阅读说明：本技术 一种老人运动量分析系统 (Old man's amount of exercise analytic system ) 是由 林爱琴 杨少龙 寿雨薇 杨兵 张希 陈莹莹 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种老人运动量分析系统,其包括鞋垫、充电接口、重置按钮、数据接口、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元,其通过压力传感器和信号处理电路能够精确获取鞋垫底部所受压力,数据分析模块根据接收到的压力信号分析老人是正在行走还是站立,且通过步数计数单元和站立计时单元计算老人步行步数和站立时间,再老人站立时振动单元开始根据预设数据发处振动以对老人脚底进行按摩。(The invention provides an old man exercise amount analysis system which comprises an insole, a charging interface, a reset button, a data interface, external equipment, a pressure sensor, a signal processing circuit, a central processing unit, a data analysis module, a vibration unit, a step number comparison module, a step number counting unit, a standing timing unit, a standing comparison unit, a wireless transmission module, a first alarm unit and a second alarm unit.)

一种老人运动量分析系统

技术领域

本发明涉及健康监控领域，尤其涉及一种老人运动量分析系统。

背景技术

老年人各系统器官的功能下降，骨骼、肌肉、关节老化，运动方式选择不当易造成伤害。受老人欢迎的运动项目主要是太极拳、散步、气功、保健操、舞蹈、慢跑。这些项目均属有氧运动。是一种增强呼吸、心血管功能和改善新陈代谢过程的锻炼方法，运动强度低，持续时间长，安全有趣, 方便易行，很适合老年人。

现有技术中，老人对市场上的智能手机应用水平较低，且老人在慢走的过程中不能像年轻人一样连续行走，且未能准确计算老人的站立时间，因为站立对老人而言也是一种运动，因此亟待一种能够精确分析老人运动步数和站立时间的系统。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供了一种老人运动量分析系统，其包括鞋垫、充电接口、重置按钮、数据接口、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元，其通过压力传感器和信号处理电路能够精确获取鞋垫底部所受压力，数据分析模块根据接收到的压力信号分析老人是正在行走还是站立，且通过步数计数单元和站立计时单元计算老人步行步数和站立时间，再老人站立时振动单元开始根据预设数据发处振动以对老人脚底进行按摩。

本发明提供了的老人运动量分析系统，其包括鞋垫、充电接口、重置按钮、数据接口、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元。

其中，鞋垫设置于鞋的底部，充电接口、重置按钮以及数据接口均设置于鞋垫的一侧，压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元以及无线传输模块均设置于鞋垫内，第一报警单元和第二报警单元设置于老人手机内；外部设备通过数据接口与中央处理装置连接，压力传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，数据接口的输出端和信号处理电路的输出端均与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与数据分析模块的输入端连接，数据分析模块的输出端与步数计数单元的输入端连接，数据分析模块的输出端与站立计时单元的输入端连接，步数计数单元的输出端与步数比较模块的输入端连接，站立计时单元的输出端与站立比较模块的输入端连接，步数比较模块通过无线传输模块与第一报警单元连接，站立比较模块通过无线传输模块与第二报警单元连接，数据分析模块的输出端与振动单元的输入端连接，步数比较模块的输入端、站立比较模块的输入端以及振动单元的输入端均与中央处理装置的输出端连接。

其中，老人通过充电接口为老人运动量分析系统充电，老人通过外部设备输入老人的年龄、体重G、每天预设步数X、每天预设站立时间T、振动单元的振动频率f以及振动单元的振动幅值A，外设设备将上述数据通过数据接口传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的每天预设步数X传输至步数比较模块，中央处理装置将接收到的每天预设站立时间T传输至站立比较模块，中央处理装置将接收到的振动单元的振动频率以及振动单元的振动幅值传输至振动单元，压力传感器用于采集鞋垫所受压力信号，压力信号经过信号处理电路处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的压力信号传输至数据分析模块，数据分析模块对接收到的压力信号进行分析以判断老人此时是在步行还是站立，若老人此时在步行，则步数计数单元将步数进行累积计数，并将步数的累积计数值传输至步数比较单元，步数比较单元将接收到的步数的累积计数值与每天预设步数X进行比较，若步数比较单元将接收到的步数的累积计数值大于每天预设步数X，则步数比较单元通过无线传输模块触发第一报警单元进行报警，若老人此时在站立，则中央处理装置控制振动单元开始以振动频率f以及振动单元的振动幅值A开始振动作业，同时，站立计时单元开始计时，并将站立时间的累积计数值传输至站立比较单元，站立比较单元将接收到的站立时间的累积计数值与每天预设站立时间T进行比较，若站立比较单元将接收到的站立时间的累积计数值大于每天预设站立时间T，则站立比较单元通过无线传输模块触发第二报警单元进行报警。

其中，外部设备为电脑或手机。

其中，数据分析模块对接收到的压力信号进行分析以判断老人此时是在步行还是站立，判断方法如下：

若数据分析模块接收到的压力信号在预设时间内为在预设压力阈值附近连续波动的信号时，则数据分析模块判断老人此时正在站立；

若数据分析模块接收到的压力信号为尖峰信号，则数据分析模块判断老人此时正在步行。

其中，预设时间为10s，预设压力阈值为与老人体重G相对应的压力阈值。

其中，老人运动量分析系统的数据重置方式有两种，第一种为通过重置按钮人为对外部设备输入的数据进行重置，另一种为通过中央处理装置在预设时间内进行重置。

其中，压力传感器用于采集鞋垫所受压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，压力传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

其中，信号放大单元包括运算放大器A1和电阻R1-R9。

其中，压力传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的一端还与电阻R9的一端连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R8的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R6的另一端与直流电源Vref连接，电阻R6的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的另一端连接，电阻R9的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R9的另一端还与电阻R8的另一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R4的另一端连接，电阻R4的另一端还与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R5的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R3的一端接地，电阻R1的另一端与电阻R3的另一端连接，电阻R1的另一端还与运算放大器A1的同相输入端连接，运算放大器A1的输出端与信号滤波单元的输入端连接。

其中，信号滤波单元包括电阻R10-R13、电容C1-C5以及运算放大器A2-A3。

其中，信号放大单元的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电阻R10的一端连接，电容C1的另一端还与电容C2的一端连接，电阻R11的一端与直流电源Vref连接，电容C2的另一端与电阻R11的另一端连接，电容C2的另一端还与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R10的另一端与运算放大器的反相输入端连接，电阻R10的另一端与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R12的另一端与电容C3的一端连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接，电阻R13的另一端还与运算放大器A3的同相输入端连接，电容C3的另一端与运算放大器A3的反相输入端连接，电容C3的另一端与运算放大器A3的输出端连接，运算放大器A3的输出端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供了一种老人运动量分析系统，其包括鞋垫、充电接口、重置按钮、数据接口、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元，其通过压力传感器和信号处理电路能够精确获取鞋垫底部所受压力，数据分析模块根据接收到的压力信号分析老人是正在行走还是站立，且通过步数计数单元和站立计时单元计算老人步行步数和站立时间，再老人站立时振动单元开始根据预设数据发处振动以对老人脚底进行按摩。

（2）由于压力传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过运算放大器A1和电阻R1-R9对压力传感器输出的电压V0进行放大处理，由运算放大器A1和电阻R1-R9构成的信号放大单元只有1.25μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内5.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R10-R13、电容C1-C5以及运算放大器A2-A3对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了压力检测的精度。

附图说明

图1为本发明的老人运动量分析系统的结构图；

图2为本发明的老人运动量分析系统的示意图；

图3为本发明的信号处理电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的老人运动量分析系统进行详细说明。

如图1-2所示，本发明提供的老人运动量分析系统包括鞋垫1、充电接口2、重置按钮3、数据接口4、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元。

其中，鞋垫1设置于鞋的底部，充电接口2、重置按钮3以及数据接口4均设置于鞋垫1的一侧，压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元以及无线传输模块均设置于鞋垫1内，第一报警单元和第二报警单元设置于老人手机内；外部设备通过数据接口与中央处理装置连接，压力传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，数据接口的输出端和信号处理电路的输出端均与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与数据分析模块的输入端连接，数据分析模块的输出端与步数计数单元的输入端连接，数据分析模块的输出端与站立计时单元的输入端连接，步数计数单元的输出端与步数比较模块的输入端连接，站立计时单元的输出端与站立比较模块的输入端连接，步数比较模块通过无线传输模块与第一报警单元连接，站立比较模块通过无线传输模块与第二报警单元连接，数据分析模块的输出端与振动单元的输入端连接，步数比较模块的输入端、站立比较模块的输入端以及振动单元的输入端均与中央处理装置的输出端连接。

其中，老人通过充电接口2为老人运动量分析系统充电，老人通过外部设备输入老人的年龄、体重G、每天预设步数X、每天预设站立时间T、振动单元的振动频率f以及振动单元的振动幅值A，外设设备将上述数据通过数据接口4传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的每天预设步数X传输至步数比较模块，中央处理装置将接收到的每天预设站立时间T传输至站立比较模块，中央处理装置将接收到的振动单元的振动频率以及振动单元的振动幅值传输至振动单元，压力传感器用于采集鞋垫1所受压力信号，压力信号经过信号处理电路处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的压力信号传输至数据分析模块，数据分析模块对接收到的压力信号进行分析以判断老人此时是在步行还是站立，若老人此时在步行，则步数计数单元将步数进行累积计数，并将步数的累积计数值传输至步数比较单元，步数比较单元将接收到的步数的累积计数值与每天预设步数X进行比较，若步数比较单元将接收到的步数的累积计数值大于每天预设步数X，则步数比较单元通过无线传输模块触发第一报警单元进行报警，若老人此时在站立，则中央处理装置控制振动单元开始以振动频率f以及振动单元的振动幅值A开始振动作业，同时，站立计时单元开始计时，并将站立时间的累积计数值传输至站立比较单元，站立比较单元将接收到的站立时间的累积计数值与每天预设站立时间T进行比较，若站立比较单元将接收到的站立时间的累积计数值大于每天预设站立时间T，则站立比较单元通过无线传输模块触发第二报警单元进行报警。

上述实施方式中，本发明提供的老人运动量分析系统，其包括鞋垫、充电接口、重置按钮、数据接口、外部设备、压力传感器、信号处理电路、中央处理装置、数据分析模块、振动单元、步数比较模块、步数计数单元、站立计时单元、站立比较单元、无线传输模块、第一报警单元以及第二报警单元，其通过压力传感器和信号处理电路能够精确获取鞋垫底部所受压力，数据分析模块根据接收到的压力信号分析老人是正在行走还是站立，且通过步数计数单元和站立计时单元计算老人步行步数和站立时间，再老人站立时振动单元开始根据预设数据发处振动以对老人脚底进行按摩。

更进一步地，外部设备将老人的年龄、体重G、每天预设步数X、每天预设站立时间T、振动单元的振动频率f以及振动单元的振动幅值A传输至老人手机，同时，外部设备还能将老人的年龄、体重G、每天预设步数X、每天预设站立时间T、振动单元的振动频率f以及振动单元的振动幅值A传输至医疗服务终端，医护人员通过医疗服务终端获知老人的年龄、体重G、每天预设步数X、每天预设站立时间T、振动单元的振动频率f以及振动单元的振动幅值A以判断老人设置是否合理。

更进一步地，外部设备为电脑或手机。

更进一步地，数据分析模块对接收到的压力信号进行分析以判断老人此时是在步行还是站立，判断方法如下：

若数据分析模块接收到的压力信号在预设时间内为在预设压力阈值附近连续波动的信号时，则数据分析模块判断老人此时正在站立；

若数据分析模块接收到的压力信号为尖峰信号，则数据分析模块判断老人此时正在步行。

更进一步地，预设时间为10s，预设压力阈值为与老人体重G相对应的压力阈值。

更进一步地，老人运动量分析系统的数据重置方式有两种，第一种为通过重置按钮3人为对外部设备输入的数据进行重置，另一种为通过中央处理装置在预设时间内进行重置。

如图3所示，压力传感器用于采集鞋垫1所受压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，压力传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

更进一步地，信号放大单元包括运算放大器A1和电阻R1-R9。

其中，压力传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的一端还与电阻R9的一端连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R8的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R6的另一端与直流电源Vref连接，电阻R6的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的另一端连接，电阻R9的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R9的另一端还与电阻R8的另一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R4的另一端连接，电阻R4的另一端还与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R5的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R3的一端接地，电阻R1的另一端与电阻R3的另一端连接，电阻R1的另一端还与运算放大器A1的同相输入端连接，运算放大器A1的输出端与信号滤波单元的输入端连接。

更进一步地，信号滤波单元包括电阻R10-R13、电容C1-C5以及运算放大器A2-A3。

其中，信号放大单元的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电阻R10的一端连接，电容C1的另一端还与电容C2的一端连接，电阻R11的一端与直流电源Vref连接，电容C2的另一端与电阻R11的另一端连接，电容C2的另一端还与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R10的另一端与运算放大器的反相输入端连接，电阻R10的另一端与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R12的另一端与电容C3的一端连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接，电阻R13的另一端还与运算放大器A3的同相输入端连接，电容C3的另一端与运算放大器A3的反相输入端连接，电容C3的另一端与运算放大器A3的输出端连接，运算放大器A3的输出端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。

上述实施方式中，信号处理电路的噪声在5.25nV以内，漂移为1.25μV/℃，运算放大器A1的型号均为LT1012，运算放大器A2-A3的型号为LT1192。

在信号放大单元中，电阻R1的阻值为1kΩ，电阻R2的阻值为99kΩ，电阻R3的阻值为14.7kΩ，电阻R4的阻值为10kΩ，电阻R5的阻值为10kΩ，电阻R6的阻值为100 kΩ，电阻R7的阻值为0.1 kΩ，电阻R8的阻值为1 kΩ，电阻R9的阻值为1 kΩ。

信号放大单元的输出信号为V01，则有，

；

其中，

；

；

在信号滤波单元中，电阻R10的阻值为1kΩ，电阻R11的阻值为0.47kΩ，电阻R12的阻值为0.47kΩ，电阻R13的阻值为1kΩ，电容C1的电容值为0.01μF，电容C2的电容值为0.01μF，电容C3的电容值为1μF，电容C4的电容值为0.01μF，电容C5的电容值为1μF。

由于压力传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过运算放大器A1和电阻R1-R9对压力传感器输出的电压V0进行放大处理，由运算放大器A1和电阻R1-R9构成的信号放大单元只有1.25μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内5.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R10-R13、电容C1-C5以及运算放大器A2-A3对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了压力检测的精度。

此书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。