文合肥市第九中學(xué) 錢璟軒

運(yùn)動(dòng)時(shí)，很多人喜歡借助智能手環(huán)、智能腰帶、智能手表等設(shè)備督促自己。由于受舒適度和攜帶的便利性所限，人們常常忘記穿戴，因此需要一款更加智能的穿戴設(shè)備。

我設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)動(dòng)襪，它能監(jiān)測(cè)使用者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模型分析用戶的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而制定個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)方案。

一、設(shè)計(jì)方案

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)動(dòng)襪包括襪子本體和智能模塊。襪子本體包括襪身和襪腰。襪腰為雙層的空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)有智能模塊。

智能模塊包括電源模塊、運(yùn)動(dòng)采集模塊、單片機(jī)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、云平臺(tái)及通信模塊。運(yùn)動(dòng)采集模塊包括脈搏傳感器、GPS定位單元和加速度傳感器。單片機(jī)將其獲取的數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸并存儲(chǔ)至云平臺(tái)，云平臺(tái)通過移動(dòng)蜂窩網(wǎng)與智能終端實(shí)現(xiàn)通信，供用戶遠(yuǎn)程訪問，并利用云平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊分析獲取的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、路程及節(jié)奏等信息，進(jìn)行監(jiān)測(cè)及預(yù)警。

脈搏傳感器位于襪腰空腔內(nèi)，它的感應(yīng)探頭部分通過內(nèi)層測(cè)量孔與用戶皮膚接觸，采集的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器傳輸至單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)用戶心率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

加速度傳感器直接與單片機(jī)的I2C口連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶運(yùn)動(dòng)。GPS模塊與單片機(jī)的USART2口連接，實(shí)時(shí)定位用戶的位置，采集的數(shù)據(jù)包含標(biāo)準(zhǔn)定位時(shí)間、緯度、經(jīng)度、相對(duì)位移、速度和相對(duì)位移方向。

通信模塊選用型號(hào)為HC-06的藍(lán)牙模塊和SIM900A的GSM模塊，藍(lán)牙模塊與單片機(jī)的USART3口連接，將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)。

用戶所測(cè)的心率數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)信息在云平臺(tái)中利用運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模型處理分析后，當(dāng)用戶心率值不在正常范圍、運(yùn)動(dòng)量過大或運(yùn)動(dòng)量不足時(shí)，通過GSM模塊發(fā)送預(yù)警提示信息到智能終端。

系統(tǒng)采用紐扣電池為各模塊供電，電源模塊與單片機(jī)的電源接口VDD和VSS連接，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電。加速度傳感器內(nèi)部自帶三軸的加速度傳感器、陀螺儀，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)步數(shù)、加速度和距離。將MPU6050加速度傳感器與GPS、GSM模塊結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)用戶運(yùn)動(dòng)位置的記錄。

云平臺(tái)不僅可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可存儲(chǔ)多種算法和模型，包括數(shù)據(jù)分析模型、預(yù)警模型和推薦模型等。根據(jù)模型對(duì)采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估后，可以及時(shí)反饋個(gè)人運(yùn)動(dòng)負(fù)荷及進(jìn)行疲勞預(yù)警，并通過算法構(gòu)建個(gè)性化運(yùn)動(dòng)方案，根據(jù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度推薦健康飲食套餐及保健知識(shí)。

圖1 智能運(yùn)動(dòng)襪的總體設(shè)計(jì)

圖2 智能運(yùn)動(dòng)襪的結(jié)構(gòu)示意圖

二、創(chuàng)新點(diǎn)

1.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)動(dòng)襪不僅能滿足消費(fèi)者對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的記錄，而且可以深層次地挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值。

2.與云平臺(tái)結(jié)合，具有智能監(jiān)測(cè)和推薦功能，可滿足不同用戶的需求。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)動(dòng)襪設(shè)計(jì)合理、使用方便，是一款集運(yùn)動(dòng)、保健為一體的智能穿戴設(shè)備。