太多的遥控器给生活带来诸多不便，很多时候我们需要花费精力去寻找合适的遥控器。R11的万能红外遥控器能遥控几乎所有的带红外的电视、空调和冰箱等电器。而随着蓝牙音箱和蓝牙灯泡的智能家居设备越来越多，R11 智能手表蓝牙遥控功能还可以方便地控制各种智能家居产品。

此外，RWATCH R11内置动态心率监测器，能随时随地检测心率状况。同时，内置的加速感应器能追踪您的各种身体动作，从单纯的站立，到剧烈的运动，都不会错过。最大程度激励您少坐、多动、常锻炼。

值得一提的是，大部分圆形的智能手表都没有喇叭，只有信息提醒功能。RWATCH R11具有IPHONE 手机一样大小的喇叭，可以在开车、做家务等时能随时免提通话，播放音乐。

续航待机时长100小时以上！正常使用3天

续航方面，R11内置250mAh电池，待机时长100小时以上，正常使用超过3天。对于日常活动是非常足够的。当手表电量低的时候，自动开启省电模式，以简洁浅淡的背光显示来有效节约电量，延长待机和使用时间。

强大的APP社交功能

作为智能手表，R11当然还能无缝连接iOS和Android系统。其采用最新蓝牙4.0版本，集传统蓝牙和低功耗蓝牙于一身，可连接Android、苹果iOS和微软的操作系统的设备，支持市面98%以上的手机和平板。

通过手机APP可以看到计步器、心率监测、久坐提醒、睡眠监控等健康管理功能，健康数据可以在手表上实时显示，也可以分享给微信朋友圈，新浪微博等好友。久坐提醒功能可以提示适当休息，睡眠监测功能在您休息时也不松懈，让您摆脱不良的工作和生活习惯。RWATCH R11智能手表还具备同步智能手机短信、彩信、微信、QQ、Facebook等各种推送信息，能远程控制手机拍照，能够提醒和找手机等功能。手机端APP软件也是针对睡眠和计步器做了同步设置，可以在手机端查看睡眠和计步器信息。

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点评：功能非常全面！遥控功能体验更出色

总体而言，RWATCH R11虽然看上去和市面上众多智能手表一样，但售价仅599元却拥有了心率监测功能，具备红外线、蓝牙远程智能遥控和内置扬声器，可以说比市面上很多智能手表的功能更加全面。

Fitband F4

售价：499元

Fitband F4 是德赛推出的第三代智能手环，与上一代手环相比，F4在外观上改变很大，其采用了主流智能手表的圆形表盘外观设计，基本上可以算是智能手表。主体材质为铝合金+OLED屏+TPU表带，并搭配黑、金、银三种颜色，可以基本满足用户对颜色的要求。

机身无按键纯触控操作！

外观方面，Fitband F4腕带依然采用了机身主体和腕带可分离式的设计，可以更换不同的腕带。这里要注意一下，Fitband F4的主体是从腕带上面取出，主体的下面边缘低处周围设有一道深槽，槽位宽度和深度与表带位置设计的恰到好处，正好与腕带紧密结合，表带和主体安装后也非常得体，没有什么缝隙，感觉特别牢固，手环主体脱落不太可能。

Fitband F4没有按键，纯触摸屏操作，只是通过点击和左右滑动进行功能切换，非常方便，还可以通过APP进行详细的功能配置和修改，比如来电显示、抬手时间显示、微信和QQ等等。

Fitband F4采用了抗敏的TPU材质作为表带，还用心地做了凸凹格纹，使得佩戴很舒适，即使出汗也没有表带佩戴不适的感觉，可见凸凹格纹对于排汗起了功不可没的作用，由此可以看出此款产品在设计上还是非常细致入微，考虑的相当周全。

Fitband F4充电底座，圆形底座设计比较巧妙，外侧设计Micro usb接口，通过USB线进行连接充电，中间有4个金属触点，手环主体和底座的连接方式采用磁吸式。Fitband F4充电时将充电底座的四个触点和手环背面的四个触点进行紧密接触即可，很方便，磁力也很强。

采用了光电透射测原理可以检测运动心率

机身后面是充电接口和绿光心率传感器，心率传感器采用了光电透射测原理可以检测运动心率，动态心率是指人体在进行持续性剧烈运动时所产生的动态心率，与人体正常行动时所产生的心率指标不同，对于关心运动量的个性用户，能够帮助自身更好的辅助运动效果有着较大的帮助。对于那些喜欢运动的人，应该非常喜欢这个功能。

睡眠监测提醒功能显示全面

Fitband F4的APP支持苹果和安卓两个版本。主界面分为三个方面，最上面是获得的金币信息，中间为运动信息，最下面为睡眠信息。点击对应版块即可进入对应用的界面。在运动和睡眠板块中可进行分类统计图表，对数据进行分析，系统自动给以打分和相关建议和注意事项，可以看出这里的统计分析很全面、清晰和透彻。同时，在主界面滑动屏幕可以切换不同日期的数据信息，也可以将信息分享到不同的平台。

点击主界面左上角的设置图标，这里可以通过设置不同功能。抬手时间显示功能，可以在不用按键的情况下，作抬手动作就可以显示当前时间了。此外，助眠音乐功能是改善睡眠的主要功能之一，当用户准备入睡时，FitBand F4能智能检测和播放入睡催眠音乐，使用户轻松入睡；当处于浅睡眠时，FitBand F4能实现智能切换音乐模式，即把适用于浅睡眠的音乐切换到适用于深睡眠的音乐，并在进入深睡眠后，自动停止播放音乐，使用户睡得更好。

另外，Fitband F4还支持微信，QQ等数据接入。可以将手环与微信绑定，只要关注德赛Fitband公众号就可以在微信里查看相关数据，并能和朋友圈内的朋友分享。Fitband F4的APP软件还有很多人性化的功能，比如目标设置，我的提醒中的闹钟和久坐以及来电等的提醒方式等。还有来电提醒，当朋友来电话时，手环震动并显示来电人姓名，真的很方便，但缺点就是消耗电量，减少手环续航时间。

点评：一款可以监测并改善睡眠质量的智能“手环”

Fitband F4虽然名为智能手环，不过其外观设计基本和智能手表没有什么区别。此外，它的体验与市面上很多智能手环都不一样，其动态检测心率和助眠音乐的功能，能很好地帮助了解动态心率和改善睡眠质量。此外，目前常见的运动监测功能基本都具备，目前499元的售价非常适合用于监测并改善睡眠质量的消费者。

运动监测论文篇5

活跃在航空航天和航海领域的军事飞行、潜艇与潜水人员面临着复杂而特殊的作业环境, 繁重而多变的军事任务要求他们不但要具备较强的体能, 而且还要具有适应航空航天和航海水下作业环境及武器装备要求的专项体能, 这种能力形成的最佳途径为训练[1]。海勤人员在海上作业时间过长、运动量不足、受训条件限制等方面的问题, 是执行长远航任务面临的主要挑战。因此, 结合海勤人员体能训练的特点, 研制一种准确、便携、低成本的运动量监测装置, 实现在运动或训练现场进行实时监测, 随时记录官兵每日的运动量, 从而将运动化整为零, 且使运动在多个地点都可以进行, 再将相应的记录数据通过网络传递到专业后勤保障机构, 由专家对官兵进行个性化指导和考核, 很好地解决海勤人员的正常身体锻炼问题。

1 记录装置设计

本研究硬件要解决的技术问题是提供一种海勤人员运动量监测记录装置, 该装置不但具有加速度传感器计步器的功能, 还可以方便地识别运动器械, 采集运动数据, 并能将数据上传到个人计算机 (personal computer, PC) 。样机设计外形如图1所示。

1.1 结构设计

为了解决上述技术问题, 海勤人员运动量监测记录装置设计包括控制组件、晶振时钟、按钮、3D加速度传感器和有机发光二极管 (organic light-emitting diode, OLED) 显示屏。

控制组件包括与电源模块相连的数据存储器、中央处理器、A/D转换模块、滤波模块和驱动模块。中央处理器与数据存储器、A/D转换模块和驱动模块相连;滤波模块的一端与A/D转换模块相连, 另一端与3D加速度传感器相连;OLED显示屏与驱动模块相连;晶振时钟和按钮均与中央处理器相连。控制组件还包括接口电路模块, 其与中央处理器、电源模块和USB接口相连。

1.2 硬件组成

装置的连接关系如图2所示, 包括控制组件、晶振时钟、按钮、3D加速度传感器、OLED显示屏和USB接口。

1.3 重要部件

该装置选用3D加速度传感器, 其为一种能够测量三维空间 (X、Y、Z) 加速度的电子设备, 能最大程度地避免各种信号干扰, 从而获得三维空间上的加速度数据。实际使用时, 可将3D加速度传感器随意放置在人体任何位置。人体在运动过程中产生的3轴 (X、Y、Z) 上的运动或倾斜会引起3D加速度传感器内的活动硅结构少量位移, 之后3D加速度传感器会将检测到的上述位移传递到控制组件, 最终在OLED显示屏进行相应的显示。

在本装置中, 晶振时钟、按钮、3D加速度传感器、OLED显示屏、USB接口均能通过市购的方式获得, 控制组件内的各项模块也能通过市购的方式获得, 例如:3D加速度传感器采用Analog Devices Inc的A DXL345BCCZ型号;中央处理器采用深圳宏晶科技有限公司生产的STC12C5A60S;接口电路模块采用Cypress semiconductor corporation生产的CY7C68013。

2 装置应用

实际使用时, 将3D加速度传感器置于人体上, 可对中央处理器发出各种指令, 例如“检测”或“传输数据”;晶振时钟负责向中央处理器提供相应的时间信息, 例如各种运动的起始和结束时间。每个不同的健身器械插座设置不同的电阻值, 相对应的, 在数据存储器内预先存储有不同健身器械插座电阻所对应的电压值。可通过USB接口实现与健身器械插座相连。

2.1 数据监测

2.1.1 与其他健身器械配套使用

当USB接口插入健身器械插座时, 健身器械插座上的电阻和接口电路模块中的固定电阻串联, 不同的电阻会形成不同的电压, 中央处理器内的A/D端将此电压值转化为数字信号, 并调取数据存储器内的电压值进行比对, 从而识别出是什么健身器械, 然后自动进入该器械的测量模式。

人体在运动过程中产生的3轴 (X、Y、Z) 上的运动或倾斜会引起3D加速度传感器内的活动硅结构少量位移。3D加速度传感器将监测到的关于位移量的信息传递给滤波模块, 经过滤波模块滤波处理后的信号进一步传递给A/D转换模块, A/D转换模块负责将模拟信号转化为数字信号;中央处理器根据接收到的该信号和从晶振时钟处获得的时间信息, 计算出关于人体的实时运动强度、速度的数据, 并将上述数据保存在数据存储器内的相应健身器械名下。数据存储器以天为单位存储上述数据。

中央处理器通过驱动模块使OLED显示屏工作, 从而将上述计算所得的数据 (包括所对应的健身器械的名称) 在OLED显示屏上进行显示, 显示内容包括步数、能量消耗量、有效锻炼时间、目标完成率、健身器械名称和运动量等。

2.1.2 单独使用

由于USB接口不外接健身器械, 因此接口电路模块不传递相应的信息给中央处理器, 中央处理器自动默认此时进行的是加速度传感器计步器的工作。单独使用和与健身器械配套使用的工作流程大体相同, 只是最后OLED显示屏上显示的内容有变, 主要为人体的有效步数、能量消耗、运动时间、运动速度和行走距离等。

2.2 数据传输

当中央处理器收到相应的传输数据指令且USB接口插入PC后, 中央处理器负责调取数据存储器内的数据, 并通过相互配套的接口电路模块和USB接口将数据向外传输, 例如传输至PC端软件, 再进一步上传到网络服务器。

3 讨论

军事体能训练效果评定在国内外虽有很多研究报道, 但运用到实际工作中有较多的缺陷, 也没有统一的方法及标准, 如前苏联最常见的C Jlety Ho B氏法负荷量大、检查时间长, 评定标准不易控制, 不能确切反映身体功能状况和训练效果。目前, 国内的研究主要着眼于常规条件下的体能运动方法, 对特殊条件下的体能训练方法研究较少。体能训练监测效果主要采取血液指标监测, 存在有创性[2,3]。研究主要基于人工测量, 以问卷调查推测身体活动中消耗的能量 (physical activity energy expenditure, PAEE) 的方法准确性较低, 需要配合客观准确的PAEE测量方法使用, 应用有一定的局限性, 不适合大样本人群的使用[4]。与上述PAEE测量方法相比, 较为简便的人体运动测量一般是用加速度计实现的, 兼具准确性高、携带方便、性价比高等优点[5]。加速度计在能量代谢检测中已被广泛使用[6], 对日常体力活动的测量效度较高[7]。国内已有以加速度计为运动量采集模式的野战作训体能消耗测试仪的研制[8], 但是针对海勤人员体能训练特点的监测装置设计还未有报道。

海勤人员运动量监测记录装置样机完成后, 选取了来我院疗养的3个批次共311人次的海勤人员, 在其1个月疗养期间内的继续体能训练过程中对该装置进行了应用测试。利用该装置记录下官兵疗养期间的每日运动量, 实现了运动量的采集、储存和传输的要求, 完成了院内疗养期间体能训练数据的监测和保存, 为下一步海勤人员体能训练量的量化管理提供了科学依据。

未来该装置可与其他体能训练生理、生化参数监测[9,10]配合使用, 将相应的记录数据通过网络传递到专业的部队后勤保障机构, 成为部队健康管理大数据平台的体能监测项目数据之一, 由专家结合官兵的健康档案, 进行个性化指导和考核, 实现官兵正常身体锻炼的记录及效果评估问题。

摘要：目的:研究一种用于监测海勤人员体能训练运动量情况的便携式装置。方法:该装置由控制组件、晶振时钟、按钮、3D加速度传感器和有机发光二极管 (organic light-emitting diode, OLED) 显示屏组成。数据监测包括与健身器械配套使用和单独使用2个模式, 通过USB接口与个人计算机 (personal computer, PC) 端传输数据。结果:样机完成后经过反复测试, 基本达到了设计要求, 成功实现了参训人员运动量的采集与监测。结论:该装置能够对海勤人员的体能训练目标执行情况进行有效记录与评估, 提升其体能训练的质量及军事作业的完成能力。

关键词：海勤人员,运动量监测,体能训练

参考文献

[1]高永喜, 张明月.海勤人员军事体能训练教程[M].北京:人民军医出版社, 2010:350.

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[4]屈宁宁, 李可基.国际体力活动问卷中文版的信度和效度研究[J].中华流行病学杂志, 2004, 25 (3) :265-268.

[5]张虎军, 张楠楠.人体运动监测技术的发展与应用[J].医疗卫生装备, 2011, 32 (8) :83-85.

[6]吉喆, 崔玉鹏.加速度计在能量代谢检测中的应用现状[J].中国运动医学杂志, 2012, 31 (9) :839-843.

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[8]吴强辉, 田学隆.野战作训体能消耗测试仪的研制[J].医疗卫生装备, 2004, 25 (9) :10-12.

[9]蒋科, 葛宏.多人运动实时生理参数监测系统的设计与实现[J].医疗卫生装备, 2013, 34 (7) :21-23.

运动监测论文篇6

现在,有越来越多的人愿意参加体育运动,在健身车或跑步机上锻炼身体。然而,与此同时,却有许多孩子浪费大量时间在电视游戏上而把锻炼身体抛之脑后。缺乏锻炼、过多的游戏时间不仅仅使孩子们的体重增加,而且紧张刺激的游戏可能会诱发那些对光敏感而身体失调的孩子出现突发性痉挛(癫痫)。

癫痫可能由光刺激(闪烁)或空间上周期性发生的光栅引起[1]。这些光刺激被发现存在于多人在线角色扮演类游戏、掌上游戏、电视游戏和一些特殊的游戏控制台中[2]。意识到这些潜在的危险后,为了保护这些特殊个体,国际组织,包括国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)已经开始为在公众媒体上出现的光刺激或光栅刺激着手制定一些国际标准[1,2,3,4]。

飞思卡尔的工程师们设计了一个无线游戏控制器,并将它安装在健身车上,这样人们就可以边玩游戏边健身。并且,在集成了ZigBee发送接收器和三轴低重力加速度传感器(MEMS)之后,飞思卡尔运动游戏站就被设计成为能够侦测诸如小儿癫痫发病时的症状,而且能将报警信号无线传输给孩子的父母或照看人。这个设计理念能使视频游戏更健康、更安全。

小儿癫痫病理

某些时候,观看电视和视频游戏会直接诱发感光性癫痫。1997年12月,日本报道了一个名为《宠物小精灵》的动画片导致许多孩子出现突发性痉挛。进一步研究发现,一段节目中含有15Hz的红蓝交替闪烁光线。由此确认,之前报epw.com.cn道提到的那些对光敏感而出现癫痫症状的孩子更容易受到闪烁的单色长光波的影响。1999年,《光敏感性癫痫和影像安全》作者得出结论:视频游戏中的闪烁效果和50Hz间歇性光刺激(IPS)会诱使有光敏感性癫痫的游戏者出现癫痫症状[3][5]。

减少小儿癫痫发病风险

游戏程序员可以通过以下手段帮助减少因视频游戏而引发癫痫的风险:1)消除间歇性光刺激(IPS),例如当深红色和亮色这两种亮度截然不同的光线互相变换的情形;2)限制闪烁不超过每秒3次。

为了帮助游戏者减少突发癫痫的风险,癫痫病基金会推荐如下。

●在光线条件好的房间里,至少坐在离屏幕2英尺处。

●降低屏幕亮度。

●如果孩子累了,别让他们继续玩游戏。

●多休息,每隔一段时间让视线离开电视屏幕;游戏中盯着屏幕时不要频繁眨眼,这会使对光敏感的孩子更容易突发癫痫。

●在游戏时可以定时交替蒙上一只眼睛。

●当感觉不好或者身体开始抽搐时,立即结束游戏

飞思卡尔运动游戏站:集锻炼、娱乐及癫痫监测于一体

SGS(运动游戏站)由两部分组成:接收端和发送端。接收端(图1)由一个集成了USB OTG的32位V1ColdFire内核的主控芯片MCF51JM128和一个短距离、低功耗、2.4GHz ISM(工控、科研和医疗)频段的无线发送接收器MC13192组成。

发送端(图2)则使用了超低功耗的8位MC9S08QE32(S08QE32)作为主控芯片,另外搭载了一个2.4GHz的无线发送接收器M C 1 3 1 9 2和一个3轴低重力加速度传感器MMA7260QT。

作为整个系统的一部分(图3),发送端可以安在人身上或装在运动器材上,用来记录并识别人体动作或器械运动。加速度传感器就是用来探测这些运动(特别是人体动作),将运动转化为模拟电信号。主控芯片(S08QE32)读取这些模拟电信号,将它们转换为合适的键值。然后,M C U将这些键值通过SPI端口无线发送到接收端。当接收端上的无线发送接收器接收到这些键值数据包之时,便告知MCU(MCF51JM128),MCU则从SPI端口读取键值数据包,并将数据包通过USB发送给PC。这样,PC就能将人体动作识别为简单的键值。

在这个例子中,发送端作为传感器感知器械运动或人体动作,并将转换后的数据发送给接收端,而接收端则作为USB人体学输入设备(HID)——键盘。当接收端连接到PC时,就被认为是一个简单的USB键盘,这样就使得许多可以用键盘或游戏手柄玩的游戏可以使用此系统进行游戏。

对于不同的游戏控制器,此平台可运用不同的传感器,如简单的按键或游戏手柄。例如,利用飞思卡尔三轴低重力加速度传感器MMA726x来探测倾斜角度,可用此来控制一些著名游戏;对于健身自行车来说,则采用转速传感器和方向控制按钮;对于一个格斗对战游戏来说,则可利用游戏手柄来控制方向,而加速度传感器则用来探测和识别出拳或者踢腿动作。

用发送端来监测癫痫

作为飞思卡尔游戏运动站的重要附加值,发送端可为那些有光敏感性癫痫游戏者提供平和的心境。无需改动发送端的硬件设计,只需要加入特别设计的软件算法即可用于监测癫痫的发生。当有短促而强烈的电波群作用在大脑的某部分时,癫痫就可能发生。癫痫可能持续几秒钟到几分钟,其症状多表现为目光凝滞、口咽部非自主动作、运动僵硬乃至更危险的抽搐和丧失意识。

监测癫痫发病时症状,可靠的软件算法是必须的。设计这个特殊的算法,必须由加速度计采集足够的癫痫发病时全身抽搐的波形样本,才能保证监测异常状态的准确度。一旦癫痫信息发送到接收端时,接收端立即将信息发送至电脑,电脑上运行的程序会将文字信息发送到其父母的手机或者通过游戏控制台发出蜂鸣报警以提示癫痫已经发生。这些数据也可提交给神经科医生核实这些波形并确认任何异常状态的发生。

强大的电池续航能力

由于运动游戏站的接收端是无线的游戏控制器,电池续航能力便成为设计的关键。接收端的三个主要芯片都是超低功耗设计:主控芯片S08QE32(在STOP模式下,大约消耗0.4µA),无线传输接收器MC13192和低重力加速度计MMA7260(在睡眠模式下,大约消耗3µA)。另外,在几分钟内如果传感器没有信号输入,则接收端将自动进入休眠模式以延长电池寿命。

SGS固件设计

接收端和发送端的固件设计并不复杂(图4)。接收端包括了USB驱动,USB-HID键盘协议和简单媒体访问控制(SMAC)协议。(更多ColdFire MCU的USB驱动和USB-HID协议,请参考www.freescale.com上的CMX_USB-LITE协议栈)

对于发送端来说,则需要SMAC协议栈和一个简单用于探测倾斜角度、运动和速度信号,并将这些信号转换为键值或游戏手柄信号的算法。在接收端上,加速度计MMA7260QT可将其检测到的X、Y或Z轴的倾斜信号或加速度信号以电压的形式输出。主控芯片S08QE32的模数转换模块(ADC)则可将这些模拟电压信号转换成数字信号,以便识别这些运动信号。而通过SMAC协议栈,就可以方便而有效地发送或接收任何简单数据包。

SMAC

SMAC是基于IEEE 802.15.4的简单软件协议栈,可配合飞思卡尔8位传输控制器工作。S M A C可用于快速开发和系统评估,并可从飞思卡尔免费获得。SMAC可方便用于实现Zigbee协议栈或者完整的802.15.4协议层。它是那些要求仅实现基本传输传送、低功耗多通道的小成本应用的理想选择。更多SMAC细节,可至www.freescale.com参考SMAC协议栈参考手册(搜索SMACRM)。

结论

运动游戏站(SGS)是由无线传输器(MC1319x/MC1320x家族)、免费的传输协议栈(SMAC)、加速度传感器(MMA726x家族)、低功耗的8位主控芯片(S08QE家族)和具有高性能互连性的主控芯片(MCF51JM家族)等关键元素组成的。

飞思卡尔的设计者们定期地和医疗人员探讨新产品的开发以提高人们的生活质量,并为客户提供广泛技术支持。

参考文献

[1]Harding G,Wilkins A J,Erba G,et al.Photic-and Pattern-Induced Seizures:Expert Consensus of the Epilepsy Foundation of America Working Group.Fisher,Epilepsia,2005,46(9):1423-1425

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[4]Fylan F,Harding G F A,Edson A S,et al.Mechanisms of Video-Game Epilepsy.Epilepsia,1999,40(Suppl.4):28-30

运动监测论文篇7

运动竞技和健康锻炼中的运动过量和运动姿态不正确 , 会导致人体体能下降 , 平衡感降低 , 严重时会导致肌肉萎缩、软骨损伤等永久性伤害。三轴加速度传感器可全面有效地反应人体运动情况 , 结合Android平台 , 构建运动模型 , 可有效纠正运动员不标准的运动姿态 , 优化运动训练、提高效率 , 防止运动损伤与运动过量。将该系统应用于运动锻炼中 , 还可有效预防老年人摔倒受伤 , 并为慢性病和肥胖症患者提供评估自身运动量的相关帮助。

1运动信息数学建模分析

1.1运动过程能量消耗建模

每t1秒的步数n:第t1秒末人体的速度V1=V0+a1t1 (m/s) , t1秒内的里程为设一个成年人的步长为a ( 单位 :m) , 则该人在t1秒内所走步数可近似为n= x1/ a 。

运动平均速度: 由公式= 步频n× 步长l, 可得到1 s内平均速度 , 同时由于步长往往随着步频的改变而变化 , 因而不同步频运动过程中的平均速度也不尽相同。由此 , 运动过程能量消耗也将随步频及运动速度的改变而产生变化。以大量身高相仿的运动对象为例 , 对其运动过程中的各运动参数进行汇总分析 , 得到步长l (单位 :m ) 与步频n ( 单位 : 步 / s ) 的关系大致如表1所示。

能量消耗W: 依据上述对平均速度的求导办法 , 对运动过程中的平均速度与能量消耗进行分析 , 得到如表2所示数据 , 由表2可推导n秒内卡路里消耗总量其中w1 (单位kg) 为个体体重, 由此便完成了对运动过程中能量消耗的建模分析。

1.2人体运动模型的识别

1.2.1基于三轴加速度校准的人体姿态角计算

人体周围区域的划分以人体坐标系为基准 , 判断人体姿态主要利用俯仰角和翻滚角 , 在人体姿态角的计算过程中 , 设g为重力加速度 , GX、 GY、 GZ为加速度传感器三个正交测量轴上的测量值 , 俯仰角为 θ, 翻滚角为 λ, 求导办法如下所示 , θ 由式 (1) 求得 , γ 由式 (2) 求得。

1.2.2基于三轴加速度传感器的运动模式的识别

人体运动模型可以看作是由转身、步行、原地跳跃、下蹲等几个基本的运动元素有机组合而成。人体运动模式识别是以人体姿态作为主要提取特征 , 以人体坐标系为基准 , 进而对人体周围空间分别进行水平和垂直划分的 , 划分方法如图1所示。

人体周围空间在XY平面上被平均分成四个区域 , A 、 B 、 C 、 D区域分别为人体正面、左面、后面、右面空间。站立/蹲下/站立 , 站立/坐下/站立 , 以及前倾跑步等多种运动方式发生在A区域。仰卧、仰坐等动作发生在C区域。侧卧或跌倒等动作发生在B、D区域。垂直轴到水平面共90° 的空间被划分为3个区域 , α 为偏离垂直轴的角度。判定方法见表3。垂直方向上的划分更加强调人体在某一方向运动的强烈程度。

2系统总体结构设计

系统通过测量三轴加速度 (GX、 GY、 GZ) , 完成卡路里消耗计算 , 利用运动模式识别算法实现对人体姿态判断以及跌倒警报预判 , 利用GPS定位技术实现人体运动轨迹跟踪。综合计算 , 以满足人体运动状态的监测。

系统总体结构流程图如图2所示。

2.1硬件系统的设计

硬件系统由监测人体运动的三轴加速度传感器MPU6050 、 Micro SD卡、温度传感器DS18B20 、有机发光二极管OLED显示屏、处理数据的微处理器MSP430、以及蓝牙模块HC05等组成。系统框架和信息流向如图3所示。

由图3可知 , 微处理器通过温度传感器获取人体体温参数 , 通过三轴加速度传感器获取人体在不同运动状态时的三轴加速度以及人体所处的环境温度。微处理器一方面将这些数据通过显示屏显示出来, 另一这些数据存储到SD卡中 , 以便对所获取的数据进行离线分析 ; 同时还可将这些数据通过蓝牙模块传送到手机安卓平台 , 通过算法分析和安卓手机编程将三轴加速度进行整合计算出人体在不同运动状态下的速度, 里程、卡路里消耗以及运动姿态情况 , 并在手机上显示出来。

2 . 2软件系统的设计

系统软件流程图如图4所示。

2 . 2 . 1 Android平台的创建

Android平台的服务端采用Struts2 +Hibernate框架架构 , 数据存储采用My SQL数据库。服务器端架构图如图5所示。

整个服务端采用多层次的架构 , 从上到下依次是控制器层、模型层、持久化层和数据库层。 Struts2充当控制层和模型层 , Hibernate充当持久层。 Struts2框架中的Filtr Dispatcher作为控制器 , 它作为Selvert过滤器 , 接收用户请求 , 过滤并转发。 Action作为Struts2中的模型层 , 用来调用业务逻辑处理请求 , 还可以进行数据的传递。

2.2.2GPS定位技术

GPS全球定位系统是通过分析GPS接收机终端和基站之间所传播信号的特征参数来实现位置获取功能的。当前Android手机大都配备了完备的GPS接收系统 , 该定位技术利用空间距离后方交会的方法 , 把GPS定位卫星的瞬间位置当作已知数据 , 进而确定GPS接收机的所处位置。在此基础上本系统通过对百度Map API技术的调用 , 构建相应的配套服务体系 , 通过百度Map API便可将设备所处的地理位置信息实时显示在app界面 , 同时还能够实现地图的加载、缩放及浏览功能 , 满足用户在使用该系统过程中的定位需求。

3实验结果与分析

基于人体传感和Android技术的运动监测系统的设计实验样本为10名身体健康、身高在160 cm~180 cm, 体重在50 kg~60 kg的志愿者 , 实验距离为50 m, 实验方法为直立行走、慢跑、跌倒三种运动状态, 采集到的瞬时加速度实验数据 (忽略方向) 如表4所示。将此过程中的能量消耗作为实验变量, 以此同标准跑步机所测得的能量消耗数据进行对比, 进而便可分析系统测试结果的准确程度。

3.1实验准确性分析

实验中 , 志愿者佩戴运动监测系统与兄弟牌跑步机WL - 195运动进行对比测试 , 测试结果数据如表5 、表6 、表7所示。

3.2实验数据分析

图6~ 图8三个曲线图直观地显示了正常行走、跑步状态以及跌倒状态下的加速度变化情况。此外 , 由于人体运动过程中的合加速度是由X、Y、Z三轴加速度进行矢量合成求得的 , 当人体正常行走和跑步时 , X轴加速度明显大于Y轴和Z轴的加速度 , 且人体跑步过程中的三轴加速度分量都要明显高于人体正常正常行走过程中的三轴加速度分量。人体在跌倒时处于失重状态 , 由于受到重力加速度影响 , 此时Z轴加速度出现明显变化。人体跌倒时有不同姿态 , 因此人体跌倒时的三轴加速度不尽相同 , 由图8可知跌倒时的加速度与正常行走和跑步时的合速度出现明显区别。

4结论

本文提出一种便携式运动监测系统的设计方案, 通过MSP430微控制器结合Android手机平台实现人体运动的三轴加速度、速度、里程等参数测量 , 并通过运动模式识别算法判断人体运动姿态, 并发出跌倒警报 , 并且利用GPS定位技术对运动路线进行实时跟踪。系统对运动参数分析处理可得到运动消耗的卡路里 , 评估人体运动量, 以防止运动过度和运动损伤对健康造成威胁。

参考文献

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[11]李路.基于多传感器的人体运动模式识别研究[D].济南:山东大学, 2010.

运动监测论文篇8

学校运动训练是学校体育工作的主要组成部分，在学校体育训练中，如何掌握和控制好适宜的运动负荷是提高学生运动成绩的关键。由于在当今的学校评价体系中，过于重视学校运动成绩，体育教师的晋级、奖金与学校参加比赛成绩挂钩，造成了体育老师急功近利，拔苗助长，导致有希望的运动苗子过早夭折，给学生身体带来极大的伤害。脉搏是反映人体机能变化的一个客观指标，脉搏的变化是一定负荷量刺激作用于人体后所反映的生理负荷，是肌体的内部反映，因而它能够较客观地检验运动员的实际训练效果。因此，脉搏监测法是训练学中最简单、实用而又科学的方法。本文从脉搏控制法的特点入手，系统阐述了脉搏控制法在学校课余训练中提高学生运动成绩、减少和预防伤害事故的发生。

2 研究方法

2.1 文献法

本文通过学术期刊网查询相关文献资料10篇为自己提供理论支撑

2.2 逻辑分析法

在分析文献资料以及撰写论文的过程中，综合运用分类与比较、归纳与演绎等方法对研究问题进行逻辑分析

3 学校运动训练的特点

3.1 学校课余体育训练的间断性

学校运动训练的显著特点是间断性。学生是以学习为主，其他课程的学业迫使课余体育训练间断性地进行，即利用课余时间进行运动训练。基本以学期和学年为周期的运动训练，这是其他专业训练所没有的。

3.2 学校运动训练的基础性

学校运动训练主要是进行基础训练，这是由在训学生年龄特征、课余训练以及运动训练规律所决定的。学校运动训练的参加者多是青少年儿童，处于生长发育的重要时期，所以，这一阶段着重要抓好身体素质和基本技术的训练，为其将来专项训练打基础。不宜过早地对他们施以成年人的训练方法和运动负荷。

3.3 学校运动训练不追求极限负荷

达到世界水平的优秀运动成绩必须以极限负荷对运动员进行强化训练，这已是现代运动训练的最根本原则，是无可非议的事实。但是，由于影响学校运动训练的多种因素和其本身的任务，青少年运动员达到的成绩毕竟离高水平优秀运动员的成绩尚有很远的距离，而且这些成绩完全是可以采用非极限专项强化训练就能达到的。因此极限负荷并不是学校运动训练工作所追求的。

3.4 学校运动训练内容具有相对系统性

学校运动训练以培养后备人才为主，另外，由于学制、学业、社会因素等等的影响，它的正常训练工作安排只能是逐阶段进行的。这就决定了其训练内容只具备相对的系统性，只能在某一个阶段内作较为系统的训练。

4 脉搏的概念和特点

4.1 脉搏的概念

脉搏即动脉搏动，随着心脏节律性的收缩和舒张，动脉管壁相应的出现扩张和回缩，在表浅动脉上可触到搏动。

4.2 脉搏的特点

脉搏是心率在体表的一种反映，是一定刺激量作用于人体后所反映的生理负荷，是机体的内部反映，它根据人们的性别、年龄及身体机能状态的不同而变化;在运动中，脉搏随机体代谢需要而增加，在一定范围内可反映运动强度、机体的代谢水平，是反映人们的训练程度强与弱的一个重要指标。所以，它能较客观的检验运动员的实际训练效果，在运动训练中对指导科学训练有着极其重要的作用。

5 脉搏控制法在学校运动训练中地位和作用

5.1 脉搏控制法在学校运动训练中地位

5.1.1 在学校体育训练中，监测脉搏是合理增加运动负荷的重要依据

体育训练就是在外在负荷的作用下，给机体一定运动负荷使人体各个系统打破平衡，从不适应阶段过度到了适应阶段，再到不适应阶段，这就是训练适应的产生———不适应———再适应周而复始逐步提高。在当前，大多数在基层老师没有先进的训练设备，秒表是他们最常用的仪器，他们凭借自己的感官经验和主观估计制订训练计划时，常常通过测量脉搏来调整训练计划、控制运动负荷。

5.1.2 脉搏监测是学校体育训练中掌握间歇时间的重要尺度。

间歇训练和重复训练在学校球类和田径训练中常用的训练方法。间歇训练和重复训练法最重要的就是安排训练时间和休息时间的比例，看机体是否在完全恢复的情况下进行下组训练。在训练中休息时间太长或太短的都是不利的，只有恰当的安排间歇时间才能对训练起积极作用。而这些休息时间长短就是根据队员运动后机体恢复情况来实现的，机体的恢复状况就是通过脉搏的多少来判断。因此，采用脉搏监测法来控制各种训练之间的间歇时间，不仅可以使教练员准确地掌握训练的数量和质量，而且还可以了解到运动员的恢复状况。

5.1.3 在学校体育训练中，脉搏监测是划分负荷强度的客观依据

在学校体育训练中，运动负荷的控制主要是通过对脉搏的测量来体现。一般来说，运动中适应心率=安静心率(晨脉)+(最大心率—安静心率)*60%。在基层实际训练中结合训练对象的自身特点，将导致脉搏达到180次/分以上的运动强度划分为高强度，且休息10分钟后即刻脉搏仍比课前快6-9次/10秒;将导致脉搏在约150次/分的运动强度划分为中等强度，且休息10分钟后即刻脉搏仍比课前快2-5次/10秒;将引起脉搏值增加至140次/分以下的运动强度划分为小强度，休息10分钟后脉搏可恢复到训练课前水平。这些数据只能作为参考，因为不同年龄、性别和训练水平运动员的高、中、小强度的对应脉搏值不可能有一个共同的绝对标准值。在这里，我要强调利用脉搏来确定训练负荷强度，亦是动态的、变化的、相对的，需要教练员在平时训练过程中逐步准确地掌握自己队员的脉搏变化特点，从而更加科学准确的利用脉搏来安排好大、中、小相结合的运动量、强度及密度三者的比例关系，并根据运动员的训练水平提出不同的要求，做到区别对待。

5.2 脉搏控制法在学校体育训练中的作用

脉搏控制法可以延长队员的运动寿命。学校体育训练具有基础性，担负着向上级输送人才，具有不追求极限负荷的特点。由于在现实的生活中，体育老师过早发掘学生潜力，导致有希望的运动苗子过早夭折。这也是我们青少年参加世界大赛取得很好成绩，甚至超过我国成年人的成绩，而到成人后成绩明显落后于对手的主要原因。在学校体育训练中运用脉搏控制法可以，可以帮助老师合理安排运动负荷，保持训练的系统性和科学性。

脉搏控制法可以预防伤害事故的发生。当前，许多一线老师在制订训练计划时，往往凭借自己的感官经验和主观估计，片面强调某一方面如强度或者量，这种做法是不够科学的，有一定的盲目性和危害性，许多学生都是在过度疲劳状态下进行训练，容易导致队员受伤或者意外事故，而影响正常训练。脉搏控制法可以对学生身体状况进行监测，可以了解学生身体状况，在一定程度上可以避免伤害事故的发生。

6 如何在学校体育训练中发挥脉搏控制法的监督和指导作用

6.1 要准确地掌握测量脉搏的部位和方法

脉搏的测量部位一般是测量腕部的桡动脉，或者是颈部经总动脉，力量要适度。测量的方法是，盯住表的秒针，并将一只手的食指和中指摸手腕部的桡动脉或下颌骨的颌下动脉位置处。

6.2 要掌握脉搏的测量时机和注意事项

“晨脉”也叫基础脉搏，是指每天早晨清醒后(不起床)没有任何内在和外在干扰情况下的脉搏数，它是反映机体维持生命特征所需要基础心率。基础脉搏在每天清晨测试，一般测试30秒钟或1分钟，姿势一般为卧位。运动前脉搏是指在没有开始训练时，所测得脉搏跳动次数。测试时间一般在训练前5分钟，测试姿势为站位，测试30秒钟或1分钟。运动后脉搏是指在每个训练项目练完后，即刻测试学生桡动脉和颈总动脉搏动次数，取位为站势，一般测试10秒钟。测试时间与越晚，则误差就越大，如延误10秒钟，测到的脉搏数就只相当于跑步时心率的96%;延误20秒钟才测出脉搏，只相当于跑步时心率的85%。这是因为，停止运动之后心率会迅速恢复的缘故。由于运动后心率跳动较快，测试桡动脉误差较大，测颈总动脉较多。由于，颈动脉处有一个极敏感地区，叫颈动脉窦，使颈按压会引起血压下降，所以测颈动脉脉搏时，应注意不要用力按压，用力程度以能摸到脉搏就行了，不宜过大。运动后恢复脉搏是指运动停止后恢复到下个练习时的脉搏次数，这一般在练习后10分钟测试，取位一般为站立姿势，测试时间为30秒钟。

6.3 如何运用脉搏控制法来指导学校体育训练

脉搏是一个人身体状况的晴雨表，使机体在外部的一个反映。一般情况下，运动后的次日晨脉是相对稳定的，波动次数应不超过通常晨脉的2次/分，一旦晨脉波动超过5次每秒，则说明前一天运动负荷偏大，如果队员晨脉波动长期超过5次以上，则说明队员机体处于疲劳阶段，应该降低运动负荷，减少运动量，或暂时停止体育锻炼，等到基础脉搏恢复正常后，再进行体育锻炼。如果长期处于疲劳状态进行训练，会造成学生脏器器质性病变，缩短队员的运动寿命。运动前的脉搏也是制定学校体育训练计划的依据。课前，体育教师要记录好每个训练队员训练前脉搏次数，并与过去的脉搏进行对比，始终掌握学生身体状况。对于大多数学生来说，训练前脉搏基本稳定，基本上在一个正常范围内波动。对于脉搏异常的学生，要了解是负荷过大还是身体不适，要及时调整运动量，以免给训练者带来身心伤害。运动后的即时脉搏是学校体育训练是常用的指标，掌握这个方法测量脉搏，对安排学校体育训练有很大好处，可以提高的队员的运动成绩，发掘训练者的潜力。运动后心率恢复到安静心率的时间，是评判队员机体能力好坏的一个方面，也是检验训练量是否科学的依据。恢复正常状态所需要的时间越短，说明心脏承受力越强，在一定程度上反应心脏的机能。脉搏的恢复状况，在运动后，如果脉搏经过5至10分钟恢复到运动前的安静状态水平时说明运动强度是合适的。当锻炼后不能恢复到这一水平.表示机体对锻炼的负荷尚难以承受，应当降低运动负荷。

参考文献

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[4]王延洪.浅析脉搏监测法在青少年中长跑训练中的重要性[J].承德民族师专学报,24(3).

运动监测论文篇9

系统设计

便携式运动量及生理参数监测仪能实时记录和监测人体的运动数据, 并定量评估人体运动量和体能消耗程度, 通过以卡路里为单位的热量形式实时显示出来;监测仪还能够实时监测人体血氧饱和度、心电信号、心率、体温等重要生理参数, 从运动量和生理参数两方面评估体育锻炼或康复训练中的运动是否过量, 并根据运动量及生理参数的数值是否在安全范围来决定是否进行报警提示。因此该监测仪既能保证运动效果, 又可以有效预防因“过量运动”导致意外的发生。

如图1所示, 便携式运动量及生理参数监测仪是一个典型的单片机应用系统, 在系统设计中应注意满足微功耗、微型化及可靠性的要求。便携式运动量及生理参数监测仪的现场使用性要求其电流消耗小, 以降低系统的功耗, 延长电池使用时间。因此, 微功耗设计是系统设计的重要内容。微功耗设计的核心是最小功耗系统的设计, 它不仅能降低系统功耗, 还使系统具有较低的电磁辐射和较高的可靠性。本监测仪的微功耗设计具体包括系统的运行功耗分析、低功耗设计、功耗管理以及低功耗的软件设计。

具体而言, 便携式运动量及生理参数监测仪需满足以下要求:

●能以高精度采集和存储人体的运动信号、生理信号, 并通过相关算法对数据作相应处理;

●具有友好的中文人机操作界面, 能够方便地设置和操作;

●能够与PC机方便地交换数据, 并可通过PC机上的配套软件进行后续数据分析和处理;

●监测仪能方便地佩带于人体, 重量轻, 体积小, 1~2节电池供电。

如图1所示, 运动传感器、数字式血氧模块、心电模块以及信号调理单元构成了系统内的前向通道, 人体的运动数据和血氧饱和度、心电、心率等生理参数的数据通过前向通道进入中央控制单元。

中央控制单元采用了具有超低功耗的16位微控制器MSP430F149 (以下简称F149) , 其片内集成有8通道12位精度的A/D转换模块、60k B的FLASH R O M和2 k B的数据R A M, 且具有硬件乘法器和2个串行通信接口。采用F149作为本系统的中央控制单元, 可以在无需片外A/D芯片的基础上实现运动信号及各种生理信号的采集、接收和处理。提升了系统的先进性、可靠性和集成度, 能有效降低系统设计的难度, 较大程度提升系统的整体性能。

数据存储单元用于存储系统内的运动数据、血氧饱和度及心电信号等数据, 需要根据存储容量、功耗、接口形式、存取速度、体积等要求选择合适的数据存储芯片。

显示与键盘接口单元提供了设置和操作本监测仪的键盘接口, 并通过图形点阵液晶实现汉字功能菜单显示、生理参数的数值显示和波形回放等功能, 为系统提供友好和智能化的人机交互界面。

时钟单元为系统提供实时的时间坐标, 进而能为数据的存储提供可参照的起始和结束时间点。

数据通信单元提供本监测仪与PC机之间的数据交换手段, 既可以是串行、USB、TCP/IP网络通信等有线接口方式;又可以通过无线收发芯片组建一个固定频点下 (如433MHz) 的无线通信网络, 或者是基于GPRS的远程无线传输网络。

电源单元为监测仪内的模拟和数字电路部分分别供电, 提供不同的工作电压和一定的电源分区管理功能, 其输出质量直接关系到系统的精度和可靠性。

运动监测模块

运动监测模块完成人体运动信号的输入、放大和滤波, 主要包括运动传感器和信号调理单元。

运动传感器一般可以有两种形式:单维的振动传感器和三维的运动传感器。前者如微振动传感器, 是一种有源的微功耗振动检测器件, 一般以正弦波形式输出, 可将其转换成脉冲波形后输入微控制器。微控制器通过检测高电平来实时记录跑步者的步数, 并以此计算运动者的体能损耗。

更精确的人体运动信号可以通过三维加速度传感器获得。加速度传感器作为近十几年才发展、成熟起来的运动传感器, 其不仅能够通过测量运动能耗来评估运动量, 还能通过测量加速度来反映人体运动的强度和频率, 能够把人体的各种运动状态转换为不同幅度的电压信号。其安装简便, 体积小, 测量简单。三维加速度传感器是本监测仪前向通道中的理想运动传感器元件。

如图1所示, 信号调理单元的作用是将传感器输出的微弱电信号 (通常为电压信号) 不失真地放大或调整到能够直接由A/D转换模块采样的幅度足够的电压信号, 且信号调理单元对其前级的传感器和后级的A/D转换模块的影响要尽可能的小。

信号调理单元具体包括信号放大电路、滤波电路及精密电压基准电路等, 主要实现信号的放大、整形及滤波等功能。信号调理单元中的信号放大电路应具有较强的共模抑制和差动放大能力, 实际共模抑制比较高, 输入阻抗较大, 失调和温漂较小, 这些都能有效减小信号放大电路对传感器输入信号的影响, 减少温度误差。同时信号调理单元中的滤波器应采用同相结构的精密运放和RC网络组成高阶有源滤波器, 这样既能提供一定的增益和缓冲作用, 又可以减小对后级尤其是A/D转换的影响。

信号调理单元是本监测仪中模拟电路的主要部分, 其调整后信号的精度直接决定着系统内可采集到的人体运动信号的精度, 其电路结构和复杂程度也直接关系到系统的整体功耗和体积。因此信号调理单元的设计更要符合微功耗和微型化设计要求, 能够在单电源下工作, 其信号放大范围要与A/D转换所需的信号幅度一致, 在电路结构上应力求简单, 集成度要高, 不宜采用分离元件太多的设计方案。

生理参数监测模块

从系统整体设计和降低设计难度的角度, 血氧饱和度、心电信号、心率、体温等人体重要的生理参数可以通过市面上已有的一些功能模块直接获得而不必自行设计。如目前市面上已有供二次开发使用的监测血氧饱和度、心率等的集成功能模块 (简称为数字式血氧模块) , 其内往往已集成了信号处理内核 (如Dolphin公司OEM-701模块) , 这种数字式血氧模块能够通过探头直接检测人体的血氧饱和度、心率、体温等数据, 支持串行接口的输出方式。

由于心电信号的检测电路一般都较为复杂, 因此也可以采用市面上已有的心电信号检测的功能模块供二次开发使用。具体如BT007七通道心电模块, 能输出同步七通道心电波, 具有四级程控增益, 三级滤波方式 (诊断方式、监护方式和手术方式) , 具有起搏脉冲抑制功能和导联脱落报警功能, 其检测的心电信号结果也可以通过串行接口输出。

本监测仪的中央控制单元F149微控制器内包含有两个串行通信接口—USART0和USART1, 故可以直接接收数字式血氧模块和心电模块输出的血氧饱和度、心率及心电信号的数据。这种直接采用已有集成式功能模块进行二次开发的设计思路, 可以有效降低本系统的设计难度和提高系统集成度。

数据存储单元

由于监测仪需要存储大量的现场数据, 对数据存储容量的要求很高, 存储密度较低的E E P R O M、S R A M等均不能满足要求。ATMEL公司的AT45系列SPI串行接口FLASH存储器的接口电平与F149相匹配, 硬件上能直接连接。采用SPI串行三线接口, 减少了I/O资源占用, 能有效降低系统所占空间, 提高系统可靠性, 降低开关噪声。AT45系列存储器芯片的内部还包括2个SRAM类型的数据缓冲区, 每个缓冲区的容量均与主存储器阵列中一个页面的存储容量相同。这样即使在存储器被烧写的过程中也允许接收数据, 这就为数据存储的实时性和可靠性提供了硬件保证。

本监测仪中也可以采用并行的F L A S H存储器, 如三星电子的K9xx Gxxxx M系列NAND FLASH芯片, 能够提供4224M位的存储容量。这种高存储密度、大容量的并行FLASH数据存储芯片特别适用于本系统需要存储大量实时的运动数据、生理数据的应用环境。

数据存储程序

数据存储程序设计时要重点考虑微功耗和实时性要求, 即数据存储程序应是基于中断程序结构的, 通过A/D中断服务子程序来实时采集和存储来自于运动监测模块的三维运动数据, 通过2个串行通信接收中断服务子程序来分别接收和存储来自于血氧模块和心电模块的血氧饱和度、心率、体温和心电信号等生理数据。这些运动和生理数据首先由F149微控制器放置于其内的2KB数据RAM内, 并通过页写入方式存储到FLASH数据存储芯片中。

由于来自于运动监测模块的三维运动数据是多通道、连续变化的大量数据, 考虑到数据采集过程中的微功耗和实时性要求, 对F149的A/D转换模块采用序列通道单次转换模式较为合适, 其时序控制简单, 灵活性高。同时采用Timer_A定时器为A/D转换模块定时, 使其工作在增计数模式, 其定时时间对应于采样频率。

用于接收生理数据的串行通信接收子程序也是基于中断响应模式的, 由32768Hz的时钟晶振提供串行通信的时钟信号源, 通过2个串行通信接收中断的响应子程序分别将接收到的血氧饱和度、心率、体温和心电数据填充到系统的数据RAM中。

在利用FLASH数据存储芯片存储本系统不同类别的大量数据时, 需要注意F149内数据缓冲区的划分、数据存储芯片内不同数据区域的划分。同时, 在系统的主程序中需要维护几个重要变量:如一个记录页面编号的全局变量, 以确定数据读写时所需访问的页面;以及一个缓冲区标志的变量, 使得程序能够根据标志判断当前缓冲区是否存满、是否需要切换及切换到哪个缓冲区。

另外, 在编写FLASH芯片的数据写子程序时需要注意数据采集、接收与数据存储之间的时序配合, 以保证数据采集、接收的连续性和数据的不丢失。同时数据读写过程中稳定的时钟信号也是需要优先考虑的, 而这点往往为设计者所忽略。

具体的数据存储程序的流程如图2所示。

监测仪的工作模式和流程

便携式运动量及生理参数监测仪主要有两种工作模式:运动现场模式和医学监护模式。

在运动现场模式下, 系统完成运动现场的人体运动数据、生理数据 (血氧饱和度、心率、体温、心电信号等) 的采集和存储, 并计算累计运动量的数值, 根据运动量是否过量及生理数据是否在安全范围来判断是否给予报警提示。同时监测仪内存储的数据还可以传输到PC机上进行后续的处理, 如给出运动过程的分析报告, 对运动过程的所有数据进行数据库管理。

在医学监护模式下, 监测仪的运动监测模块主要用于病人姿态的感知, 系统侧重于卧床病人的主要生理参数的连续实时监测, 并可通过所联微机的配套软件进行远程数据传输和远程报警。本监测仪的这种工作模式非常适合于长期卧床病人的家庭护理, 为他们在远离医院的条件下实施远距离的生命体征的实时监控。

本系统中运动量和生理参数的具体阈值范围应结合运动医学的具体理论并通过一定的人体运动分组实验来确定。监测仪的控制程序需要完成运动量的定量计算、运动者姿态的感知、运动量及生理参数的智能判别功能, 当运动过度或生理参数指标不正常时进行报警提示。

结语

便携式运动量及生理参数监测仪能够完成运动过程中的运动能耗评估、运动危险因素评价及运动干预管理等功能, 使运动效率和安全性得到较大程度的提高。同时该监测仪还可以用于医学监护和家庭护理, 是一种专为个人健康管理服务的智能化仪器, 具有可预见的广阔市场前景。本文的设计方案在样机实现过程中均取得了较好效果。

参考文献

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