CN108542370A

CN108542370A - 基于Arduino的健康运动监测分析系统及其监测分析方法

Info

Publication number: CN108542370A
Application number: CN201810465026.1A
Authority: CN
Inventors: 梁倩; 樊志敏
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2018-09-18

Abstract

本发明涉及一种基于Arduino的健康运动监测分析系统及其监测分析方法，该系统包括数据采集端、移动客户端和云服务器；数据采集端佩戴在人体上采集心率数据并将采集到的心率数据发送到移动客户端；移动客户端接收的心率数据进行监测及告警并将心率数据发送到云服务器端；云服务器端对移动客户端传递过来的数据进行分析，并对运动者提出合理健康运动建议。本发明有效地将心率传感器、Arduino开发板、移动客户端和云服务器端结合起来，能够对运动心率进行实时监测并对存储的心率数据进行统计分析，为合理健康运动提供了解决方案，当用户运动过程中超过最大安全心率标准时，给用户提醒或者警告；对运动数据进行采集分析，对用户下一阶段的运动提供最佳建议。

Description

基于Arduino的健康运动监测分析系统及其监测分析方法

技术领域

本发明属于传感器与智能信息技术技术领域，尤其是一种基于Arduino的健康运动监测分析系统及其监测分析方法。

背景技术

目前关于健康运动的穿戴设备和相应的软件已经很多，硬、软件环境也日益成熟。在提倡合理锻炼的环境下，目前大多数的运动类系统只有计算所运动的路程和时间，没有给运动者一个合理的运动量范围，不能对运动过量做出实时警报，也没有对运动者的运动做出分析，进而给运动者提供合理的运动量的建议。如何实时对运动者的运动做出分析并给运动者提供合理的运动量建议是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于Arduino的健康运动监测分析系统及其监测分析方法，能够对运动者是否运动过量进行实时监测，并对运动者的心率数据进行分析，从而促进运动者合理健康运动。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于Arduino的健康运动监测分析系统，包括数据采集端、移动客户端和云服务器；所述数据采集端佩戴在人体上采集心率数据并将采集到的心率数据发送到移动客户端；所述移动客户端接收的心率数据进行监测及告警并将心率数据发送到云服务器端；所述云服务器端对移动客户端传递过来的数据进行分析，并对运动者提出合理健康运动建议。

进一步，所述数据采集端由PulseSensor传感器、Arduino uno r3开发板和蓝牙模块依次连接构成；PulseSensor传感器的模拟信号输出线S与Arduino uno r3开发板的AD接口相连接，PulseSensor传感器的电源输入线和地线与开发板的电源输入端及GND相连接。

进一步，所述移动客户端包括安装在手机内的用户注册与登录模块、界面模块、警告功能模块和数据传输模块。

进一步，所述云服务器端包括数据库模块和数据分析模块；所述数据库模块包括用户信息表、原始数据表和数据分析表，所述用户信息表存储用户编号、密码、姓名、性别、年龄和体质信息，所述原始数据表为接收到的由app发出的原始心率数据，包括id、用户编号、心率、心率时间信息，所述数据分析表中存储对原始数据统计、计算后的数据；数据分析模块在每一次接收移动客户端传来的数据后都要对数据进行统计分析，得出最大运动心率、最小运动心率、平均心率的信息并存入数据分析表。

一种基于Arduino的健康运动监测分析系统的监测分析方法，包括以下步骤：

步骤1：利用PulseSensor传感器采集运动者的心率数据；

步骤2：将PulseSensor传感器采集的心率数据传送到Arduino开发板，Arduino开发板将传感器传入Arduino的模拟信号转换为数字信号；

步骤3：Arduino开发板通过蓝牙模块将PulseSensor传感器获取的心率数据传输到移动客户端；

步骤4：移动客户端将接收到的心率数据暂存在SQLite中，并对心率数据进行监测，当心率大于安全心率时向运动者发出警报；

步骤5：移动客户端将SQLite中的数据传输到云服务器端，云服务器端对移动客户端传递过来的数据进行存储及分析，得出对运动者的合理化建议并传送给移动客户端。

进一步，所述心率数据为运动者单位分钟内脉搏的次数。

进一步，在移动客户端和云服务器端之间，采用JSON数据交换格式进行数据的交换。

本发明的优点和积极效果是：

1、本监测分析系统有效地将心率传感器、Arduino开发板、移动客户端和云服务器端结合起来，能够对运动心率进行实时监测并对存储的心率数据进行统计分析，为合理健康运动提供了解决方案。

2、本发明根据用户在运动中最佳心率、最大安全心率等信息，当用户运动过程中超过最大安全心率标准时，给用户提醒或者警告；通过运动周期动态分析，在连续的多个运动周内，对运动数据进行采集分析，加以大数据分析，对用户下一阶段的运动提供最佳建议。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图；

图2是本发明的数据采集端电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

一种基于Arduino的健康运动监测分析系统，如图1所示，包括数据采集端、移动客户端和云服务器。所述数据采集端负责心率数据的采集，并将采集到的数据发送到移动客户端。由于心率数据的实时且准确的获取对本系统至关重要，因此，本数据采集终端采用心率传感器获取心率的实时数据，通过Arduino开发板将传感器传递的模拟信号转换为数字信号，并通过蓝牙模块将数字信号发送给移动客户端。移动客户端负责接收实时数据，并对心率数据进行监测，当心率大于安全心率时向运动者发出警报，同时移动客户端还将获得的心率数据发送到云服务器端。云服务器端主要对移动客户端传递过来的数据进行存储，并对存储的数据进行分析，得出对运动者的一些合理化建议。下面分别对系统的三个组成部分进行说明：

如图2所示，数据采集端由PulseSensor传感器、Arduino uno r3开发板和蓝牙模块连接构成。数据采集终端将PulseSensor传感器与Arduino开发板相连接，传感器就可以将获取的模拟信号传入Arduino开发板中，经AD可转换为数字信号，在Arduino IDE中编写心率计算程序并将程序烧录到Arduino硬件中，即可通过传感器传入的信号得到心率数据。通过Arduino与蓝牙模块的连接实现将数据实时通过蓝牙向移动客户端进行传输。在基于Android的移动客户端，通过使用开源蓝牙协议栈BlueZ的API接口函数设计应用程序，控制开发板蓝牙实现将数据传输到移动客户端，以上连接建立后可以通过移动客户端实现数据的接收和暂时存储。在本实施例中使用的PulseSensor传感器是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器,体积较小，可以佩戴在耳垂或手指上。PulseSensor传感器有三根引线，分别为模拟信号输出线S、电源输入线+和地线-，将传感器和Arduino开发板连接时，S引线接开发板的AD接口，+引线接开发板的5V或3.3V电源输入，-引线接开发板的GND。Arduino开发板由两部分组成，分别是Arduino硬件和Arduino软件即Arduino IDE。

所述移动客户端包括用户注册与登录模块、界面模块、警告功能模块、数据传输模块。在用户注册与登录模块中，新用户需要注册后才能使用本系统，用户的注册信息会保存到云服务器端的数据库中，以便服务器可以获取用户相应的个人信息并加以运算。在界面模块中，选用绿色背景移动客户端的主界面，象征健康运动；选用白色板块显示服务器返回的数据，采用目前警示标准变化颜色来标识适量合理的运动量；采用黄色标注近期在运动量和运动时间的超标，意在提醒用户注意运动量；此外在历史运动信息界面中，依据上述色块进行选取，确保客户使用时对于系统有整体感，同时也使得在数据传输中准确实现数据传输。警告模块是在用户的运动心率超过靶心率或最大安全心率时app会发出警告声。靶心率范围在60％与80％最大心率之间，它是判断有氧运动的重要依据，不同人群的靶心率是不同的。APP会根据用户在注册时输入自己的年龄、体质等个人信息计算不同用户的靶心率和最大安全心率。在用户运动结束后，可将暂存在SQLite中的数据传输到云服务器端。数据传输模块是在云服务器和Android客户端间，使用JSON(JavaScript Object Notation)信息数据交换格式进行数据传输，实现移动端和服务器端互交。JSON信息数据交换格式属于小型信息数据交换格式，一般情况下，JSON使用完全独立和语言文本格式便于客户阅读与编写，同时JSON具备数组与对象两种格式。

所述云服务器端包括数据库模块和数据分析模块。所述数据库模块包括三张表，它们分别是：用户信息表、原始数据表和数据分析表。用户信息表存储的是用户的基本信息，包括用户编号、密码、姓名、性别、年龄和体质等信息。原始数据表为接收到的由app发出的原始心率数据，由于心率数据的实时性强、数据量大的特点，本表存储的是一段较短时间内的平均心率，包括id、用户编号、心率、心率时间等信息。数据分析表中存储的是对原始数据统计、计算后的数据。在系统管理员输入用户名密码后可对系统用户、用户运动数据进行管理。服务器端的数据分析模块在每一次接收移动客户端传来的数据后都要对数据进行统计分析，得出最大运动心率、最小运动心率、平均心率的信息并存入数据分析表。当用户由客户端向服务器端发出请求时，将分析后的数据以及对运动的合理化建议传输到客户端供用户查看。

一种基于Arduino的健康运动监测分析方法，包括以下步骤：

步骤1：利用PulseSensor传感器取得单位分钟内脉搏的次数。

步骤2：将PulseSensor传感器采集的数据传送到Arduino开发板，Arduino开发板将传感器传入Arduino的模拟信号经AD转换为数字信号。

步骤3：将Arduino开发板通过蓝牙模块硬件与移动客户端相连接，并将传感器获取的数据传输到移动客户端。

步骤4：移动客户端将接收到的数据暂存在移动客户端SQLite中，并对心率数据进行监测，当心率大于安全心率时向运动者发出警报。

步骤5：移动客户端将SQLite中的数据传输到云服务器端，云服务器端对移动客户端传递过来的数据进行存储及分析，得出对运动者的一些合理化建议并传送给移动客户端。

在云服务器端和移动客户端之间，采用特定的信息数据交换格式JSON(JavaScript Object Notation)实现双方信息数据的交换。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于Arduino的健康运动监测分析系统，其特征在于：包括数据采集端、移动客户端和云服务器；所述数据采集端佩戴在人体上采集心率数据并将采集到的心率数据发送到移动客户端；所述移动客户端接收的心率数据进行监测及告警并将心率数据发送到云服务器端；所述云服务器端对移动客户端传递过来的数据进行分析，并对运动者提出合理健康运动建议。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino的健康运动监测分析系统，其特征在于：所述数据采集端由PulseSensor传感器、Arduino uno r3开发板和蓝牙模块依次连接构成；PulseSensor传感器的模拟信号输出线S与Arduino uno r3开发板的AD接口相连接，PulseSensor传感器的电源输入线和地线与开发板的电源输入端及GND相连接。

3.根据权利要求1所述的基于Arduino的健康运动监测分析系统其特征在于：所述移动客户端包括安装在手机内的用户注册与登录模块、界面模块、警告功能模块和数据传输模块。

4.根据权利要求1所述的基于Arduino的健康运动监测分析系统，其特征在于：所述云服务器端包括数据库模块和数据分析模块；所述数据库模块包括用户信息表、原始数据表和数据分析表，所述用户信息表存储用户编号、密码、姓名、性别、年龄和体质信息，所述原始数据表为接收到的由app发出的原始心率数据，包括id、用户编号、心率、心率时间信息，所述数据分析表中存储对原始数据统计、计算后的数据；数据分析模块在每一次接收移动客户端传来的数据后都要对数据进行统计分析，得出最大运动心率、最小运动心率、平均心率的信息并存入数据分析表。

5.一种如权利要求1至4任一项所述基于Arduino的健康运动监测分析系统的监测分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：利用PulseSensor传感器采集运动者的心率数据；

6.根据权利要求5所述的基于Arduino的健康运动监测分析系统的监测分析方法，其特征在于：所述心率数据为运动者单位分钟内脉搏的次数。

7.根据权利要求5所述的基于Arduino的健康运动监测分析系统的监测分析方法，其特征在于：在移动客户端和云服务器端之间，采用JSON数据交换格式进行数据的交换。