智能运动袜

文合肥市第九中学 钱璟轩

运动时，很多人喜欢借助智能手环、智能腰带、智能手表等设备督促自己。由于受舒适度和携带的便利性所限，人们常常忘记穿戴，因此需要一款更加智能的穿戴设备。

我设计了一款基于物联网的智能运动袜，它能监测使用者的运动状态，通过运动监测模型分析用户的运动参数，从而制定个性化的运动方案。

一、设计方案

基于物联网的智能运动袜包括袜子本体和智能模块。袜子本体包括袜身和袜腰。袜腰为双层的空腔结构，内有智能模块。

智能模块包括电源模块、运动采集模块、单片机、运动监测模块、云平台及通信模块。运动采集模块包括脉搏传感器、GPS定位单元和加速度传感器。单片机将其获取的数据通过通信模块传输并存储至云平台，云平台通过移动蜂窝网与智能终端实现通信，供用户远程访问，并利用云平台的运动监测模块分析获取的运动时间、路程及节奏等信息，进行监测及预警。

脉搏传感器位于袜腰空腔内，它的感应探头部分通过内层测量孔与用户皮肤接触，采集的数据通过A/D转换器传输至单片机，实现用户心率的实时监测。

加速度传感器直接与单片机的I2C口连接，实时监测用户运动。GPS模块与单片机的USART2口连接，实时定位用户的位置，采集的数据包含标准定位时间、纬度、经度、相对位移、速度和相对位移方向。

通信模块选用型号为HC-06的蓝牙模块和SIM900A的GSM模块，蓝牙模块与单片机的USART3口连接，将单片机采集的数据传输至云平台。

用户所测的心率数据和运动信息在云平台中利用运动监测模型处理分析后，当用户心率值不在正常范围、运动量过大或运动量不足时，通过GSM模块发送预警提示信息到智能终端。

系统采用纽扣电池为各模块供电，电源模块与单片机的电源接口VDD和VSS连接，为系统提供稳定的直流电。加速度传感器内部自带三轴的加速度传感器、陀螺仪，可实时监测用户的运动步数、加速度和距离。将MPU6050加速度传感器与GPS、GSM模块结合，可实现用户运动位置的记录。

云平台不仅可以存储数据，还可存储多种算法和模型，包括数据分析模型、预警模型和推荐模型等。根据模型对采集的运动数据进行评估后，可以及时反馈个人运动负荷及进行疲劳预警，并通过算法构建个性化运动方案，根据运动强度推荐健康饮食套餐及保健知识。

图1 智能运动袜的总体设计

图2 智能运动袜的结构示意图

二、创新点

1.基于物联网的智能运动袜不仅能满足消费者对运动数据的记录，而且可以深层次地挖掘数据的价值。

2.与云平台结合，具有智能监测和推荐功能，可满足不同用户的需求。

基于物联网的智能运动袜设计合理、使用方便，是一款集运动、保健为一体的智能穿戴设备。