基于物聯網的HL智能體脂秤系統設計與App實踐開發

韓星月 鄒津婷 鄧亞民 張鴻彬 宋 陽

長春大學旅游學院

0 引言

近年來，我國大力支持科技創新，且在人工智能領域有明顯突破。物聯網技術、微處理技術、傳感器技術的進步以及國民對生活品質的追求，使得智能體脂秤得到普遍應用。跟傳統體脂、體重秤不同的是，HL智能體脂秤采集到的數據和各項指標能更加準確、靈敏地感知人體細微變化，用戶直接在手機App上查看體脂健康等級，進而實現自身體重的更好監測和管理。

1 基于物聯網的HL智能體脂秤系統相關技術

1.1 物聯網技術

物聯網技術是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。本項目將以物聯網技術為基礎進行智能健康管理。

1.2 BIA生物電阻抗法技術

BIA生物電阻抗法是一種通過電學方法測定人體水分的技術。將微弱的交流電信號導入人體時，電流會隨著電阻小、傳導性能好的體液流傳。水分的多少決定了電流經過通路的寬度，可用阻抗的測定值來表示。通過測定阻抗算出人體構成，利用人體水分與身高成正比、與人體阻抗R成反比這一原理進行計算，電流流過導體時，導體的電阻與導體長度成正比，與橫截面成反比，即導體的體積可以用導體的長度和電阻的函數來表示。

1.3 HL智能體脂秤方案原理

HL智能體脂秤可測量體重、骨量、肌肉量、脂肪率、蛋白質含量、內臟脂肪含量、體內水分等數據。該電子秤收集的數據還能借助移動設備進行計算，從而分析身體的健康指標。硬件系統設計中，使用微型稱重傳感器，將人的體重轉換為電信號，經過處理器AD采樣及換算，便可得出體重數據，主要功能是測量人體脂肪、水分、肌肉等。稱的表面有4個電極，用來測量人體的阻抗。因此，需要在智能體脂秤App上輸入性別、年齡、身高等信息，利用公式進行推算。

由于人體存在阻抗，為了測量各部分的阻抗，可將人體分為左上肢、右上肢、軀干、左下肢和右下肢共5段。信號電路產生的正弦電流源作為系統的激勵信號，通過電極施加到人體的相應部位，從而比較準確地測量和推算出使用者的各項數據。

2 系統硬件構成

本系統硬件部分以高精度ADC芯片為主控板核心器件，傳感器部分包括稱重傳感器、紅外傳感器，反饋顯示模塊包括數碼管顯示板、語音識別、MP3播放，其他結構包括承重板及無線通信模塊。硬件系統框架如圖1所示。

圖1 硬件系統框架

（1）主控核心模塊。包括單片機主控模塊和數據采集模塊，以ADC高精度智能芯片作為核心控制器件，其優勢是測量準確，數據收集靈敏處理迅速，性能好，具有較強的數據處理分析能力。（2）傳感器模塊。以微型稱重傳感器作為采集用戶身高體重的信號器件，壓力的采集范圍為0~200 kg；以人體紅外傳感器作為用戶開始、停止使用的信號采集，反饋現象為數碼管點亮及系統初始化。（3）反饋顯示模塊。數碼管用來顯示所測得的身高、體重、脂肪等數據，并準確顯示計算結果，即體脂率，將其設置于承重板的一側，并具有與單片機主控模塊相連接的端口；語音識別模塊用來進行人機交互溝通，通過嵌入的語音采集芯片進行指令收集，并將結果送回主控芯片；MP3播放模塊用以播放最終體脂率結果。（4）其他模塊結構中，將微型稱重傳感器設置于承重板下方，并收集施加在承重板上的重力信號；無線通信模塊板集成安裝于承重板之下，并具有與單片機主控模塊相連接的端口。

3 軟件系統設計

軟件設計采用的模塊化編程，把每個模塊單獨分開，并測試模塊是否正確，必須保證每個模塊測試正確，才能開始編寫主函數。每個模塊都給出相應的接口，以便主函數調用，降低整個過程的難度。

3.1 軟件系統設計流程

軟件系統設計流程如圖2所示。體脂秤測量脂肪率和體內水分是通過測量人體電阻大小來進行核算的，脂肪多則電阻礙大，水分多則電阻礙小，從而判斷人體里的水分含量和脂肪含量。

圖2 軟件系統設計流程

根據上述理論，軟件顯示部分設計如下：

脂肪質量=體重－人體總水分÷0.73

其中，S表示身高（c m），R表示測量的人體電阻（Ω），W表示體重（kg），Sex表示性別（男=1，女= 0），Age表示年齡。

3.2 智能體脂秤App開發

基于物聯網技術的短距離通信技術，利用藍牙連接設備，記錄用戶在體重秤上數據信息并進行保存，最終形成一份體重數據報告。

手機端App功能是對健康測量，對用戶體重、脂肪、水分、身體年齡、骨量和肌肉等身體成分和健康狀態進行全面評估，數據通過藍牙傳輸至手機，為用戶科學分析身體狀況和各項數值水平；健康顧問分析用戶的身體狀況并形成報告，根據每個時段的身體狀況和日常生活習慣，為用戶提供個性化的運動方案和膳食指導；數據分析記錄可選周期內采集的體脂變化數據，分析周、月、年的體脂率變化趨勢；健康計劃可以一鍵設定結合自身體型特點的科學減脂體脂率健康計劃。

4 結束語

物聯網技術將互聯網數據的對象轉變為豐富人們生活的、實現方便、高效、新的商業模式，給消費者帶來良好的體驗，也給企業帶來巨大的潛力。物聯網技術在智能家居上的應用尤其出色，當前的快節奏生活和普遍的不規律飲食，使越來越多人的健康發出危險預警，HL智能體脂秤結合物聯網技術實現了健康管理，提升了用戶的幸福指數最大化，創造真正的智能體驗。