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人体能量消耗和能量摄入之间的失衡有可能会导致慢性疾病的发生。人体能量消耗主要由运动能量消耗决定,运动能量消耗即运动过程中消耗的总能量,受到人体个性化参数、心率、运动强度和运动时间等因素的影响。论文的主要工作包括:
(1)提出一种基于基础能量消耗和运动对外能量消耗的复合模型,该模型综合了人体运动时的心率、加速度和个性化参数。通过分析人体心率与运动的关系,建立运动基础能量消耗和心率、个性化参数之间的线性回归模型。根据力学做功定义建立运动对外能量消耗和运动加速度、体重之间的计算关系。
(2)设计了运动能量消耗检测系统,系统主要包括心率采集节点和人体运动加速度采集设备。心率采集节点主要包括传感器、MCU和蓝牙模块,传感器采集人体脉搏信号来间接反应人体心率,MCU和蓝牙模块负责将采集的信号发送到Android终端;加速度数据来源于Android终端所自带的加速度传感器所采集。Android终端接收心率采集节点发送的信号并进行心率计数,然后综合人体的个性化参数和加速度值计算人体运动能量消耗值。
(3)设计跑步实验验证模型的精度。利用Matlab对实验过程中采集的数据进行多元线性回归分析,解析运动基础能量消耗与其相关参数之间的线性回归系数;提出了基于心率、加速度和人体个性化参数的人体运动能量消耗数学模型的泛化公式;最后将由泛化公式计算出来的人体运动能量消耗与跑步机上显示的运动能量消耗进行对比,验证其精度达到了95%以上。
本文建立的人体运动能量消耗模型,能满足人体运动能量消耗测量的要求。所设计的人体运动能量消耗的采集系统可以快捷、准确地采集人体运动时的心率和加速度。然后通过Android智能终端实现数据的分析和整合,并设计实验对模型的精度进行验证,达到了设计的预期目标。