· ·· 西北師范大學碩士學位論文 第 1 章 緒論 智能穿戴設備概述 智能穿戴設備已經具有悠久的發(fā)展歷史，在 20 世紀 60 年代就呈現(xiàn)出相當規(guī)模的思 想和雛形，具有智能穿戴樣式的設備則涌現(xiàn)在 70~80 年代。史蒂夫曼的蘋果 II 6502 計 算機原型可穿戴計算機研究與發(fā)展是其中的代表[1]。智能穿戴設備伴隨著計算機軟硬件 標準化和互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的進程，設備的樣式以多樣化呈現(xiàn)，逐漸顯示出在工業(yè)、醫(yī)療、 軍事、教育、娛樂和許多其他潛在的應用領域重要的研究價值。 智能穿戴設備的快速發(fā)展已經迅速融入了生活的各個方面，它標志著人工智能化的 延深，人們不僅可以使用智能穿戴設備來探尋自身和外部的信息，更可以在計算機，互 聯(lián)網(wǎng)乃至其他條件的人為幫助下更加高效率的處理內外部信息，能夠實現(xiàn)更為無縫的交 流。智能穿戴設備的應用領域能夠分為體外進化領域和自我量化領域這兩大類[3]。 在體外進化領域中，這種類型的智能穿戴設備擁有幫助用戶提高獲取信息的感知能 力與處理能力 ，它的應用領域極其廣泛，文娛休閑或是信息交流再到行業(yè)的整體應用， 用戶都能夠經過具有各式各樣功能的智能穿戴設備來達到本身技能的加強和改進。其中 重要的參與者為各大高新科技公司中的智能手表或者智能眼鏡等樣式為主體，而不用依 賴其余的外部設備如手機等完成與用戶交互的功能。代表性的如谷歌，蘋果和麻省理工 學院等。 在自我量化領域中，較常見的分為醫(yī)療保健和戶外活動健身兩大應用領域[1]。在此 前，制造商主要參與醫(yī)療便攜式設備的檢測和處理，血壓，心率和提供醫(yī)療標志程序化， 形式更加多樣，包括醫(yī)療服，植入芯片等，代表廠商如 Bottle、First Warning、Nubba、 Philips 等。而后者，制造商主要參與的是戶外運動的專業(yè)和一些初創(chuàng)企業(yè)，以輕型便攜 式手鐲，手表配件為主要形式，體育鍛煉或戶外數(shù)據(jù)如能量消耗，實現(xiàn)心率、頻率、壓 力、潛水深度和高度指標的監(jiān)測分析和服務，代表公司如薩貢托、耐克、阿迪達斯、Fitbit 等。 智能穿戴設備的主流產品形態(tài)包括以手腕為支撐的 Watch 類（包括手表和腕帶等產 品），以腳為支撐的 Shoes 類（包括鞋、襪子或者將來的其他腿上佩戴產品），以頭部 為支撐的 Glass 類（包括眼鏡、頭盔、頭帶等），以及智能服裝、書包、拐杖、配飾等 各類非主流產品形態(tài)，智能穿戴設備主流產品佩戴示意圖如下圖 1.1 所示： 1 萬方數(shù)據(jù) 智能穿戴設備中人體運動能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設計和研究 圖 1.1 智能穿戴設備主流產品佩戴示意圖 人體運動能耗監(jiān)測系統(tǒng)研究的背景和意義 伴隨著社會的不斷進步與科技的快速發(fā)展，人們生活水平逐漸升高，同時社會上人 群中的肥胖癥、高血壓、心臟病以及糖尿病等慢性疾病日益增多給很多人帶來了身體和 心理的消極影響。在醫(yī)學領域中證明，人體不合理飲食產生的營養(yǎng)過?；蛘呱眢w中的能 量代謝失衡是導致慢性代謝性病的一個極重要的緣故，因此合理飲食和科學的鍛煉是極 其重要的。 對大多數(shù)人而言，合理的訓練強度能夠對人體的日常飲食和能量消耗的平衡起到關 鍵作用，同時又能夠提升人體的身體體能和健康程度。以運動健康品牌的智能穿戴設備， 如運動智能手環(huán)在國內外市場大放異彩，深受廣大人民的喜愛。 特別是其中能量消耗 監(jiān)測這一塊的功能，對人體健康運動的評估起著至關重要的作用。人體運動是人類行為 的一個重要部分，與健康和疾病有不可分割的關系。比如中等和高強度的鍛煉是有益于 人體健康，可以減少患心臟病，癌癥和死亡率降低。而當運動強度太高則會導致訓練傷 的發(fā)生，如各種軟骨損傷，韌帶和肌腱的結構損傷單元的損傷等。關于運動與健康、 訓 練與訓練效率之間研究的關鍵在于如何準確的評價人體運動。人體運動方式的多樣化， 運動形式極其復雜，對其正確測量較為困難。所以一套評估人體運動的規(guī)范標準 , 一 種客觀、準確、可靠的測量系統(tǒng)具有重要的研究意義。 2 萬方數(shù)據(jù) 西北師范大學碩士學位論文 論文的主要內容以及各章節(jié)安排 本系統(tǒng)是東南大學科技創(chuàng)業(yè)園，南京東大移動互聯(lián)技術有限公司的一項課題研究， 本人在其公司實習期間參與其中的研發(fā)工作。首先通過對課題的需求進行分析，設計并 實現(xiàn)了軟硬件平臺，完成了對加速度信號的采集、藍牙 4.0BLE 的協(xié)議棧配置和用戶端 管理軟件的設計，完成了藍牙傳輸網(wǎng)絡、MSP 處理中心和用戶中心三者之間的數(shù)據(jù)交換 和處理、以及能耗算法的實現(xiàn)。最后將能耗監(jiān)測系統(tǒng)進行組裝測試并對測試結果做了有 效性分析。 本文共分七章，各章主要內容安排如下： 第 1 章，緒論。介紹本課題的研究背景和意義，以及論文的主要內容和各章節(jié)的安 排。 第 2 章，人體運動中能量消耗的研究。首先，簡單介紹了人體中的能量代謝過程；， 介紹了人體運動中的能量消耗；其次給出了常見的能耗測量方法，最后

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