一种基于物联网的便携式体质健康评测仪、评测方法及管理平台

本发明属于信息技术体质健康评测设备的，特别是涉及一种基于物联网的便携式体质健康评测仪、评测方法及管理平台。

背景技术：

1、常规体质健康测试项目主要包括身高/体重测量、肺活量测量、台阶指数测试、握力测试、立定跳远测试、计时器和坐位体前屈测试等，现有方法主要是利用各类测试仪器分项测试，然后进行综合体质健康评测。但是，当前市面上用于测量这三项指标的主流产品功能都比较单一，而这三项指标均为体质监测的重要指标，还没有一款机器能够同时测量这三项人体指标还能保持便携的功能。

技术实现思路

1、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明研制了一种集心率、体脂、肺活量于一体的测试装置，配合扫描二维码，获取关联信息，可实现对人体体质健康的评测与历史记录，同时推荐相应的运动处方，实现对体质健康的提升与综合管理。具体提供了一种基于物联网的便携式体质健康评测仪，包括主体，为空心环状结构，外表面粘贴有二维码，内部放置有体脂测量模块、肺活量测量模块和心电信号测量模块；主控板，安装在主体的中间，与体脂测量模块、肺活量测量模块和心电信号测量模块均电性连接；体脂测量模块，包括位于主体上端面左侧面、右侧面的体脂电极和位于主体内部的体脂测量电路板；肺活量测量模块，包括气体通路和位于主体内部的肺活量测量电路板；心电信号测量模块，包括位于主体下端面左侧面、右侧面的心电电极和位于主体内部的心电测量电路板；无线传输模块，用于将采集到的使用者的体脂、肺活量和心电信号的数据传输至云端进行存储，其中云端数据与二维码数据进行数据关联；客户端，是使用者通过扫描二维码获得的云端存储信息的信息平台。

2、作为改进，所述主控板安装有显示面板和操作按钮；所述主体包括上盖板、下盖板、握柄、充电口；其中上盖板和下盖板，为结构对称的空心槽环状结构；握柄包裹在体脂电极和心电电极外表面；充电口，安装在主体上，与内部电极组件、主控板电性连接。

3、作为改进，所述肺活量测量模块，用来采集人体的肺活量数据，还包括出气口和进气口，其中所述进气口设置在主体的上侧面，一端与气体通路连通，另一端与出气口连通，出气口设置在主体的下侧面。

4、作为改进，所述心电信号测量模块，是通过电极释放电信号采集人体电信号获取心电信号信息；所述体脂测量模块，是通过电极释放电流信号采集人体电压信号进而换算为要采集的阻抗信息用来采集阻抗数据。

5、作为本发明的具体实施方式，本发明还提供了一种基于物联网的便携式体质健康评测方法，采用上述基于物联网的便携式体质健康评测仪采集信息，具体步骤为：

6、(一)用户信息建档

7、扫描健康评测仪表面的二维码，进行用户信息建档，将使用者的用户信息包括姓名、年龄、身高、体重、联系方式、地址进行建档，存储；

8、(二)采集数据

9、使用者双手握紧主体的握柄，开始测量，采集使用者的心电信号及人体阻抗信息；再通过进气口位置进行吹气，用于测量肺活量；测量结束后，采集的数据通过物联网发送至云端数据库，采集的数据会通过采用k均值聚类分析算法，获得体质评估数据，当体质评估数据超过三次后，能够开具运动处方；

10、(三)运动处方

11、运动处方的开具，首先将三项指标与年龄身高体重相对应的标准值进行比较，获得每一项指标偏高或偏低的所有情况，将每种情况分为一小类，每一类分别开具相应的运动处方；随后实际开具时将三次或三次以上的体质评估数据作差，获得其变化的趋势，其次再使用聚类算法将其分别归类到某一具体指标偏高或低的一小类中，最后进行组合开具完整的运动处方；

12、使用者通过扫描健康评测仪上面的二维码，能够通过获取到每次采集的数据及分析后的数据、运动处方信息。

13、作为改进，心率换算是通过r波检测方法完成的，设定一个阈值y，y小于r波的波峰且y大于其余所有的波的波峰，每个心电信号到来时检测两次，一次检测其上升波段，另一次检测下降波段，当检测到一次达到y值后，标记位加1，再比对完n个样本点后记录所有的标记位总数为x，将x的值除以2则可得n个样本数据中的r波数量，心率的转换采用公式：

14、v＝60×x/t

15、式中

16、t为采样时间；

17、v——心率(次/min)；

18、x——r波个数；

19、n——样本个数。

20、作为改进，其中体脂率是通过采用四电极法对使用者阻抗进行测量，计算体质率ω时，是按照

21、ρ＝1.1000696-0.107903×bmi/10000×z+0.00017×z

22、男性体脂率：

23、ω＝100×(4.52/ρ-4.143)×2；

24、女性体脂率：

25、ω＝100×(4.52/ρ-4.143)×2.5；

26、式中

27、ω——体脂率；

28、ρ——人体密度(kg/l)；

29、z——人体阻抗(ω)；

30、bmi——人的体重除以身高的平方(kg/m2)。

31、作为改进，肺活量v的测量是通过气体流量q与流速、横截面积的转换公式与气体体积与流量的关系

32、q＝v×a

33、v＝q×t

34、式中

35、v——气体流速(l/min)；

36、a——横截面积(cm2)；

37、其中气体流速v，吹气通道的横截面积为固定常数；将测量到的时间与流速和横截面积的参数带入上述公式即可求出v，v即为受试者的肺活量数据。

38、作为改进，k均值聚类分析算法为：初始先预设多种身高体重年龄大类别，再在每个类别中设定k个族，其中一个族为标准的健康值；

39、当有数据传入时，先将使用者的身高体重年龄进行匹配，匹配之后将数据分别送至指定的族群进行迭代计算，直至与某一族的中心距离最近，将其分配给当前族，将此族与标准族进行差值对比，给出相应评分，并告知当前数值与在年龄划分下的哪一年龄段相匹配；

40、其中距离采用欧式距离，点x＝(x1,x2,…xi,…,xn)和y＝(y1,y2,…yi,…,yn)之间的欧式距离为：

41、

42、聚类效果的评判指标sse，sse值越小表示数据点越接近于它们的质心，

43、

44、k表示将观测集合划分为k个满足上式的聚类集合c＝{c1,c2,c3,…,ck}；

45、其中

46、

47、μi表示聚类中心(i＝1,2,3,…,k)；|ci|表示聚类集合ci样本数。

48、作为本发明的另一具体实施方式，本发明还提供了一种基于物联网的便携式体质健康评的管理平台，该系统是基于上述的评测方法，通过扫描上述基于物联网的便携式体质健康评测仪上的使用二维码，进入注册和/或使用能够存储的用户信息，生成对应的个人账户，然后，使用者使用账户登录能够通过物联网，获取体质评估信息和运动处方的系统。

49、有益效果：本发明能够将人体体质健康评判的基本指标集成到一起并记录显示，使用者操作简便且能直白了解到身体情况，同时通过管理平台，具体通过是以微信小程序、app小程序、相册等具有二维码扫描功能的配套管理平台，进行扫描二维码，获取数据信息，能够实现使用更加便捷，以及通过运动处方，能够及时做出相应调整。

50、同时本发明的评测仪与现有的常规相比，优势包括：

51、1)将心率、体脂率、肺活量三种测量方式融合，同时具有便携的功能；

52、2)使用物联网方案将测量数据发送至云端；

53、3)创建云端数据库存储用户测量数据；

54、4)对测量数据使用聚类算法进行体质分析；

55、5)根据用户体质，推荐适合的运动处方，保持身体健康。