[发明专利]一种基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统和方法

权利要求书

1.一种基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述人体运动能耗评估系统包括运动参数采集模块、无线数据传输模块、心率监测模块和上位机；所述运动参数采集模块用于采集包括肢体的加速度、角速度、姿态角和/或翻滚角的姿态信息，包括至少一个微惯性传感单元、电源管理单元和单片机处理单元，所述微惯性传感单元包括降压稳流模块和九轴惯性传感器；所述降压稳流模块用于对所述运动参数采集模块的每个单元滤除杂波和稳定电压，所述九轴惯性传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计，分别用于采集人体运动的加速度值、肢体转动的角速度值和地磁强度；所述无线数据传输模块包括无线发射装置和无线接收装置，所述上位机包括人体运动能耗评估模块；所述单片机处理单元将所述微惯性传感单元和心率监测模块采集到的数据通过所述无线发射装置发送给所述上位机中的人体运动能耗评估模块。

2.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述人体运动能耗评估系统包括十个节点，分别位于身体的头部、骨盆、左大腿、左小腿、右大腿、右小腿、左上臂、左下臂、右上臂和右下臂；位于右下臂的节点由所述运动参数采集模块、无线数据传输模块和心率监测模块组成，其它节点由所述运动参数采集模块和无线数据传输模块组成。

3.根据权利要求2所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述右下臂节点还包括光电传感器和光电二极管；所述右下臂节点采用MEMS封装方法，并且所述光电传感器和光电二极管被设置于贴近用户的皮肤，以方便对用户心率的采集。

4.根据权利要求2所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述无线发射装置分为十个从机模块和一个主机模块，所述十个从机模块位于用于十个节点上，所述从机模块与所述主机模块遵循相同的通信信道、通信速率和校验方式，所述主机模块通过设置不同的接收地址将数据分包发送给所述人体运动能耗评估系统，从而完成数据交互。

5.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述单片机处理单元将所述微惯性传感单元和心率监测模块采集到的数据进行融合计算得到包括俯仰角、偏航角和/或翻滚角的姿态数据，并将这些姿态数据通过所述无线发射装置发送给与所述上位机中的人体运动能耗评估模块连接的所述无线接收装置；所述无线发射装置与所述单片机处理单元通过SPI通讯方式连接，用于实时上传所述姿态数据和接收指令。

6.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述运动参数采集模块的微惯性传感单元与所述单片机处理单元通过I2C串行通讯；所述电源管理模块为所述运动参数采集模块的其它部件供电，以提供充电和断电功能。

7.根据权利要求1所述的基于微惯性传感器的人体运动能耗评估系统，其特征在于，所述上位机的人体运动能耗评估模块用于接收、存储和处理来自所述微惯性传感单元和心率监测模块采集到的人体姿态数据，并在人体姿态数据的基础上进一步提取运动参数进行人体运动能耗评估。

8.一种基于微惯性传感器的人体运动能耗评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，用权利要求1-7任一项所述的人体运动能耗评估系统在身体的对应位置采集人体姿态数据；

步骤(2)，利用步骤(1)采集到的人体姿态数据，运用反向传播神经网络分析，将运动状态进行分类和显示；

步骤(3)，对用户健康状态进行评估，将用户的运动状态与相对心率相结合进行人体运动能量分析，对运动量过高或过低进行评估，同时对平稳运动中的心率突变给予预警。