本發(fā)明涉及傳感技術(shù)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域，特別涉及一種基于柔性陣列壓力傳感器的運(yùn)動(dòng)能耗鞋及其監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)研究表明，人體營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩、能量代謝失衡是導(dǎo)致慢性代謝性疾病的一個(gè)重要原因，保持能量平衡是預(yù)防多種代謝綜合癥的基本前提。當(dāng)攝入能量保持相對(duì)恒定時(shí)，人體能量平衡的本質(zhì)就歸結(jié)于尋找科學(xué)合理的個(gè)體運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，維持人體總攝入和總消耗能量的平衡。因此個(gè)體日常體力活動(dòng)的能量消耗測(cè)評(píng)成為現(xiàn)代健康管理和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域最重要的研究方向之一。值得深思的是，雖然上世紀(jì)60年代就開(kāi)展了基于身體加速度信息的運(yùn)動(dòng)能耗評(píng)測(cè)，并且直到今天這個(gè)方向仍是研究熱點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了多種基于各種不同原理的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)儀和計(jì)步器，但這些研究成果尚未真正成為指導(dǎo)普通大眾科學(xué)健身、保持健康生活的生產(chǎn)力。研究成果更多地被用作科研采樣的工具或面向高端人群，普通大眾并未真正從中受益。這個(gè)現(xiàn)象看似不合理，但既然是客觀存在就一定有其必然性。究其原因，我們認(rèn)為有以下兩點(diǎn)：第一，目前的能耗監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)給人的正常生產(chǎn)生活造成不便甚至限制(設(shè)備重量至少有幾十克，且需放置在腰間或踝腕部位)、維護(hù)繁瑣(功耗較大需經(jīng)常更換電池)；第二，基于加速度信息的能耗模型可區(qū)分運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)模式，但難以對(duì)坡度、負(fù)重等因素進(jìn)行建模分析。以上不足制約了運(yùn)動(dòng)能量消耗測(cè)評(píng)方面的科學(xué)研究成果在全民健康領(lǐng)域真正發(fā)揮作用，也制約了預(yù)防醫(yī)學(xué)、流行病理學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。這里有兩個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題必須解決：(1)如何廉價(jià)便捷、對(duì)日常活動(dòng)無(wú)干擾地獲取個(gè)體體力運(yùn)動(dòng)的特征信息；(2)如何從這些運(yùn)動(dòng)特征信息中解析出實(shí)時(shí)能量消耗功率和總功?，F(xiàn)代運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)應(yīng)用影像測(cè)量、身體平衡測(cè)量、肌電測(cè)量、支撐反力測(cè)量及足底壓力分布測(cè)量等方法，對(duì)人類(lèi)行走時(shí)身體各部分，特別是下肢的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化分析，這項(xiàng)研究逐漸發(fā)展為生物力學(xué)的一個(gè)特殊分支——步態(tài)分析。步態(tài)觸覺(jué)特征信息包括由支撐相和擺動(dòng)相等步態(tài)周期參數(shù)構(gòu)成的時(shí)間信息；由步長(zhǎng)、步寬、步頻、步速、步向角等參數(shù)構(gòu)成的空間信息；由地面支撐反力、水平剪切力、足底壓力分布等參數(shù)構(gòu)成的動(dòng)力信息，還有關(guān)節(jié)擺動(dòng)角度、人體重心加速度等。從完備性、重復(fù)性和唯一性等角度分析，步態(tài)觸覺(jué)特征的時(shí)間信息、空間信息和動(dòng)力信息在表征運(yùn)動(dòng)能量消耗特性方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于身體加速度信息，關(guān)鍵是能否找到便捷廉價(jià)且不干擾人體日常活動(dòng)的信息采集方法。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)資料的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN102727185A的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于心率和加速度的運(yùn)動(dòng)能耗測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法,該發(fā)明建立基礎(chǔ)能量消耗、心率和個(gè)性化參數(shù)的線(xiàn)性回歸方程,利用加速度傳感器測(cè)量運(yùn)動(dòng)加速度,進(jìn)一步考慮不同方向的影響因素,結(jié)合體重在三個(gè)方向上分別實(shí)施對(duì)外做功計(jì)算,將心率和運(yùn)動(dòng)加速度有效結(jié)合,提升了測(cè)量精度，但實(shí)際使用中該發(fā)明會(huì)給人的正常生產(chǎn)生活造成不便甚至限制，干擾人體日?；顒?dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：針對(duì)目前運(yùn)動(dòng)能耗測(cè)量的缺陷，提供一種基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能耗鞋及其監(jiān)測(cè)方法，是一種成本低廉、易于穿戴、能耗計(jì)算準(zhǔn)確且具有實(shí)時(shí)反饋功能的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)設(shè)備。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋，其特征在于：包括安裝有柔性力敏傳感鞋墊的運(yùn)動(dòng)鞋和腕表。所述運(yùn)動(dòng)鞋內(nèi)放置所述柔性力敏傳感鞋墊，穿在用戶(hù)足部，用于采集用戶(hù)足底壓力分布信息。所述柔性力敏傳感鞋墊包括柔性力敏傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、微控制器、ZigBee通訊模塊、鋰電池、電源管理模塊和設(shè)備盒。微控制器對(duì)柔性力敏傳感器進(jìn)行掃描，調(diào)理電路對(duì)柔性力敏傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大，接著微控制器對(duì)調(diào)理電路輸出信號(hào)作A/D轉(zhuǎn)換并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行分析提取時(shí)間、步數(shù)、步頻等步態(tài)信息，然后將步態(tài)信息數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee通訊模塊發(fā)送給腕表；ZigBee通訊模塊與微控制器之間采用SPI串行通訊方式連接；鋰電池為系統(tǒng)提供電源，工作時(shí)間大于1000小時(shí)；電源管理模塊為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓、上電、斷電和電池電量檢測(cè)功能。所述信號(hào)調(diào)理電路、微控制器、ZigBee通訊模塊、鋰電池和電源管理模塊被封裝在設(shè)備盒內(nèi)部；設(shè)備盒內(nèi)嵌在運(yùn)動(dòng)鞋底部；設(shè)備盒與柔性力敏傳感器之間通過(guò)柔性引線(xiàn)連接。所述柔性力敏傳感器基于電阻式結(jié)構(gòu)，上、下層柔性基材采用耐高溫聚酯薄膜，并經(jīng)過(guò)電暈處理以防止靜電干擾，然后在基材上分層依次印刷導(dǎo)線(xiàn)銀漿層、絕緣層、粘合絲印膠層以及應(yīng)變電阻漿料層構(gòu)成敏感層。上下敏感層組成網(wǎng)格狀測(cè)量回路，壓力敏感點(diǎn)位于網(wǎng)格的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處。所述柔性力敏傳感器根據(jù)人體足底形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在步行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大可能受壓區(qū)域布置壓力敏感點(diǎn)。根據(jù)足底壓力分布的力量大小、區(qū)域和時(shí)序等信息可以獲取步頻、步速等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗的監(jiān)測(cè)。所述柔性力敏傳感鞋墊具有自動(dòng)休眠和遠(yuǎn)程喚醒功能，在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸或腕表關(guān)機(jī)的情況下自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低功耗；柔性力敏傳感鞋墊處于休眠狀態(tài)時(shí)定時(shí)偵測(cè)腕表狀態(tài)，若腕表開(kāi)機(jī)則柔性力敏傳感鞋墊被喚醒并重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。所述腕表是由微控制器、FLASH存儲(chǔ)器、ZigBee通訊模塊、按鍵、LCD顯示屏、USB接口、鋰電池、電源管理模塊和腕表外殼組成。腕表通過(guò)ZigBee通訊模塊與運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令交互；微控制器將接收到的步態(tài)信息數(shù)據(jù)和人體屬性參數(shù)代入運(yùn)動(dòng)能耗模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能耗評(píng)估并將運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示屏上；FLASH存儲(chǔ)器用于離線(xiàn)存儲(chǔ)人體屬性參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)能耗等信息；按鍵和LCD顯示屏用來(lái)提供人機(jī)交互功能，按鍵可以提供開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、模式切換、參數(shù)輸入等功能，LCD顯示屏可以顯示：時(shí)間、步數(shù)、步頻、步速、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)能耗等運(yùn)動(dòng)參數(shù)和性別、年齡、身高和下肢長(zhǎng)度等人體屬性參數(shù)；USB接口提供數(shù)據(jù)上傳和充電功能；鋰電池為系腕表提供電源；電源管理模塊為腕表提供穩(wěn)壓、上電、斷電和電池電量檢測(cè)功能。所述腕表采用方便佩戴的電子手表樣式，正面鑲有1.5英寸LCD顯示屏，一側(cè)安裝一個(gè)電源開(kāi)關(guān)和一對(duì)控制按鈕，另一側(cè)配有一個(gè)USB插座和一個(gè)復(fù)位按鍵。所述柔性力敏傳感鞋墊與所述腕表之間采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方式。所述腕表內(nèi)置FLASH存儲(chǔ)器，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并且能夠通過(guò)USB接口上傳到計(jì)算機(jī)?；诙鄬哟谓７椒ń⒘怂龌谌嵝粤γ魝鞲衅鞯倪\(yùn)動(dòng)能耗模型。所述多層次建模方法包括步速估測(cè)模型、坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型以及基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型。所述步速估測(cè)模型采用數(shù)字跑道測(cè)試得到的步速作為預(yù)估值的近似真值，將壓力傳感器鞋墊實(shí)測(cè)的步態(tài)生物力學(xué)參量和人體屬性參數(shù)作為自變量，分別采用多元線(xiàn)性回歸和支持向量非線(xiàn)性回歸模型建立個(gè)體步速估測(cè)模型。所述坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型以足底壓力分布的時(shí)間序列信息與坡度和負(fù)重高度相關(guān)性為基礎(chǔ)，提取序列信息所包含的若干壓力分布和步態(tài)周期參數(shù)，作為坡度與負(fù)重狀態(tài)建模的自變量，設(shè)計(jì)一系列已知坡度的實(shí)驗(yàn)道路和負(fù)重情況，應(yīng)用多元線(xiàn)性回歸方程建立坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型。在步速估測(cè)模型、坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型的基礎(chǔ)上利用氣體代謝儀作為運(yùn)動(dòng)能耗的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備測(cè)量不同步頻、步速、坡度及負(fù)重條件下的單位時(shí)間單位質(zhì)量能量消耗，并利用多元線(xiàn)性回歸方法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定步頻、步速、坡度及負(fù)重與運(yùn)動(dòng)能耗之間的關(guān)系，從而建立基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型。將用戶(hù)的年齡、性別、身高和下肢長(zhǎng)度等人體屬性參數(shù)以及實(shí)時(shí)獲取的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、步數(shù)、步頻和步速等參數(shù)代入所述運(yùn)動(dòng)能耗模型以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)。所述基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋的監(jiān)測(cè)方法，具體實(shí)現(xiàn)為：用戶(hù)穿上所述基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋，佩戴好腕表并打開(kāi)腕表電源開(kāi)關(guān)；選擇或輸入姓名、年齡、性別、身高和下肢長(zhǎng)度等個(gè)人信息，輸入方式有兩種：一是使用腕表按鍵輸入，二是將腕表通過(guò)USB接口連接計(jì)算機(jī)，使用客戶(hù)端軟件輸入；做好準(zhǔn)備工作之后，用戶(hù)按下開(kāi)始按鍵，腕表發(fā)送開(kāi)始命令給柔性力敏傳感鞋墊；柔性力敏傳感鞋墊中的微控制器開(kāi)始以10毫秒間隔定時(shí)掃描柔性力敏傳感器，并對(duì)經(jīng)過(guò)濾波放大的柔性力敏傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行分析并提取步數(shù)、步頻和步速等運(yùn)動(dòng)參數(shù)；微控制器將運(yùn)動(dòng)參數(shù)和時(shí)間信息通過(guò)ZigBee通訊模塊發(fā)送給腕表；腕表中的ZigBee通訊模塊接收柔性力敏傳感鞋墊發(fā)出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給微控制器；微控制器將運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)和用戶(hù)人體屬性參數(shù)數(shù)據(jù)一起代入所述運(yùn)動(dòng)能耗模型得到用戶(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能耗信息；微控制器將用戶(hù)姓名、年齡、性別、身高、下肢長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、步數(shù)、步頻、步速以及運(yùn)動(dòng)能耗、運(yùn)動(dòng)總能耗等信息顯示在LCD顯示屏上并存儲(chǔ)到FLASH存儲(chǔ)器。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，將腕表通過(guò)USB接口連接到計(jì)算機(jī)上，打開(kāi)計(jì)算機(jī)客戶(hù)端軟件讀取用戶(hù)數(shù)據(jù)并更新用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明所用柔性力敏傳感器基于電阻式結(jié)構(gòu)，采用耐高溫聚酯柔性薄膜作為基材，根據(jù)人體足底形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在步行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大可能受壓區(qū)域布置壓力敏感點(diǎn)，能夠完整采集運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的足底壓力分布信息，從而滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)的需要。柔性力敏傳感鞋墊中的微控制器定時(shí)掃描柔性力敏傳感器，柔性力敏傳感器感受用戶(hù)足底壓力變化并輸出信號(hào)，輸出信號(hào)結(jié)果濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換之后提取得到步數(shù)、步頻和步速等運(yùn)動(dòng)參數(shù)；腕表將運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)和用戶(hù)人體屬性參數(shù)數(shù)據(jù)一起代入所述運(yùn)動(dòng)能耗模型得到用戶(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能耗信息，同時(shí)將用戶(hù)年齡、性別、身高、下肢長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、步數(shù)、步頻、步速以及運(yùn)動(dòng)能耗、運(yùn)動(dòng)總能耗等信息顯示在LCD顯示屏上并存儲(chǔ)到FLASH存儲(chǔ)器。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，將腕表通過(guò)USB接口連接到計(jì)算機(jī)上，打開(kāi)計(jì)算機(jī)客戶(hù)端軟件讀取用戶(hù)數(shù)據(jù)并更新用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明所述的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋及其監(jiān)測(cè)方法包括運(yùn)動(dòng)鞋、柔性力敏傳感鞋墊和腕表，運(yùn)動(dòng)鞋和柔性力敏傳感鞋墊的設(shè)計(jì)既方便用戶(hù)使用又不干擾用戶(hù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。本發(fā)明有望幫助普通大眾通過(guò)一般意義上的體育鍛煉和日常體力活動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)身體能量均衡，保持健康的生活質(zhì)量，對(duì)提高普通群體的運(yùn)動(dòng)效率和健康水平，推動(dòng)全民健身運(yùn)動(dòng)的發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。(2)本發(fā)明建立了運(yùn)動(dòng)能耗測(cè)評(píng)的多層次建模方法，其中包括步速估測(cè)模型、坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型和基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型。步速估測(cè)模型采用數(shù)字跑道測(cè)試得到的步速作為預(yù)估值的近似真值，將壓力傳感器鞋墊實(shí)測(cè)的步態(tài)生物力學(xué)參量和人體屬性參數(shù)作為自變量，分別采用多元線(xiàn)性回歸和支持向量非線(xiàn)性回歸模型建立個(gè)體步速估測(cè)模型。坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型以足底壓力分布的時(shí)間序列信息與坡度和負(fù)重高度相關(guān)性為基礎(chǔ)，提取序列信息所包含的若干壓力分布和步態(tài)周期參數(shù)，作為坡度與負(fù)重狀態(tài)建模的自變量，設(shè)計(jì)一系列已知坡度的實(shí)驗(yàn)道路和負(fù)重情況，應(yīng)用多元線(xiàn)性回歸方程建立坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型。在步速估測(cè)模型和坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型基礎(chǔ)上利用氣體代謝儀作為運(yùn)動(dòng)能耗的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，測(cè)量不同步頻、步速條件下的單位時(shí)間單位質(zhì)量能量消耗，并利用多元線(xiàn)性回歸方法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定步頻、步速、坡度及負(fù)重與運(yùn)動(dòng)能耗之間的關(guān)系，從而建立基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型。(3)本發(fā)明采用步態(tài)生物力學(xué)參數(shù)，研究人體運(yùn)動(dòng)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，建立兼顧運(yùn)動(dòng)參數(shù)、個(gè)體屬性參數(shù)、道路狀況和負(fù)重狀況等因素綜合作用的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型，可估測(cè)瞬態(tài)功率、總功耗，必要時(shí)還可輸出多種步態(tài)生物力學(xué)參數(shù)的時(shí)間序列，這種研究思路目前尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外有類(lèi)似方法的報(bào)道。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的柔性力敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的柔性力敏傳感鞋墊組成框圖；圖3為本發(fā)明的柔性力敏傳感鞋墊安裝示意圖；圖4為本發(fā)明的腕表組成框圖；圖5為本發(fā)明的腕表外觀示意圖；圖6為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋安裝示意圖；圖7為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)能耗模型建立過(guò)程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。如圖1中所示，為本發(fā)明的柔性力敏傳感器101結(jié)構(gòu)示意圖。柔性力敏傳感器基于電阻式結(jié)構(gòu)，上、下層柔性基材103采用耐高溫聚酯薄膜，并經(jīng)過(guò)電暈處理以防止靜電干擾，然后在基材上分層依次印刷導(dǎo)線(xiàn)銀漿層、絕緣層、粘合絲印膠層以及應(yīng)變電阻漿料層構(gòu)成敏感層104。上下敏感層104組成網(wǎng)格狀測(cè)量回路，壓力敏感點(diǎn)102位于網(wǎng)格的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處，通過(guò)銀漿引線(xiàn)105輸出信號(hào)。柔性力敏傳感器101根據(jù)人體足底形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在步行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大可能受壓區(qū)域布置壓力敏感點(diǎn)102。根據(jù)足底壓力分布的力量大小、區(qū)域和時(shí)序等信息可以獲取步頻、步速等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)能耗的監(jiān)測(cè)。圖2為柔性力敏傳感鞋墊的組成框圖，包括柔性力敏傳感器101、信號(hào)調(diào)理電路201、微控制器202、ZigBee通訊模塊203、鋰電池205、電源管理模塊204和設(shè)備盒206。微控制器202對(duì)柔性力敏傳感器101進(jìn)行掃描，信號(hào)調(diào)理電路201對(duì)柔性力敏傳感器101輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大，接著微控制器202對(duì)信號(hào)調(diào)理電路201輸出信號(hào)作A/D轉(zhuǎn)換并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行分析提取時(shí)間、步數(shù)、步頻等步態(tài)信息，然后將步態(tài)信息數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee通訊模塊203發(fā)送給腕表601；ZigBee通訊模塊203與微控制器202之間采用SPI串行通訊方式連接；鋰電池205為系統(tǒng)提供電源；電源管理模塊204為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，同時(shí)能夠控制系統(tǒng)上電、斷電和電池電量檢測(cè)功能。信號(hào)調(diào)理電路201、微控制器202、ZigBee通訊模塊203、鋰電池205和電源管理模塊204被封裝在設(shè)備盒206內(nèi)部.圖3為本發(fā)明的柔性力敏傳感鞋墊安裝示意圖。設(shè)備盒206內(nèi)嵌在運(yùn)動(dòng)鞋301底部；設(shè)備盒206與柔性力敏傳感器101之間通過(guò)柔性銀漿引線(xiàn)105連接。圖4為本發(fā)明的腕表601組成框圖，腕表601主要由微控制器405、FLASH存儲(chǔ)器406、ZigBee通訊模塊404、按鍵403、LCD顯示屏407、USB接口408、鋰電池401、電源管理模塊402和腕表外殼501組成。腕表601通過(guò)ZigBee通訊模塊404與運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令交互；微控制器405將接收到的步態(tài)信息數(shù)據(jù)和人體屬性參數(shù)代入運(yùn)動(dòng)能耗模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能耗評(píng)估并將運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示屏407上；FLASH存儲(chǔ)器406用于存儲(chǔ)離線(xiàn)存儲(chǔ)人體屬性參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)能耗等信息；按鍵403和LCD顯示屏407用來(lái)提供人機(jī)交互功能，按鍵403可以提供開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、模式切換、參數(shù)輸入等功能，LCD顯示屏407可以顯示：時(shí)間、步數(shù)、步頻、步速、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)能耗等運(yùn)動(dòng)參數(shù)和性別、年齡、身高和下肢長(zhǎng)度等人體屬性參數(shù)；USB接口408提供數(shù)據(jù)上傳和充電功能；鋰電池401為腕表601系統(tǒng)提供電源，電源管理模塊402為腕表601提供穩(wěn)壓、上電、斷電和電量檢測(cè)功能。圖5為本發(fā)明的腕表601外觀示意圖，腕表601采用方便佩戴的電子手表樣式，正面鑲有1.5英寸LCD顯示屏407，一側(cè)安裝一個(gè)電源開(kāi)關(guān)504和一對(duì)控制按鈕505、506，另一側(cè)配有一個(gè)USB插座502及一個(gè)復(fù)位按鍵503。運(yùn)動(dòng)鞋301與腕表601之間采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方式。腕表601內(nèi)置FLASH存儲(chǔ)器，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并且能夠通過(guò)USB接口上傳到計(jì)算機(jī)。圖6為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋安裝示意圖，運(yùn)動(dòng)鞋301內(nèi)安裝有柔性力敏傳感鞋墊，穿在用戶(hù)足部，用于采集用戶(hù)足底壓力分布信息。腕表601佩戴在用戶(hù)腕部。圖7為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)能耗模型建立過(guò)程示意圖，采用數(shù)字跑道測(cè)試得到的步速703作為預(yù)估值的近似真值，將壓力傳感器鞋墊實(shí)測(cè)的步態(tài)生物力學(xué)參量和人體屬性參數(shù)701作為自變量，分別采用多元線(xiàn)性回歸和支持向量非線(xiàn)性回歸模型702建立個(gè)體步速估測(cè)模型704。以足底壓力分布的時(shí)間序列信息與坡度和負(fù)重高度相關(guān)性為基礎(chǔ)，提取序列信息所包含的若干壓力分布和步態(tài)周期參數(shù)701作為坡度與負(fù)重狀態(tài)建模的自變量，設(shè)計(jì)一系列已知坡度的實(shí)驗(yàn)道路和負(fù)重情況706，應(yīng)用多元線(xiàn)性回歸方程705建立坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型707。在步速估測(cè)模型704和坡度和負(fù)重狀態(tài)估測(cè)模型707基礎(chǔ)上利用氣體代謝儀作為運(yùn)動(dòng)能耗的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備測(cè)量不同步頻、步速、坡度及負(fù)重709條件下的單位時(shí)間單位質(zhì)量能量消耗708，并利用多元線(xiàn)性回歸方法710對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定步頻、步速、坡度及負(fù)重與運(yùn)動(dòng)能耗之間的關(guān)系，從而建立基于柔性力敏傳感器的運(yùn)動(dòng)能量消耗模型711?；谌嵝粤γ魝鞲衅鞯倪\(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)鞋的監(jiān)測(cè)方法如下：(a)用戶(hù)穿上安裝有柔性力敏傳感鞋墊的運(yùn)動(dòng)鞋301，佩戴好腕表601并打開(kāi)腕表601電源開(kāi)關(guān)504；(b)輸入或選擇個(gè)人年齡、性別、身高和下肢長(zhǎng)度等人體屬性參數(shù)，輸入方式有兩種：一是使用腕表601按鍵輸入，二是將腕表601通過(guò)USB插座502連接計(jì)算機(jī)，使用客戶(hù)端軟件輸入；(c)按下開(kāi)始按鍵，腕表601發(fā)送開(kāi)始命令給柔性力敏傳感鞋墊；(d)柔性力敏傳感鞋墊中的微控制器202開(kāi)始以10毫秒間隔定時(shí)掃描柔性力敏傳感器101，并對(duì)經(jīng)過(guò)濾波放大的柔性力敏傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行分析并提取步數(shù)、步頻和步速等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，最后將運(yùn)動(dòng)參數(shù)和時(shí)間信息通過(guò)ZigBee通訊模塊203發(fā)送給腕表601；(e)腕表601中的ZigBee通訊模塊404接收柔性力敏傳感鞋墊發(fā)出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給微控制器405；(f)腕表601中的微控制器405將運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)和用戶(hù)人體屬性參數(shù)數(shù)據(jù)一起代入運(yùn)動(dòng)能耗模型711得到用戶(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能耗信息；(g)腕表601中的微控制器405將用戶(hù)年齡、性別、身高、下肢長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、步數(shù)、步頻、步速以及運(yùn)動(dòng)能耗、運(yùn)動(dòng)總能耗等信息顯示在LCD顯示屏407上并存儲(chǔ)到FLASH存儲(chǔ)器406；(h)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，將腕表601通過(guò)USB插座502連接到計(jì)算機(jī)上，打開(kāi)計(jì)算機(jī)軟件客戶(hù)端讀取用戶(hù)數(shù)據(jù)并更新用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)施例1下面以用戶(hù)首次使用本發(fā)明為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程作進(jìn)一步的舉例說(shuō)明。用戶(hù)穿上安裝有柔性力敏傳感鞋墊的運(yùn)動(dòng)鞋301，佩戴好腕表601并打開(kāi)腕表601電源開(kāi)關(guān)504，此時(shí)柔性力敏傳感鞋墊檢測(cè)到腕表601開(kāi)機(jī)之后自動(dòng)切換到待機(jī)狀態(tài)；用戶(hù)利用腕表601右側(cè)的一對(duì)控制按鍵505、506進(jìn)行系統(tǒng)初始設(shè)置，主要設(shè)置用戶(hù)的個(gè)人基本信息：姓名、性別、年齡、身高和體重等，完成系統(tǒng)初始化設(shè)置之后腕表601自動(dòng)保存信息到FLASH存儲(chǔ)器406；做好準(zhǔn)備工作之后，用戶(hù)按下開(kāi)始按鍵505并開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；柔性力敏傳感鞋墊不斷檢測(cè)、處理足底壓力信息并實(shí)時(shí)發(fā)送給腕表601；腕表601將接收到的數(shù)據(jù)和用戶(hù)人體屬性參數(shù)數(shù)據(jù)一起代入運(yùn)動(dòng)能耗模型711得到用戶(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能耗信息；用戶(hù)可以通過(guò)查看LCD顯示屏407實(shí)時(shí)了解當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的步頻、步速、能耗等信息，并根據(jù)個(gè)人運(yùn)動(dòng)需求做實(shí)時(shí)調(diào)整；當(dāng)結(jié)束本次運(yùn)動(dòng)時(shí)，腕表601可以顯示本次運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)信息，如總時(shí)長(zhǎng)、總步數(shù)、平均步頻、平均步速以及總能耗等；用戶(hù)若需要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)可以再次按下開(kāi)始按鍵505，進(jìn)入下一次監(jiān)測(cè)過(guò)程；若結(jié)束運(yùn)動(dòng)則關(guān)閉腕表601電源開(kāi)關(guān)504，柔性力敏傳感鞋墊檢測(cè)到腕表601關(guān)機(jī)之后自動(dòng)計(jì)入休眠狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，用戶(hù)可以在每次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后將腕表601通過(guò)USB插座502連接到計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)客戶(hù)端可以讀取歷史運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)前一次或前一階段的運(yùn)動(dòng)能耗監(jiān)測(cè)結(jié)果決定后續(xù)的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，以期達(dá)到更好的運(yùn)動(dòng)效果。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。