健康運動的數(shù)據(jù)監(jiān)測和功能設(shè)計分析

　　實時監(jiān)測健康運動，根據(jù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行探索是在運動類項目中的對心率監(jiān)測，從而對運動者發(fā)出警報，并能夠提供合理運動建議系統(tǒng)。下面文章主要利用心率傳感器和安卓開發(fā)對運動者的心率及其他指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，將獲得的數(shù)據(jù)傳向手機客戶端并發(fā)送到云端服務(wù)器。根據(jù)向手機客戶端傳送的數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，提醒運動者是否終止或減輕運動量，通過服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分析，提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)，讓運動者調(diào)整下一步的運動，從而有利于健康。

　　關(guān)鍵詞：心率傳感器,arduino開發(fā)板,健康運動,云服務(wù)器

　　目前關(guān)于健康運動的穿戴設(shè)備和相應(yīng)的軟件比較多，硬、軟件環(huán)境成熟。在提倡合理鍛煉的環(huán)境下，目前大多數(shù)的運動類系統(tǒng)只有計算所運動的路程和時間，沒有給運動者一個合理的運動量范圍，對運動過量做出實時警報，也沒有對運動者的運動做出分析，進(jìn)而給運動者提供合理的運動量的建議。健康運動的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將根據(jù)該不足做出填補，將有利于對運動者是否運動過量進(jìn)行實時檢測，并對運動者的心率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而促進(jìn)健康運動。

　　1 系統(tǒng)分析

　　生命在于運動，適量的運動有益于提高身體素質(zhì)，促進(jìn)身體健康，但是過量的運動也會引起身體的不適，損害身體的健康。心率是一個比較準(zhǔn)確、穩(wěn)定的反應(yīng)運動強度的指標(biāo)，保持適當(dāng)?shù)倪\動心率對于運動效果和運動安全都很重要。本系統(tǒng)將通過運動者心率的實時獲取進(jìn)而對運動量進(jìn)行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。

　　本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、移動客戶端和云服務(wù)器3部分組成。據(jù)采集端負(fù)責(zé)心率數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動客戶端。心率數(shù)據(jù)的實時且準(zhǔn)確地獲取對本系統(tǒng)至關(guān)重要。本系統(tǒng)將通過心率傳感器獲取心率的實時數(shù)據(jù)，通過開發(fā)板將傳感器傳遞的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過藍(lán)牙模塊將數(shù)字信號發(fā)送給移動客戶端。移動客戶端負(fù)責(zé)接受實時數(shù)據(jù)，并對心率數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，當(dāng)心率大于安全心率時向運動者發(fā)出警報。移動客戶端還需將獲得的心率數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器端。云服務(wù)器端主要對移動客戶端傳遞過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出對運動者的一些合理化建議。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 數(shù)據(jù)采集端設(shè)計

　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端由PulseSensor傳感器、arduino uno r3開發(fā)板和藍(lán)牙模塊組成。

　　PulseSensor傳感器是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器，體積較小，可以佩戴在耳垂或手指上。PulseSensor傳感器有3根引線，分別為模擬信號輸出線S、電源輸入線+和地線-，將傳感器和arduino開發(fā)板連接時，S引線接開發(fā)板的AD接口，+引線接開發(fā)板的5V或3.3V電源輸入，-引線接開發(fā)板的GND。連接好后，可將傳感器獲取的模擬信號傳入arduino開發(fā)板中。

　　arduino開發(fā)板由兩部分組成，分別是arduino硬件和arduino軟件即arduino IDE。傳感器傳入arduino的模擬信號經(jīng)AD可轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，我們需在arduino IDE中使用C語言編寫心率計算程序并將程序燒錄到arduino硬件中，便可通過傳感器傳入的信號得到心率數(shù)據(jù)。

　　由于心率數(shù)據(jù)的實時性的特點，心率數(shù)據(jù)的傳輸是整個系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵技術(shù)，目前通信傳輸種類很多，在不受用戶活動狀態(tài)、記錄時間和地點的限制條件下，根據(jù)藍(lán)牙應(yīng)用開發(fā)的特點，本系統(tǒng)設(shè)計了通過arduino的藍(lán)牙模塊傳輸數(shù)據(jù)到藍(lán)牙手機的數(shù)據(jù)傳輸方案，本系統(tǒng)搭建了基于 Android 的移動客戶平臺，通過使用開源藍(lán)牙協(xié)議棧BlueZ的API接口函數(shù)設(shè)計應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)藍(lán)牙傳輸功能，控制電路板藍(lán)牙實現(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿佣耍⑦B接后通過移動客戶端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和暫時存儲。

　　2.2 移動客戶端設(shè)計

　　(1)用戶注冊登錄。新用戶需要注冊后才能使用本系統(tǒng)，用戶的注冊信息會保存到云服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中。

　　(2)警告功能。靶心率是指通過有氧運動提高心血管循環(huán)系統(tǒng)的機能時有效而安全的運動心率。靶心率范圍在最大心率的60%～80%，它是判斷有氧運動的重要依據(jù)。不同人群的靶心率是不同的，用戶在注冊時會輸入自己的年齡和體質(zhì)，APP會根據(jù)用戶的信息計算不同用戶的靶心率和最大安全心率，當(dāng)用戶的運動心率超過靶心率或最大安全心率時APP會發(fā)出警告聲。

　　(3)界面設(shè)計。移動客戶端主界面選擇綠色背景，象征健康運動。對于服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)用白色底板顯示，對于適量合理的運動數(shù)據(jù)用黑色字體顯示。對于近期在運動量和運動時間的超標(biāo)采用黃色標(biāo)注，意在提醒用戶注意運動量。此外對于歷史運動信息界面而言，界面設(shè)計應(yīng)該依據(jù)上述色塊進(jìn)行選取，確保客戶使用時對于系統(tǒng)有整體感，同時也使得在數(shù)據(jù)傳輸中準(zhǔn)確實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　(4)數(shù)據(jù)傳輸。用戶運動結(jié)束后，可將暫存在SQLLite中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器端。在云服務(wù)器和 Android 應(yīng)用間，必須利用特定的信息數(shù)據(jù)交換格式才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，使用這些技術(shù)便于實現(xiàn)雙方信息數(shù)據(jù)的交換，而數(shù)據(jù)的交換格式一般有 XML 與 JSON。XML 指的是可拓展的標(biāo)記語言，應(yīng)用在標(biāo)記電子文件中，可以使其具備結(jié)構(gòu)性。XML語言和 HTML 語言十分類似，都允許用戶實現(xiàn)自定義標(biāo)簽，擴展性相對良好。

　　JSON屬于小型信息數(shù)據(jù)交換格式，一般情況下，JSON 使用完全獨立和語言文本格式便于客戶閱讀與編寫，同時JSON 具備數(shù)組與對象兩種格式。在 XML 與 JSON 文字使用方面，能夠利用更為精簡文字信息有效表達(dá)更多的內(nèi)容，這樣能在一定程度上減小所攜帶信息數(shù)據(jù)，同時由于數(shù)據(jù)信息大小降低節(jié)約的傳輸時間，有利于提高數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)的傳輸效率。因此在健康運動的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用了 JSON 信息數(shù)據(jù)交換格式，實現(xiàn)移動端和服務(wù)器端互交。

　　2.3 云服務(wù)器端設(shè)計

　　(1)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用SQL server，主要設(shè)計有3張表，它們分別是：用戶信息表，原始數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)分析表。用戶信息表存儲的是用戶的基本信息，包括用戶編號、密碼、姓名、性別、年齡、體質(zhì)等信息。原始數(shù)據(jù)表為接收到的由APP發(fā)出的原始心率數(shù)據(jù)，由于心率數(shù)據(jù)的實時性強、數(shù)據(jù)量大的特點，本表存儲的是一段較短時間內(nèi)的平均心率、包括id、用戶編號、心率、心率時間等信息。數(shù)據(jù)分析表中存儲的是對原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算后的數(shù)據(jù)。

　　(2)云服務(wù)器端主要功能

　　本系統(tǒng)服務(wù)器端使用c#語言在.net環(huán)境中開發(fā)。系統(tǒng)管理員輸入用戶名密碼后可對系統(tǒng)用戶、用戶運動數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分析模塊在每一次接收移動客戶端傳來的數(shù)據(jù)后都要對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出最大運動心率、最小運動心率、平均心率的信息并存入數(shù)據(jù)分析表。當(dāng)用戶由客戶端向服務(wù)器端發(fā)出請求時，將分析后的數(shù)據(jù)以及對運動的合理化建議傳輸?shù)娇蛻舳斯┯脩舨榭础?/p>

　　結(jié)語

　　本系統(tǒng)有效地將傳感器、開發(fā)板、移動客戶端app開發(fā)和服務(wù)器端系統(tǒng)設(shè)計結(jié)合起來，能夠?qū)\動心率進(jìn)行實時監(jiān)測并對存儲的心率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，為合理健康運動提供了解決方案。

　　參考文獻(xiàn)：

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