[发明专利]自行车运动能耗计算系统的方法

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。