穿戴式学生体育运动体质监测系统的设计研究

向玮

（陕西学前师范学院陕西西安710100）

在现代科技不断进步的过程中，其促进了社会的持续进步，并且计算机网络技术也被广泛在各个行业中使用，网络技术促进了现代行业服务和应用创新，包括体育领域[1]。可穿戴式学生体育运动体质监测系统的理想状态就是通过可穿戴式装置实现人体生理参数数据的收集，利用网络技术到云端自动传送，并且实现数据分析及处理，将数据收集的结果对教师及专家团队发送使其进行分析，最后给出针对性的诊断及科学的训练指导，从而能够有效提高学生体育锻炼过程中的效果，避免出现运动性昏厥的情况，还能够实现亚健康群体的预警，全面监控体育运动整个过程的锻炼负荷及体能恢复情况[2]。基于此，文中实现了穿戴式学生体育运动体质监测系统的设计。

1 体质监测系统的总体设计

1.1 体质监测系统的重要性

创建可穿戴体育运动体质监测系统属于顺应科技发展需求，使人们能够充分感受到科技，并且满足人们在体育运动过程中对自身具体情况的掌握。图1为体质监测系统的测量指标。

图1 体质监测系统的测量指标

要求可穿戴学生体育运动体质监测系统的设计特点为具有便捷性、差异化服务、独特性及互动性。其中快捷性指的是能够将系统检测的参数短时间内进行分析和处理，并且对用户群体进行反馈；互动性指的是用户和系统能够具有互动性；独特性指的是能够利用线上线下实现身体参数的评估[3]。

1.2 体质监测系统的大致结构

本文所设计的穿戴式学生体育运动体质监测系统主要包括Android智能终端及运动信息收集，图2为穿戴式学生体育运动体质监测系统示意图。

图2 穿戴式学生体育运动体质监测系统的运动数据收集示意图

人体运动信息收集系统主要包括微控制器、加速度传感器、无线通信和数据存储4个部分。系统收集指的是对学生运动信息进行收集，之后对收集到的数据进行实时处理，从而得到运动员运动负荷信息，最后利用无线传输模块将此处理之后的结果到Android智能终端进行传输，之后实现运动结果的显示和记录。系统还能够将收集数据进行保存，然后利用具体数据对人体运动细节进行全面的观察[4-5]，图3为系统运动收集的结构。

图3 系统运动收集的结构

2 系统的硬件设计

图4为运动体质监测系统的硬件设计结构，其能够获得人体的运动信息。

图4 运动体质监测系统的硬件设计结构

系统硬件设计的基础就是全面监控学生的穿戴，其监测设计的核心就是使用处理器，实现电源模块、体温传感器和心率传感器有效配置，之后将其进行有效整合，全面检测学生运动时候的系数。系统终端模块使用ARM处理器，其内部具有高速运转储存仪器，其具有全面外设及端口，其中包括多个高端定时器，并且还具有多个通信接口，具有较高的运行性能，并且成本较低[6-7]。

2.1 信息收集模块

系统信息收集模块使用数字加速度传感器作为系统加速度测量的芯片，图4为数字加速度传感器的内部电路结构。三轴加速度传感器能够将加速度变化物理量转变电信号，之后将电信号通过AD转换之后利用数字滤波，将测量结果到处理中心传输，最后通过SPI和IIC总线和传输数据连接[8-9]。

图4 数字加速度传感器的内部电路结构

2.2 串行通信接口

使用IIC串行通信结构，其较为有效并且简单，只需要两条线就能够是会喜爱呢数据传输任务，属于微电子通信控制领域中使用最为广泛的总线标准[10]。图6为系统串行接口的工作原理。

图6 系统串行接口的工作原理

图7为加速度传感器和数据通信结构的设计电路：

图7 加速度传感器和数据通信结构的设计电路

2.3 数据存储模块

文中使用Nand芯片阵列组织实现数据存储模块设计，芯片的存储空间为1 G，图8为Nand芯片阵列组织的结构形式，通过图7可以看出来，其地址线为8位总线，地址输入是5个周期，结合使用地址、命令及数据，有效节约芯片空间，其中除了数据、地址和命令之外，此芯片还具有WE、CE、CLE等其他功能控制端口，其主要功能为芯片、读写、命令锁存、地址锁存等，其在芯片写的过程中，能够实现数据加载。芯片数据加载通过程序进行决定，数据编程通过芯片自身决定，其读写速度比较快，能够有效满足系统需求[11-12]，图8为单片芯片的接口设计。

图8 Nand芯片阵列组织的结构形式

图9 单片芯片的接口设计

2.4 无线通信模块

文中使用蓝牙模块作为无线通信模块，图10为无线通信模块的实物和接口，此模块在电路设计过程中是以蓝牙技术为基础，其能够实现系统数据接口数据的传输，并且成本低、功耗低、体积小，能够便于用户在不同场合中使用，并且还具有自动休眠模式，其在数据传输过程中没有字节的限制，模块尺寸比较小，能够有效满足可穿戴设备的使用需求[13]。

图10 无线通信模块的实物和接口

3 系统服务平台的设计

人体以不同年龄、生活习惯及身体健康程度为基础，其适合生活环境也各不相同，生活环境舒适程度对人体生理健康造成了一定的影响。所以在实现系统服务平台设计之前，要创建人体舒适度模型。人体舒适度主要包括环境及生理来各种舒适度模型，从而实现湿度、温度及气候、地域、人种的全面结合，实现人体舒适度模型的创建，表1为人体舒适度评估模型和参数的联系[14]，图11为创建的人体生理监测模型。

表1 人体舒适度评估模型和参数的联系

图11 创建的人体生理监测模型

网络服务平台属于实现服务功能的媒介，其具有尤为重要的作用，在创建网络服务平台的时候，要利用专业网络设计和服务器作为基础，创建网络服务平台设备，从而能够运行在服务平台各功能模块中，有效实现用户体验服务及管理人员内部的分析[15]。图12为系统服务平台循环管理结构，通过图12可以看出来，系统服务平台循环管理结构能够实现线上线下的服务，从而扩大服务范围。图13为系统服务平台管理的流程。

此管理模式不仅有领导的正确决策，还需要团队文化，所以在创建系统的时候要实现全面发展管理文化，提高服务质量。

穿戴式学生体育运动体质监测主要是在学生身上穿戴，将手持的终端打开，将电脑和相关的软件打开，就能够对学生的体质进行检测[16]，图14为可穿戴学生体质监测的使用。

图12 系统服务平台循环管理结构

图13 系统服务平台管理的流程

图14 可穿戴学生体质监测的使用

4 结束语

本文实现了穿戴式学生体育运动体质监测系统的设计，通过实验表示本文所设计的系统能够对学生体育运动前后整个过程的生理参数进行全面的检测，从而为其进行科学的体育锻炼指导，避免出现运动性晕厥的的情况。本文所设计的系统不仅能够对学生运动情况进行评估，还能够促进学生体质监测管理的发展，有效促进学生体育活动的开展。