穿戴式學生體育運動體質監測系統的設計研究

向瑋

（陜西學前師范學院陜西西安710100）

在現代科技不斷進步的過程中，其促進了社會的持續進步，并且計算機網絡技術也被廣泛在各個行業中使用，網絡技術促進了現代行業服務和應用創新，包括體育領域[1]。可穿戴式學生體育運動體質監測系統的理想狀態就是通過可穿戴式裝置實現人體生理參數數據的收集，利用網絡技術到云端自動傳送，并且實現數據分析及處理，將數據收集的結果對教師及專家團隊發送使其進行分析，最后給出針對性的診斷及科學的訓練指導，從而能夠有效提高學生體育鍛煉過程中的效果，避免出現運動性昏厥的情況，還能夠實現亞健康群體的預警，全面監控體育運動整個過程的鍛煉負荷及體能恢復情況[2]。基于此，文中實現了穿戴式學生體育運動體質監測系統的設計。

1 體質監測系統的總體設計

1.1 體質監測系統的重要性

創建可穿戴體育運動體質監測系統屬于順應科技發展需求，使人們能夠充分感受到科技，并且滿足人們在體育運動過程中對自身具體情況的掌握。圖1為體質監測系統的測量指標。

圖1 體質監測系統的測量指標

要求可穿戴學生體育運動體質監測系統的設計特點為具有便捷性、差異化服務、獨特性及互動性。其中快捷性指的是能夠將系統檢測的參數短時間內進行分析和處理，并且對用戶群體進行反饋；互動性指的是用戶和系統能夠具有互動性；獨特性指的是能夠利用線上線下實現身體參數的評估[3]。

1.2 體質監測系統的大致結構

本文所設計的穿戴式學生體育運動體質監測系統主要包括Android智能終端及運動信息收集，圖2為穿戴式學生體育運動體質監測系統示意圖。

圖2 穿戴式學生體育運動體質監測系統的運動數據收集示意圖

人體運動信息收集系統主要包括微控制器、加速度傳感器、無線通信和數據存儲4個部分。系統收集指的是對學生運動信息進行收集，之后對收集到的數據進行實時處理，從而得到運動員運動負荷信息，最后利用無線傳輸模塊將此處理之后的結果到Android智能終端進行傳輸，之后實現運動結果的顯示和記錄。系統還能夠將收集數據進行保存，然后利用具體數據對人體運動細節進行全面的觀察[4-5]，圖3為系統運動收集的結構。

圖3 系統運動收集的結構

2 系統的硬件設計

圖4為運動體質監測系統的硬件設計結構，其能夠獲得人體的運動信息。

圖4 運動體質監測系統的硬件設計結構

系統硬件設計的基礎就是全面監控學生的穿戴，其監測設計的核心就是使用處理器，實現電源模塊、體溫傳感器和心率傳感器有效配置，之后將其進行有效整合，全面檢測學生運動時候的系數。系統終端模塊使用ARM處理器，其內部具有高速運轉儲存儀器，其具有全面外設及端口，其中包括多個高端定時器，并且還具有多個通信接口，具有較高的運行性能，并且成本較低[6-7]。

2.1 信息收集模塊

系統信息收集模塊使用數字加速度傳感器作為系統加速度測量的芯片，圖4為數字加速度傳感器的內部電路結構。三軸加速度傳感器能夠將加速度變化物理量轉變電信號，之后將電信號通過AD轉換之后利用數字濾波，將測量結果到處理中心傳輸，最后通過SPI和IIC總線和傳輸數據連接[8-9]。

圖4 數字加速度傳感器的內部電路結構

2.2 串行通信接口

使用IIC串行通信結構，其較為有效并且簡單，只需要兩條線就能夠是會喜愛呢數據傳輸任務，屬于微電子通信控制領域中使用最為廣泛的總線標準[10]。圖6為系統串行接口的工作原理。

圖6 系統串行接口的工作原理

圖7為加速度傳感器和數據通信結構的設計電路：

圖7 加速度傳感器和數據通信結構的設計電路

2.3 數據存儲模塊

文中使用Nand芯片陣列組織實現數據存儲模塊設計，芯片的存儲空間為1 G，圖8為Nand芯片陣列組織的結構形式，通過圖7可以看出來，其地址線為8位總線，地址輸入是5個周期，結合使用地址、命令及數據，有效節約芯片空間，其中除了數據、地址和命令之外，此芯片還具有WE、CE、CLE等其他功能控制端口，其主要功能為芯片、讀寫、命令鎖存、地址鎖存等，其在芯片寫的過程中，能夠實現數據加載。芯片數據加載通過程序進行決定，數據編程通過芯片自身決定，其讀寫速度比較快，能夠有效滿足系統需求[11-12]，圖8為單片芯片的接口設計。

圖8 Nand芯片陣列組織的結構形式

圖9 單片芯片的接口設計

2.4 無線通信模塊

文中使用藍牙模塊作為無線通信模塊，圖10為無線通信模塊的實物和接口，此模塊在電路設計過程中是以藍牙技術為基礎，其能夠實現系統數據接口數據的傳輸，并且成本低、功耗低、體積小，能夠便于用戶在不同場合中使用，并且還具有自動休眠模式，其在數據傳輸過程中沒有字節的限制，模塊尺寸比較小，能夠有效滿足可穿戴設備的使用需求[13]。

圖10 無線通信模塊的實物和接口

3 系統服務平臺的設計

人體以不同年齡、生活習慣及身體健康程度為基礎，其適合生活環境也各不相同，生活環境舒適程度對人體生理健康造成了一定的影響。所以在實現系統服務平臺設計之前，要創建人體舒適度模型。人體舒適度主要包括環境及生理來各種舒適度模型，從而實現濕度、溫度及氣候、地域、人種的全面結合，實現人體舒適度模型的創建，表1為人體舒適度評估模型和參數的聯系[14]，圖11為創建的人體生理監測模型。

表1 人體舒適度評估模型和參數的聯系

圖11 創建的人體生理監測模型

網絡服務平臺屬于實現服務功能的媒介，其具有尤為重要的作用，在創建網絡服務平臺的時候，要利用專業網絡設計和服務器作為基礎，創建網絡服務平臺設備，從而能夠運行在服務平臺各功能模塊中，有效實現用戶體驗服務及管理人員內部的分析[15]。圖12為系統服務平臺循環管理結構，通過圖12可以看出來，系統服務平臺循環管理結構能夠實現線上線下的服務，從而擴大服務范圍。圖13為系統服務平臺管理的流程。

此管理模式不僅有領導的正確決策，還需要團隊文化，所以在創建系統的時候要實現全面發展管理文化，提高服務質量。

穿戴式學生體育運動體質監測主要是在學生身上穿戴，將手持的終端打開，將電腦和相關的軟件打開，就能夠對學生的體質進行檢測[16]，圖14為可穿戴學生體質監測的使用。

圖12 系統服務平臺循環管理結構

圖13 系統服務平臺管理的流程

圖14 可穿戴學生體質監測的使用

4 結束語

本文實現了穿戴式學生體育運動體質監測系統的設計，通過實驗表示本文所設計的系統能夠對學生體育運動前后整個過程的生理參數進行全面的檢測，從而為其進行科學的體育鍛煉指導，避免出現運動性暈厥的的情況。本文所設計的系統不僅能夠對學生運動情況進行評估，還能夠促進學生體質監測管理的發展，有效促進學生體育活動的開展。