TW201445495A - 體能與心臟強度辨識系統 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種體能與心臟強度辨識系統，其包含一健身裝置、一心電感測裝置、一辨識處理裝置及一顯示裝置。健身裝置係具有一電源模組，健身裝置經一使用者操作係產生一運作資料，運作資料係包含一輸出電壓及一輸出電流。心電感測裝置係感測使用者之心臟狀態，以產生一心電感測資料。辨識處理裝置係接收運作資料及心電感測資料，以對運作資料及心電感測資料進行辨識處理，以產生一體能強度資訊及一心臟強度資訊。顯示裝置係連接辨識處理裝置，以顯示體能強度資訊及心臟強度資訊。

Description

體能與心臟強度辨識系統

本發明是有關於一種辨識系統，特別是有關於一種體能與心臟強度辨識系統。

近年來，升斗小民生活於工作競爭與繁忙的社會中，經常容易忽略運動的重要性，經過台灣衛生署資料調查發現，心臟疾病的問題仍是國人所憂慮之部份。本發明人研讀諸多文獻與論文發現，人體體能與心臟強度會因年齡增長而漸漸衰退，而心跳數的快慢和生活作息與運動是有所關聯的，所以心跳管理在日常生活中是一門重要的課題。

然而在人體過度疲勞狀態，又加上過度運動時，有時會突然休克甚至猝死，主要因素與心臟有密切的關係。所以本發明人在考量了種種因素後，係發明一種可偵測體能與心臟強度之辨識系統，以檢測身體體能訊號與心臟強度，藉此判斷使用者體能與心臟強度有無正常狀態以及鍛鍊等級。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種可用以偵測使用者體能與心臟強度之辨識系統。

根據本發明之目的，提出一種體能與心臟強度辨識系統，其包含一健身裝置、一心電感測裝置、一辨識處理裝置及一顯示裝置。健身裝置係具有一電源模組，健身裝置經一使用者操作係產生一運作資料，運作資料係包含一輸出電壓及一輸出電流。心電感測裝置係感測使用者之心臟狀態，以產生一心電感測資料。辨識處理裝置係接收運作資料及心電感測資料，以對運作資料及心電感測資料進行辨識處理，以產生一體能強度資訊及一心臟強度資訊。顯示裝置係連接辨識處理裝置，以顯示體能強度資訊及心臟強度資訊。

較佳地，顯示裝置係包含一通訊模組，用以將體能強度資訊及心臟強度資訊傳輸至一外部裝置。

較佳地，外部裝置可為手機、平板電腦或筆記型電腦。

較佳地，顯示裝置可包含實驗室虛擬儀器工程平台(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, LabVIEW)。

較佳地，本發明所述之體能與心臟強度辨識系統，其更包含一訊號擷取裝置，係連接健身裝置、心電感測裝置及辨識處理裝置，用以將健身裝置及心電感測裝置分別所產生之運作資料及心電感測資料擷取出來，以傳輸至辨識處理裝置。

較佳地，訊號擷取裝置可包含USB-6009 DAQ資料擷取卡及Modbus通訊介面。

較佳地，運作資料還包含健身裝置之轉速，並包含經健身裝置依據輸出電壓及輸出電流所計算出之卡路里消耗量。

較佳地，辨識處理裝置係具有一儲存模組，以儲存複數個體能強度比對值及複數個心臟強度比對值，辨識處理裝置係辨識運作資料所對應之體能強度比值及辨識心電感測資料所對應之心臟強度比對值，進而產生體能強度資訊及心臟強度資訊。

較佳地，心電感測裝置係連接健身裝置，以接收由電源模組所提供之電力。

較佳地，心電感測裝置係包含一電池模組。

承上所述，本發明之體能與心臟強度辨識系統，係利用發電健身裝置及心電感測器來作為感測使用者體能及心臟強度數據之工具，並利用訊號擷取卡將該些數據取出並傳至可拓辨識裝置中進行處理，藉以辨識出該些數據所對應之數值進而產生體能及心臟強度資訊，最後再由LabVIEW以圖形化方式顯示該體能及心臟強度資訊，並可透過LabVIEW之通訊功能將體能及心臟強度資訊傳至使用者之手機、電腦，以供使用者了解自己的身體狀況。

100．．．體能與心臟強度辨識系統

1．．．健身裝置

11．．．電源模組

2．．．心電感測裝置

3．．．訊號擷取裝置

4．．．辨識處理裝置

41．．．儲存模組

5．．．顯示裝置

51．．．通訊模組

200．．．外部裝置

第1圖 係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之方塊圖。
第2圖 係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之實施例之流程圖。
第3圖 係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之實施例之架構圖。
第4圖 係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之實施例之心電感測之流程圖。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖，其係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之方塊圖。此體能與心臟強度辨識系統100主要包含健身裝置1、心電感測裝置2、訊號擷取裝置3、辨識處理裝置4及顯示裝置5，訊號擷取裝置3係連接健身裝置1、心電感測裝置2及辨識處理裝置4，辨識處理裝置4亦連接顯示裝置5。其中，心電感測裝置2、訊號擷取裝置3、辨識處理裝置4及顯示裝置5皆可裝設於健身裝置1中，以整合有一台設備，例如跑步機、重量訓練機、踩踏機等等，但不以此為限。健身裝置1係包含有一電源模組11，以提供該健身裝置1所需之電源，若心電感裝置2係連接於健身裝置1，則電源模組11亦可供電給心電感測裝置2；若心電感測裝置2為一獨立設備時，則心電感測裝置2則包含了一電池模組，較佳係為充電電池。

上述中，訊號擷取裝置3可包含包含USB-6009 DAQ資料擷取卡及Modbus通訊介面，USB-6009 DAQ資料擷取卡係用以擷取出健身裝置1及心電感測裝置2之訊號，Modbus通訊介面係用以將所擷取出之訊號傳至辨識處理裝置4。辨識處理裝置4係包含有一儲存模組41，儲存模組41係儲存了複數個體能強度比對值及複數個心臟強度比對值，此辨識處理裝置4係為一種可拓辨識系統，係利用「可拓理論」來執行資料辨識處理。顯示裝置5係包含有一通訊模組51，此顯示裝置5係包含了實驗室虛擬儀器工程平台(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, LabVIEW)，該通訊模組51即可為LabVIEW中所包含之遠端通訊功能，該顯示裝置5可經由通訊模組51電訊連接至一外部裝置200。此外部裝置200可為手機、平板電腦或筆記型電腦等等，但不以此為限。

上述中，健身裝置1經一使用者操作係產生一運作資料，此運作資料可包含一輸出電壓及一輸出電流，更進一步地包含有健身裝置1在使用時之轉速，並包含經該健身裝置1依據該輸出電壓及該輸出電流所計算出之卡路里消耗量。其中，該卡路里消耗量之運算，係依據輸出電壓及輸出電流計算出一輸出功率，再以輸出功率計算一能量，再由能量計算出卡路里消耗量。心電感測裝置2係感測使用者之心臟狀態，以產生一心電感測資料。訊號擷取裝置3可用以將健身裝置1及心電感測裝置2分別所產生之運作資料及心電感測資料擷取出來，並傳輸至辨識處理裝置4。辨識處理裝置4係接收運作資料及心電感測資料，以對運作資料及心電感測資料進行辨識處理，以產生一體能強度資訊及一心臟強度資訊。顯示裝置5係顯示體能強度資訊及心臟強度資訊，並可透過通訊模組51將體能強度資訊及心臟強度資訊傳至外部裝置200。其中，辨識處理裝置4係將運作資料與各體能強度值進行比對以產生出對應之體能強度資訊，並將心電感測資料與各心臟強度比對值進行比對以產生對應之心臟強度資訊。

為了使本領域之通常知識者可更了解本發明之技術，以下再以第2、第3及第4圖進行說明，其分別係為本發明之體能與心臟強度辨識系統之實施例之流程圖、架構圖及心電感測之流程圖。

本發明之體能與心臟強度辨識系統主要係透過心電感測器並搭配健身器來診斷身體體能訊號與心臟強度，藉由訊號擷取卡USB6009DAQ卡與量測通訊模組Modbus擷取使用者運動時之相關特徵，例如心跳訊號、心率變異度以及踩踏數據等等，即可量測運動前後體能不同與心臟強度之差距，並利用此辨識系統判斷使用者體能與心臟強度有無正常狀態以及鍛鍊等級。

此體能與心臟強度辨識系統係搭配自發電健身器及心電感測器，並配合USB6009DAQ卡、Modbus資料擷取卡整合成具體能與心臟強度診斷健身器。如第2及3圖所示，使用者在運用具發電健身器踩踏運動同時進行心電感測，利用資料擷取卡感測運動前與後之體能及心率變異度之數據資料，藉由可拓辨識系統診斷出體能與心臟強度判別。其中體能鑑別分為舒適踩踏、鍛鍊健身、心肺競賽與有氧致勝，心臟強度派別可分為不疲勞、較疲勞與非常疲勞，將數據以及顯示狀態運用虛擬儀表軟體呈現於各項通訊介面，例如手機、電腦等。如此一來，即可辨識使用者運動前後體能的差別，並透過此判斷來改進身體健康狀況，另外也可以將辨識軟體透過通訊系統設於健身房之監控站，並做為消費者在當下運動時所紀錄之各種資料，以備往後去健身房鍛鍊體能之依據。

此辨識系統設計概念主要了解人體運動學與健身器發電原理，從相關技術中找出人未運動前靜態之身體狀況，以及激烈運動後的情況，之後再利用擷取卡之方式擷取健身器與心電感測器相關特徵之物元，最後利用可拓理論來算出數值，並由程式判斷所屬類別。其運用可拓辨識法研發一套具有健康診斷系統，其辨識步驟包含取得心跳與健身器發電系統還有一些生理的狀況、建立預設特徵之物元、計算可拓距離、設定權重值與計算關聯函數，以方便日後使用。本發明可依據可拓理論必須先建立使用者身體情況之物元，並透過比較該待測身體情況與資料庫中身體健康狀況之關聯度大小來進行診斷。

本健身器利用直流發電機發電，利用發電機的特性原理，將取得輸出電壓與輸出電流，計算出發電機輸出功率，再運用功率來計算出能量，最後將能量轉換成騎乘時所消耗的卡路里。

心電感測則是利用一些生醫技術來量測人體在運動時所得到的一些數值，並用這些數據來找取出特徵，為了要找出這些特徵數值，設計一個簡易的心電感測器。而心電感測器原理主要來自於心臟。當心肌在活動時，也就是在心臟跳動的時候就會產生微小電流，利用高低通濾波放大器，來偵測心跳的頻率，並用此方式來判斷心臟跳動以及呈現波形，其流程可如第4圖所示。心電感測器可利用健身器所踩踏之發電電壓供應，也可取自9伏特乾電池。而後經可拓辨識系統產生出之體能及心跳資料可經由LabVIEW虛擬儀表監控軟體以圖表形式呈現，並可經由LabVIEW將各項資料傳送於使用者所使用之手機或電腦等，讓使用者可時時掌握並了解自己的體能及心臟狀態。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100．．．體能與心臟強度辨識系統

1．．．健身裝置

11．．．電源模組

2．．．心電感測裝置

3．．．訊號擷取裝置

4．．．辨識處理裝置

41．．．儲存模組

5．．．顯示裝置

51．．．通訊模組

200．．．外部裝置

Claims (10)

1. 一種體能與心臟強度辨識系統，其包含：
   一健身裝置，係具有一電源模組，該健身裝置經一使用者操作係產生一運作資料，該運作資料係包含一輸出電壓及一輸出電流；　
   一心電感測裝置，係感測該使用者之心臟狀態，以產生一心電感測資料；
   一辨識處理裝置，係接收該運作資料及該心電感測資料，以對該運作資料及該心電感測資料進行辨識處理，以產生一體能強度資訊及一心臟強度資訊；以及
   一顯示裝置，係連接該辨識處理裝置，以顯示該體能強度資訊及該心臟強度資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該顯示裝置係包含一通訊模組，用以將該體能強度資訊及該心臟強度資訊傳輸至一外部裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該外部裝置係為手機、平板電腦或筆記型電腦。
4. 如申請專利範圍第2項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該顯示裝置係包含實驗室虛擬儀器工程平台(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, LabVIEW)。
5. 如申請專利範圍第2項所述之體能與心臟強度辨識系統，其更包含一訊號擷取裝置，係連接該健身裝置、該心電感測裝置及該辨識處理裝置，用以將該健身裝置及該心電感測裝置分別所產生之該運作資料及該心電感測資料擷取出來，以傳輸至該辨識處理裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該訊號擷取裝置係包含USB-6009 DAQ資料擷取卡及Modbus通訊介面。
7. 如申請專利範圍第2項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該運作資料還包含該健身裝置之轉速，並包含經該健身裝置依據該輸出電壓及該輸出電流所計算出之卡路里消耗量。
8. 如申請專利範圍第7項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該辨識處理裝置係具有一儲存模組，以儲存複數個體能強度比對值及複數個心臟強度比對值，該辨識處理裝置係辨識該運作資料所對應之該體能強度比值及辨識該心電感測資料所對應之該心臟強度比對值，進而產生該體能強度資訊及該心臟強度資訊。
9. 如申請專利範圍第1項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該心電感測裝置係連接該健身裝置，以接收由該電源模組所提供之電力。
10. 如申請專利範圍第1項所述之體能與心臟強度辨識系統，其中該心電感測裝置係包含一電池模組。