科技创新基金申请书.doc

北京交通大学电气工程学院科技创新基金课题申请书 申请类别：一般项目/重点项目 课题名称：智能健身系统 课题负责人： 联系电话： 电子邮箱：申报日期：北京交通大学电气工程学院一、基本信息申请者情况姓名性别出生年月文化程度 大学职称研究领域民族汉项目基本信息项目名称智能健身系统预计研究年限2年研究属性应用总预算经费5000申请经费5000其他经费来源金额项目摘要（限500字）：随着科学技术的进步，嵌入式系统已经广泛渗透到人们的工作，生活中，从家用电器，手持通讯设备，信息终端，仪器仪表，汽车到航天航空，军事装备等。而多年来受人们青睐的健身器材，与嵌入式技术的相结合已成为趋势。单片机作为嵌入式系统中低成本，高可靠性的代表，一直是健身器材控制芯片的首选。但功能单一，只能采集简单心率、等信息且缺乏交互性，长时间锻炼会使人感到枯燥乏味。现在，人们对健身品质，健身乐趣的要求越来越高，而单调的几个参数难于满足人们的要求，我们针对这一弊端，设计了基于物联网的智能健身控制系统，其主要功能包含： （1）实时采集心率、血压、体重信息；（2）语音对话，音频、视频输出，对周边环境的信息实时采集和控制，（3）通过网络让使用我们这套健身娱乐系统的人参与进来，让他们体会到健身的乐趣，健身完后通过比较身体各项采集到的指标和固定指标对人体健康程度进行排名比较，并提出适合个人的运动方案，如果在运动过程中心率过快或者血压太高我们就进行语音提示，并控制健身器使其按合理的运动进行调整。并把自身当天的运动情况存入数据库，方便以后的查询，让人比较有成就感。这样激发全民参与到健身中来，这正是我们这套健身娱乐系统的目的所在。关键词：1二、 课题组人员序号姓 名性别出生年月职务/职称从事专业在课题中承担的任务本人签字1 男系统模型设计2路人甲男科研调研分析3路人乙女系统后期调试4567891011122三、项目的立项依据1. 项目的研究意义： 健身器材行业的发展与嵌入式技术的应用密切相关，近年来ARM的广泛运用，正可弥补单片机互动性差，而PC机价格高等缺点。该控制系统将拥有丰富的娱乐功能，包括：音频、视频的欣赏；实时采集运动过程中人体生理参数，包括：心率、血压、体重等信息，从而实现引导人们主动参与体育运动功能。同时通过网络，将使用该套系统的人链接起来，然他们不仅可以关注自己的身体状况，还可以关注其他人的身体状况，通过测试检测到的身体参数和已输入的固定参数进行综合比较，然后进行排名，提高全民健身的积极性，体会健身带来的快乐，增加全民健身的互动性，让全民真正的动起来。在人们运动的过程中通过语音可以与他人实时的交流和对信息的查询。 我们做的这套系统顺应了市场发展需求，实用性也比较强，具有很大的市场空间。 2. 国内外研究现状分析： 在国内，家用健身器已经成为一种时尚，但大多以单片机控制为主，以LED或LCD作为显示终端，实时显示各种运动参数和体能参数，所有操作一般是通过控制面板的硬功能键进行操作。，缺乏智能和娱乐性。这一类型的健身器材定位在家用或商用中，低挡水平，技术比较成熟，但功能单一且缺乏交互性，长时间锻炼会使人感到枯燥乏味。现在人们对健身品质，健身乐趣的要求越来越高，而单调的几个参数难以满足人们的要求。一些健身器材公司推出了将液晶电视安装到健身器上的产品，控制系统和操作界面不变，可以在健身的同时收看电视，DVD，电影。这类产品增强了娱乐性，但其控制系统还是以单片机为核心，不能支持友好的，互动的人机界面。目前国外有的健身产品采用嵌入式操作系统，用TFT液晶显示屏显示有好的操作界面，通过触摸屏操作，可以播放电视和DVD，但是这类健身器材价格都很高。 为了强健体魄人们进行锻炼健身，具有互动性的健身运动可以吸引人们积极参与其中。有的公司把游戏手柄整合到健身器材中，用一台普通PC机和显示器作为终端，通过速度模拟按键频率，以游戏的互动性吸引人参与。一个简单的互动就及其人们的极大兴趣，而真正的人机互动式将虚拟现实技术应用到健身器材上，以计算机模拟的人工环境代替真实的自然环境，实现虚拟场景互动。国外有虚拟互动这方面的一些应用，但这样的系统都需要一台高性能的计算机作为平台进行虚拟场景的实时渲染，对软硬件要求都很高，其缺点是外置计算机带来的不便且成本较高。 目前市场缺少价格低廉，集健身、娱乐、智能控制为一体的健身器才。而这样的健身器优势是可以被广大中、低等收入的人群所接受，这样才能达到全民健身的目的，并产生良好的经济效益。 3. 参考文献：1 刘蕾蕾.基于嵌入式技术的健身控制系统.中国海洋大学硕士论文.2010年5月. 2 徐华文，李文峰.电动跑步机的人机工程设计.机械工业出版社.2004年第31卷增刊 3 韩修恒，李正军，李国强.电动跑步机心率测量系统设计. 科技情报开发与经济.2007年第17卷第5期 4 孙天泽，袁文菊.嵌入式设计及Linux驱动开发指南基于ARM9处理器.电子工业出版社.2007 5 符意德，陆阳.嵌入式系统原理及接口技术.清华大学出版社.2007 6 刘洪涛，孙天泽.嵌入式系统技术与设计.人民邮电出版社.2009 7 W.Richard Stevens，Stephen A.Rago.UNIX环境高级编程.人民邮电出版社.2006 四、项目的研究内容、研究目标、拟解决的技术难点研究目标：本课题预期目标是构建一个集娱乐、健身、安全环境监控于一体的基于物联网的智能健身系统。 研究内容： 基于物联网的智能健身系统，其功能如下： （1）用户注册。对使用本健身器的人的信息进行注册，方便跟踪和保存用户信息，包括用户使用健身器的时间、运动强度、运动效果、固定身体参数等。 （2）数据采集，包括对身体各项参数的实时采集，如血压、心率、体重，对健身环境数据的采集，包括：对周边环境参数，如温度、湿度、烟雾、视频等数据采集。对运行时间和运动强度进行采集。 （3）数据传输：通过蓝牙、3G、射频等无线方式进行数据的实时传输。 （4）数据处理，包括：对采集到的身体参数据的处理，当发现身体参数超过正常的运动的指标，给出语音提示，并控制和调整健身器的运动强度。对环境数据的处理，当所处环境的温度、湿度、烟雾超过正常范围，给出提示和警告，并且可以使用摄像头采集视频，并在显示屏显示。对运动时间和运动强度的数据进行处理，包括：把运行时间和运动强度传输到网络服务器，对运动的效果进行评价和排名，然后写入后台数据库，并可通过Internet进行查看。 （5）娱乐功能。可以在健身时欣赏音视频，并对其进行控制，比如语音、触摸屏等。 （6）网上交流。为用户提供一个交流平台，以便达到更好的健身效果。拟解决关键问题： （1）主控制器的设计。拟采用ARM11作为主控芯片。 （2）外围电路设计。 （3）数据采集和传输。拟采用各种传感器采集体征信息和环境信息，使用摄像头采集视频信息。拟使用无线的方式进行数据的传输。 （4）系统的移植和调试。 （5）Web服务器的搭建。五、拟采取的研究方案及可行性和风险分析研究方法： 整个系统将采用自上而下的设计方法和软硬件协同开发方法，然后通过整合软硬件系统，集中测试，完成整个系统的开发。具体步骤如下： （1）调研和查阅资料，确定系统需求。 （2）系统架构设计，包括软件和硬件架构设计。 （3）系统实现，包括硬件系统实现和软件系统实现，可采用软硬件协同方式开发。 （4）系统整合和测试。可行性及风险分析：六、项目的特色与创新之处(1) 互动健身 在以往的健身运动中，我们大多数情况下都是一个人方式，这样人们在健身过程中往往会感到枯燥无味儿，我们将健身娱乐系统接入到网络中后，我们在享受互联网上丰富资源的同时也能同别人进行比较健身，通过这样一种竞争方式，使人们自愿的参与到健身中来。通过网络的交流可以提高人们健身的兴趣和培养人们科学健身的观念。 (2) 非连接式的身体信息传送 该健身娱乐系统硬件是基于无线传输的多点数据采集系统，分别采集脉搏数据，血压数据并通过射频(RF)无线模块传送，在接受端通过转换后以USB协议数据格式传送给嵌入式平台。这样就能有效避免人们因为忘记插拔身上传感器的连接线而造成不必要的损伤。 (3) 非接触式信息查询和控制 非接触式的查询控制方式，运动中的人只需要通过语音即可对健身的娱乐设备进行有效的控制，而不需要在运动过程中还要腾出身体去进行自己想要的操作，从而减少了人们运动过程中受伤的几率。七、年度研究计划及预期研究成果（1）年度研究计划 系统研发工作讲分成4个阶段：系统需求分析，建立系统模型，系统软、硬件设计，系统调试和试运行。具体安排如下： 2012年12月-2013年1月 外出调研，进行需求分析 2013年3月-2013年7月 系统模型设计，硬件设计 2013年8月-2013年12月 系统软设计和编码 2014年1月-2014年5月 系