智能運動襪

文合肥市第九中學 錢璟軒

運動時，很多人喜歡借助智能手環、智能腰帶、智能手表等設備督促自己。由于受舒適度和攜帶的便利性所限，人們常常忘記穿戴，因此需要一款更加智能的穿戴設備。

我設計了一款基于物聯網的智能運動襪，它能監測使用者的運動狀態，通過運動監測模型分析用戶的運動參數，從而制定個性化的運動方案。

一、設計方案

基于物聯網的智能運動襪包括襪子本體和智能模塊。襪子本體包括襪身和襪腰。襪腰為雙層的空腔結構，內有智能模塊。

智能模塊包括電源模塊、運動采集模塊、單片機、運動監測模塊、云平臺及通信模塊。運動采集模塊包括脈搏傳感器、GPS定位單元和加速度傳感器。單片機將其獲取的數據通過通信模塊傳輸并存儲至云平臺，云平臺通過移動蜂窩網與智能終端實現通信，供用戶遠程訪問，并利用云平臺的運動監測模塊分析獲取的運動時間、路程及節奏等信息，進行監測及預警。

脈搏傳感器位于襪腰空腔內，它的感應探頭部分通過內層測量孔與用戶皮膚接觸，采集的數據通過A/D轉換器傳輸至單片機，實現用戶心率的實時監測。

加速度傳感器直接與單片機的I2C口連接，實時監測用戶運動。GPS模塊與單片機的USART2口連接，實時定位用戶的位置，采集的數據包含標準定位時間、緯度、經度、相對位移、速度和相對位移方向。

通信模塊選用型號為HC-06的藍牙模塊和SIM900A的GSM模塊，藍牙模塊與單片機的USART3口連接，將單片機采集的數據傳輸至云平臺。

用戶所測的心率數據和運動信息在云平臺中利用運動監測模型處理分析后，當用戶心率值不在正常范圍、運動量過大或運動量不足時，通過GSM模塊發送預警提示信息到智能終端。

系統采用紐扣電池為各模塊供電，電源模塊與單片機的電源接口VDD和VSS連接，為系統提供穩定的直流電。加速度傳感器內部自帶三軸的加速度傳感器、陀螺儀，可實時監測用戶的運動步數、加速度和距離。將MPU6050加速度傳感器與GPS、GSM模塊結合，可實現用戶運動位置的記錄。

云平臺不僅可以存儲數據，還可存儲多種算法和模型，包括數據分析模型、預警模型和推薦模型等。根據模型對采集的運動數據進行評估后，可以及時反饋個人運動負荷及進行疲勞預警，并通過算法構建個性化運動方案，根據運動強度推薦健康飲食套餐及保健知識。

圖1 智能運動襪的總體設計

圖2 智能運動襪的結構示意圖

二、創新點

1.基于物聯網的智能運動襪不僅能滿足消費者對運動數據的記錄，而且可以深層次地挖掘數據的價值。

2.與云平臺結合，具有智能監測和推薦功能，可滿足不同用戶的需求。

基于物聯網的智能運動襪設計合理、使用方便，是一款集運動、保健為一體的智能穿戴設備。