自行车运动健康监测系统设计
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摘要：
基于自行车运动的健身方式日益受到人们青睐.为提高和保证运动健身效果,人们应进行合理科学的运动,即在一定运动强度范围内达到一定运动量.本文设计了一种应用于自行车运动的监测系统,通过融合心率,血氧饱和度和能量消耗值来表征运动强度和运动量,实时指导人们科学运动.本文主要工作如下:1.设计一个可穿戴式手套.该手套基于透射式检测方式实时获取人体脉搏波信号,其内部包括透射式探头,STM32L151微处理器,HC-8蓝牙模组,中轴力矩传感器和相应电路.2.设计一种抗运动干扰的心率和血氧饱和度计算方法.采用对比和均值替换去除突变点,采用FIR低通滤波去除高频干扰,采用形态学滤波去除基线漂移,并通过MATLAB进行仿真分析确定算法的可行性,为脉搏波信号上下极值点准确提取奠定基础,采用抗运动干扰计算方法准确计算出心率和血氧饱和度.3.设计了一种基于力矩与人体参数的自行车运动能耗模型.在分析现有运动能耗计算方法后,设计了一个与心率,身高,体重,年龄等人体参数相关的能耗模型,并通过11名志愿者实验采集的数据和最小二乘法确定模型的回归系数,并进行回归分析.4.基于专业骑行台设计完成验证实验.5名被试者同时佩戴手套和专业心率胸带后,在TACX专业平台完成实验.对照手套和心率胸带的数据可以发现,手套获取的心率误差小于5%.在准确获取心率的前提下,对模型计算出的能耗数据和平台能耗数据进行对比,发现两者之间相差小于2%,表明该系统具有一定的实用价值.本课题研究的监测系统实现了自行车运动时的人体健康状态监测,能够便捷,准确的反映人体运动强度和运动量,为科学运动提供技术支撑.
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