[发明专利]自行车运动能耗计算系统的方法有效

专利信息
申请号: 201811273573.6 申请日: 2018-10-30
公开(公告)号: CN109126101B 公开(公告)日: 2020-08-14
发明(设计)人: 王伟;司华山;刘晓辉;陆伟;李章勇;冉鹏 申请(专利权)人: 重庆邮电大学
主分类号: A63B71/06 分类号: A63B71/06;A63B69/16;G16H20/30
代理公司: 重庆为信知识产权代理事务所(普通合伙) 50216 代理人: 余锦曦
地址: 400065*** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 自行车 运动 能耗 计算 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种自行车运动能耗计算系统,其特征在于:包括心率采集装置(1),该心率采集装置(1)的信号输出端连接有微处理器(2),所述微处理器(2)的输出端连接有无线模块(7),该无线模块(7)与终端(5)的心率信号采集端无线连接;

还包括力矩传感器(3),该力矩传感器(3)的信号输出端连接蓝牙模块(4),所述蓝牙模块(4)的输出端与所述终端(5)蓝牙连接;

所述终端(5)上设有人机交互模块(6),所述人机交互模块(6)用于对所述终端(5)输入数据。

2.根据权利要求1所述的自行车运动能耗计算系统,其特征在于:所述心率采集装置(1)固定安装在指夹(8)上,所述指夹(8)通过所述心率采集装置(1)的数据线连接有腕带(9),所述微处理器(2)和无线模块(7)均安装在腕带中。

3.根据权利要求2所述的自行车运动能耗计算系统,其特征在于:所述心率采集装置(1)为PPG信号采集装置,该PPG信号采集装置由双光源LED和光强探测器组成,所述双光源LED和光强探测器分别安装在指夹(8)的两个夹块内侧。

4.根据权利要求2所述的自行车运动能耗计算系统,其特征在于:所述腕带(9)为双层防水布料构成,在所述两层防水布料之间设有器件安装位和数据线通道,所述微处理器(2)和无线模块(7)固定安装在所述器件安装位上,所述心率采集装置(1)的数据线通过所述腕带(9)的数据线通道与所述微处理器(2)相连接。

5.根据权利要求1所述的自行车运动能耗计算系统,其特征在于:所述力矩传感器(3)安装在自行车五通处的中轴上,所述蓝牙模块(4)也安装在自行车五通处的中轴上,所述力矩传感器(3)通过数据线与所述蓝牙模块(4)连接。

6.根据权利要求1所述的自行车运动能耗计算系统,其特征在于:所述终端(5)为智能手机,所述人机交互模块(6)为触摸屏,用于输入数据以及显示数据信息。

7.一种自行车运动能耗计算系统的方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1:建立自行车运动能耗模型:

EE=β1H+β2W+β3A+β4HR+β5M

其中,EE为测试者的人体运动能量消耗,H表示测试者的身高,β1表示运动能量消耗与身高之间的回归系数,W表示测试者的体重,β2表示运动能量消耗与体重之间的回归系数,A表示测试者的年龄,β3表示运动能量消耗与年龄之间的回归系数,HR表示测试者每分钟的平均心率,β4表示运动能量消耗与实时心率之间的回归系数,M表示每分钟的平均力矩,β5表示运动能量消耗与实时力矩之间的回归系数;

S2:计算出自行车运动能耗模型的回归系数β1、β2、β3、β4和β5的值;

S3:将自行车运动能耗模型保存在终端(5)中;

S4:终端(5)通过人机交互界面(6)获得测试者的身高、体重以及年龄;

S5:通过心率采集装置(1)获得测试者运动状态下的心率值;

S6:通过力矩传感器(3)获得测试者运动过程中每分钟的平均力矩;

S7:根据自行车运动能耗模型计算出测试者运动的能量消耗量。

8.根据权利要求7所述的自行车运动能耗计算系统的方法,其特征在于:步骤S2中自行车运动能耗模型中的回归系数β1、β2、β3、β4和β5计算方法如下:

S21:自行车运动能耗模型的平方损失函数为:

S22:由于Q的极值点是偏导为零的点,对平方损失函数中的每个回归系数求导,得到方程组:

S23:通过进行n组实验,得到n组EE组成的矩阵

n组人体个性化参数组成矩阵

以及回归系数组成的矩阵

S24:利用步骤S3中的矩阵对方程组简化得:X′Xβ=X′EE;

S25:通过矩阵运算的特点分别在等式的两边同时乘X′X的逆矩阵,得β=X-1EE;

其中,EE和X的值在n组实验中获得,由此可得系数矩阵β的值。

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