韓星月 鄒津婷 鄧亞民 張鴻彬 宋 陽

長(zhǎng)春大學(xué)旅游學(xué)院

0 引言

近年來，我國大力支持科技創(chuàng)新，且在人工智能領(lǐng)域有明顯突破。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、微處理技術(shù)、傳感器技術(shù)的進(jìn)步以及國民對(duì)生活品質(zhì)的追求，使得智能體脂秤得到普遍應(yīng)用。跟傳統(tǒng)體脂、體重秤不同的是，HL智能體脂秤采集到的數(shù)據(jù)和各項(xiàng)指標(biāo)能更加準(zhǔn)確、靈敏地感知人體細(xì)微變化，用戶直接在手機(jī)App上查看體脂健康等級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自身體重的更好監(jiān)測(cè)和管理。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的HL智能體脂秤系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。本項(xiàng)目將以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行智能健康管理。

1.2 BIA生物電阻抗法技術(shù)

BIA生物電阻抗法是一種通過電學(xué)方法測(cè)定人體水分的技術(shù)。將微弱的交流電信號(hào)導(dǎo)入人體時(shí)，電流會(huì)隨著電阻小、傳導(dǎo)性能好的體液流傳。水分的多少?zèng)Q定了電流經(jīng)過通路的寬度，可用阻抗的測(cè)定值來表示。通過測(cè)定阻抗算出人體構(gòu)成，利用人體水分與身高成正比、與人體阻抗R成反比這一原理進(jìn)行計(jì)算，電流流過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比，與橫截面成反比，即導(dǎo)體的體積可以用導(dǎo)體的長(zhǎng)度和電阻的函數(shù)來表示。

1.3 HL智能體脂秤方案原理

HL智能體脂秤可測(cè)量體重、骨量、肌肉量、脂肪率、蛋白質(zhì)含量、內(nèi)臟脂肪含量、體內(nèi)水分等數(shù)據(jù)。該電子秤收集的數(shù)據(jù)還能借助移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，從而分析身體的健康指標(biāo)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用微型稱重傳感器，將人的體重轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過處理器AD采樣及換算，便可得出體重?cái)?shù)據(jù)，主要功能是測(cè)量人體脂肪、水分、肌肉等。稱的表面有4個(gè)電極，用來測(cè)量人體的阻抗。因此，需要在智能體脂秤App上輸入性別、年齡、身高等信息，利用公式進(jìn)行推算。

由于人體存在阻抗，為了測(cè)量各部分的阻抗，可將人體分為左上肢、右上肢、軀干、左下肢和右下肢共5段。信號(hào)電路產(chǎn)生的正弦電流源作為系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)，通過電極施加到人體的相應(yīng)部位，從而比較準(zhǔn)確地測(cè)量和推算出使用者的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)硬件部分以高精度ADC芯片為主控板核心器件，傳感器部分包括稱重傳感器、紅外傳感器，反饋顯示模塊包括數(shù)碼管顯示板、語音識(shí)別、MP3播放，其他結(jié)構(gòu)包括承重板及無線通信模塊。硬件系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)框架

（1）主控核心模塊。包括單片機(jī)主控模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，以ADC高精度智能芯片作為核心控制器件，其優(yōu)勢(shì)是測(cè)量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)收集靈敏處理迅速，性能好，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理分析能力。（2）傳感器模塊。以微型稱重傳感器作為采集用戶身高體重的信號(hào)器件，壓力的采集范圍為0~200 kg；以人體紅外傳感器作為用戶開始、停止使用的信號(hào)采集，反饋現(xiàn)象為數(shù)碼管點(diǎn)亮及系統(tǒng)初始化。（3）反饋顯示模塊。數(shù)碼管用來顯示所測(cè)得的身高、體重、脂肪等數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確顯示計(jì)算結(jié)果，即體脂率，將其設(shè)置于承重板的一側(cè)，并具有與單片機(jī)主控模塊相連接的端口；語音識(shí)別模塊用來進(jìn)行人機(jī)交互溝通，通過嵌入的語音采集芯片進(jìn)行指令收集，并將結(jié)果送回主控芯片；MP3播放模塊用以播放最終體脂率結(jié)果。（4）其他模塊結(jié)構(gòu)中，將微型稱重傳感器設(shè)置于承重板下方，并收集施加在承重板上的重力信號(hào)；無線通信模塊板集成安裝于承重板之下，并具有與單片機(jī)主控模塊相連接的端口。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用的模塊化編程，把每個(gè)模塊單獨(dú)分開，并測(cè)試模塊是否正確，必須保證每個(gè)模塊測(cè)試正確，才能開始編寫主函數(shù)。每個(gè)模塊都給出相應(yīng)的接口，以便主函數(shù)調(diào)用，降低整個(gè)過程的難度。

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。體脂秤測(cè)量脂肪率和體內(nèi)水分是通過測(cè)量人體電阻大小來進(jìn)行核算的，脂肪多則電阻礙大，水分多則電阻礙小，從而判斷人體里的水分含量和脂肪含量。

圖2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

根據(jù)上述理論，軟件顯示部分設(shè)計(jì)如下：

脂肪質(zhì)量=體重－人體總水分÷0.73

其中，S表示身高（c m），R表示測(cè)量的人體電阻（Ω），W表示體重（kg），Sex表示性別（男=1，女= 0），Age表示年齡。

3.2 智能體脂秤App開發(fā)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的短距離通信技術(shù)，利用藍(lán)牙連接設(shè)備，記錄用戶在體重秤上數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行保存，最終形成一份體重?cái)?shù)據(jù)報(bào)告。

手機(jī)端App功能是對(duì)健康測(cè)量，對(duì)用戶體重、脂肪、水分、身體年齡、骨量和肌肉等身體成分和健康狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估，數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸至手機(jī)，為用戶科學(xué)分析身體狀況和各項(xiàng)數(shù)值水平；健康顧問分析用戶的身體狀況并形成報(bào)告，根據(jù)每個(gè)時(shí)段的身體狀況和日常生活習(xí)慣，為用戶提供個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)方案和膳食指導(dǎo)；數(shù)據(jù)分析記錄可選周期內(nèi)采集的體脂變化數(shù)據(jù)，分析周、月、年的體脂率變化趨勢(shì)；健康計(jì)劃可以一鍵設(shè)定結(jié)合自身體型特點(diǎn)的科學(xué)減脂體脂率健康計(jì)劃。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)樨S富人們生活的、實(shí)現(xiàn)方便、高效、新的商業(yè)模式，給消費(fèi)者帶來良好的體驗(yàn)，也給企業(yè)帶來巨大的潛力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用尤其出色，當(dāng)前的快節(jié)奏生活和普遍的不規(guī)律飲食，使越來越多人的健康發(fā)出危險(xiǎn)預(yù)警，HL智能體脂秤結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了健康管理，提升了用戶的幸福指數(shù)最大化，創(chuàng)造真正的智能體驗(yàn)。