向瑋

（陜西學(xué)前師范學(xué)院陜西西安710100）

在現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步的過程中，其促進(jìn)了社會的持續(xù)進(jìn)步，并且計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被廣泛在各個行業(yè)中使用，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促進(jìn)了現(xiàn)代行業(yè)服務(wù)和應(yīng)用創(chuàng)新，包括體育領(lǐng)域[1]?？纱┐魇綄W(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的理想狀態(tài)就是通過可穿戴式裝置實(shí)現(xiàn)人體生理參數(shù)數(shù)據(jù)的收集，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)到云端自動傳送，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及處理，將數(shù)據(jù)收集的結(jié)果對教師及專家團(tuán)隊(duì)發(fā)送使其進(jìn)行分析，最后給出針對性的診斷及科學(xué)的訓(xùn)練指導(dǎo)，從而能夠有效提高學(xué)生體育鍛煉過程中的效果，避免出現(xiàn)運(yùn)動性昏厥的情況，還能夠?qū)崿F(xiàn)亞健康群體的預(yù)警，全面監(jiān)控體育運(yùn)動整個過程的鍛煉負(fù)荷及體能恢復(fù)情況[2]?；诖耍闹袑?shí)現(xiàn)了穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。

1 體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的重要性

創(chuàng)建可穿戴體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)屬于順應(yīng)科技發(fā)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(yùn)動過程中對自身具體情況的掌握。圖1為體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的測量指標(biāo)。

圖1 體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的測量指標(biāo)

要求可穿戴學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)為具有便捷性、差異化服務(wù)、獨(dú)特性及互動性。其中快捷性指的是能夠?qū)⑾到y(tǒng)檢測的參數(shù)短時間內(nèi)進(jìn)行分析和處理，并且對用戶群體進(jìn)行反饋；互動性指的是用戶和系統(tǒng)能夠具有互動性；獨(dú)特性指的是能夠利用線上線下實(shí)現(xiàn)身體參數(shù)的評估[3]。

1.2 體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計的穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括Android智能終端及運(yùn)動信息收集，圖2為穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

圖2 穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)動數(shù)據(jù)收集示意圖

人體運(yùn)動信息收集系統(tǒng)主要包括微控制器、加速度傳感器、無線通信和數(shù)據(jù)存儲4個部分。系統(tǒng)收集指的是對學(xué)生運(yùn)動信息進(jìn)行收集，之后對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，從而得到運(yùn)動員運(yùn)動負(fù)荷信息，最后利用無線傳輸模塊將此處理之后的結(jié)果到Android智能終端進(jìn)行傳輸，之后實(shí)現(xiàn)運(yùn)動結(jié)果的顯示和記錄。系統(tǒng)還能夠?qū)⑹占瘮?shù)據(jù)進(jìn)行保存，然后利用具體數(shù)據(jù)對人體運(yùn)動細(xì)節(jié)進(jìn)行全面的觀察[4-5]，圖3為系統(tǒng)運(yùn)動收集的結(jié)構(gòu)。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)動收集的結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

圖4為運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)，其能夠獲得人體的運(yùn)動信息。

圖4 運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)就是全面監(jiān)控學(xué)生的穿戴，其監(jiān)測設(shè)計的核心就是使用處理器，實(shí)現(xiàn)電源模塊、體溫傳感器和心率傳感器有效配置，之后將其進(jìn)行有效整合，全面檢測學(xué)生運(yùn)動時候的系數(shù)。系統(tǒng)終端模塊使用ARM處理器，其內(nèi)部具有高速運(yùn)轉(zhuǎn)儲存儀器，其具有全面外設(shè)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(yùn)行性能，并且成本較低[6-7]。

2.1 信息收集模塊

系統(tǒng)信息收集模塊使用數(shù)字加速度傳感器作為系統(tǒng)加速度測量的芯片，圖4為數(shù)字加速度傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。三軸加速度傳感器能夠?qū)⒓铀俣茸兓锢砹哭D(zhuǎn)變電信號，之后將電信號通過AD轉(zhuǎn)換之后利用數(shù)字濾波，將測量結(jié)果到處理中心傳輸，最后通過SPI和IIC總線和傳輸數(shù)據(jù)連接[8-9]。

圖4 數(shù)字加速度傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

2.2 串行通信接口

使用IIC串行通信結(jié)構(gòu)，其較為有效并且簡單，只需要兩條線就能夠是會喜愛呢數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，屬于微電子通信控制領(lǐng)域中使用最為廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)[10]。圖6為系統(tǒng)串行接口的工作原理。

圖6 系統(tǒng)串行接口的工作原理

圖7為加速度傳感器和數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計電路：

圖7 加速度傳感器和數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計電路

2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊

文中使用Nand芯片陣列組織實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計，芯片的存儲空間為1 G，圖8為Nand芯片陣列組織的結(jié)構(gòu)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(jié)合使用地址、命令及數(shù)據(jù)，有效節(jié)約芯片空間，其中除了數(shù)據(jù)、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?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)加載。芯片數(shù)據(jù)加載通過程序進(jìn)行決定，數(shù)據(jù)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(tǒng)需求[11-12]，圖8為單片芯片的接口設(shè)計。

圖8 Nand芯片陣列組織的結(jié)構(gòu)形式

圖9 單片芯片的接口設(shè)計

2.4 無線通信模塊

文中使用藍(lán)牙模塊作為無線通信模塊，圖10為無線通信模塊的實(shí)物和接口，此模塊在電路設(shè)計過程中是以藍(lán)牙技術(shù)為基礎(chǔ)，其能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸過程中沒有字節(jié)的限制，模塊尺寸比較小，能夠有效滿足可穿戴設(shè)備的使用需求[13]。

圖10 無線通信模塊的實(shí)物和接口

3 系統(tǒng)服務(wù)平臺的設(shè)計

人體以不同年齡、生活習(xí)慣及身體健康程度為基礎(chǔ)，其適合生活環(huán)境也各不相同，生活環(huán)境舒適程度對人體生理健康造成了一定的影響。所以在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)平臺設(shè)計之前，要創(chuàng)建人體舒適度模型。人體舒適度主要包括環(huán)境及生理來各種舒適度模型，從而實(shí)現(xiàn)濕度、溫度及氣候、地域、人種的全面結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人體舒適度模型的創(chuàng)建，表1為人體舒適度評估模型和參數(shù)的聯(lián)系[14]，圖11為創(chuàng)建的人體生理監(jiān)測模型。

表1 人體舒適度評估模型和參數(shù)的聯(lián)系

圖11 創(chuàng)建的人體生理監(jiān)測模型

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺屬于實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能的媒介，其具有尤為重要的作用，在創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的時候，要利用專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和服務(wù)器作為基礎(chǔ)，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺設(shè)備，從而能夠運(yùn)行在服務(wù)平臺各功能模塊中，有效實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)服務(wù)及管理人員內(nèi)部的分析[15]。圖12為系統(tǒng)服務(wù)平臺循環(huán)管理結(jié)構(gòu)，通過圖12可以看出來，系統(tǒng)服務(wù)平臺循環(huán)管理結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)線上線下的服務(wù)，從而擴(kuò)大服務(wù)范圍。圖13為系統(tǒng)服務(wù)平臺管理的流程。

此管理模式不僅有領(lǐng)導(dǎo)的正確決策，還需要團(tuán)隊(duì)文化，所以在創(chuàng)建系統(tǒng)的時候要實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展管理文化，提高服務(wù)質(zhì)量。

穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測主要是在學(xué)生身上穿戴，將手持的終端打開，將電腦和相關(guān)的軟件打開，就能夠?qū)W(xué)生的體質(zhì)進(jìn)行檢測[16]，圖14為可穿戴學(xué)生體質(zhì)監(jiān)測的使用。

圖12 系統(tǒng)服務(wù)平臺循環(huán)管理結(jié)構(gòu)

圖13 系統(tǒng)服務(wù)平臺管理的流程

圖14 可穿戴學(xué)生體質(zhì)監(jiān)測的使用

4 結(jié)束語

本文實(shí)現(xiàn)了穿戴式學(xué)生體育運(yùn)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，通過實(shí)驗(yàn)表示本文所設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生體育運(yùn)動前后整個過程的生理參數(shù)進(jìn)行全面的檢測，從而為其進(jìn)行科學(xué)的體育鍛煉指導(dǎo)，避免出現(xiàn)運(yùn)動性暈厥的的情況。本文所設(shè)計的系統(tǒng)不僅能夠?qū)W(xué)生運(yùn)動情況進(jìn)行評估，還能夠促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)監(jiān)測管理的發(fā)展，有效促進(jìn)學(xué)生體育活動的開展。