基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表的制作方法

1.本发明涉及中小学智能可穿戴技术领域，具体为基于边缘计算和边缘计算技术的中小学生运动监测手表。


背景技术：

2.在2019年全国教育工作会议中，针对现在小胖墩和小眼镜越来越多，在升学压力下，学校体育有边缘化的危险等问题，教育部部长陈宝生表示，对体育美育要有刚性要求，要继续开展学生身体健康素质监测，把体育工作纳入教育现代化评估指标体系、考试制度改革和督导评价内容，对于体育设施设备要重新厘定标准，逐步配齐，师资要有计划培养补充，要落实好校方责任险等制度，解除学校的后顾之忧，同时要建立中小学美育课程刚性管理机制，开齐、开足和上好美育课程，要把学校美育工作情况以及学生艺术素质测评结果作为考核评价的重要指标，从今年起，要狠抓劳动教育，要推进教育法修订，将“劳”纳入教育方针，要将动手实践内容纳入学生综合素质评价，并纳入对政府、教育部门和学校的督导评估中。
3.但是由于学校体育发展面向的学生群体人数较多同时不同学生体质年龄上都存在差异，传统的体育教育和管理方式难以对每个学生进行有效且细致的管理，无法对校园体育教育的风险进行预防和规避。


技术实现要素：

4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于边缘计算和边缘计算技术的中小学生运动监测手表，其特征在于，所述基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表的功能包括:
5.加速度采集及统计，包括运动量检测、运动模式识别和睡眠时间检测；
6.心率采集及统计，包括运动安全监测、运动负荷监测；
7.教室蓝牙基站，通过自动点名的方式收集学生的运动数据；
8.家长蓝牙接收软件，将中小学生运动信息数据通过软件同步推送至家长手机软件中；
9.基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表，所述基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表的运动状态手动识别及统计包括：
10.触发条件，在运动持续一分钟的状态下，通过加速度传感器x、y、z三个方向竖直满足强度值；
11.提醒方式，通过振动选项提示框进行提示；
12.选项种类，足球、篮球、乒乓球、跳绳、跳操、跑步、羽毛球、仰卧起座、快走和其他；
13.运动分类时间统计，在选择运动的选项种类后，对该类运动状态持续时间进行计时。
14.优选的，所述教室蓝牙基站上传的数据主要是运动手表的id信息、每周和每天的
各种强度身体活动的时间、各种运动模式的时间及身体活动量达标的情况，系统设定每个学生每周身体活动量的及格线为900met，每天身体活动量的及格线为180met。
15.优选的，所述加速度统计中显示每天和每周的高强度活动时间、中强度活动时间、低强度活动时间以及中高强度活动的时间，学生手表中具备分析各种强度身体活动量和各种运动模式的时间分析小程序，学生通过手表看到自己每天和每周各种强度身体活动量以及每周身体活动量是否达标的情况。
16.优选的，所述校园手表具有加速度传感器、光电心率传感器和led显示屏传感器。
17.优选的，所述提醒方式为震动3次并亮屏独立界面提示，用户不操作则5秒后退出提示页面并熄屏弹窗运动选项，右侧按钮按一下跳入下一个选项，在选项上停止后，3-5秒自动进入相对应运动中并开始统计相关运动时间，进入模式未达到2分钟便退出则为无效模式。
18.有益效果
19.本发明提供了基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表。具备以下有益效果：
20.运动手表采集的运动数据也可以通过蓝牙上传到手机中的app并将信息传递给家长，根据学生的运动数据智能推送健身运动方案，学生也可以从科学健身指导系统动作库中自己选择喜欢的运动方案，超过预警值后提醒管理人员，降低运动风险的发生，并可对此学生进行标记，实现精准化的训练。
附图说明
21.图1为本发明的校园手表功能的组成示意图；
22.图2为本发明的运动状态手动识别及统计的组成示意图；
23.图3为本发明的加速度功能的组成示意图；
24.图4为本发明的校园手表统计数据的组成示意图；
25.图5为本发明的校园手表功能推送组成示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.具体实施例一：
28.如图1-3所示，基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表，其特征在于，基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表的功能包括:
29.加速度采集及统计，包括运动量检测、运动模式识别和睡眠时间检测；
30.心率采集及统计，包括运动安全监测、运动负荷监测；
31.教室蓝牙基站，通过自动点名的方式收集学生的运动数据；
32.家长蓝牙接收软件，将中小学生运动信息数据通过软件同步推送至家长手软件中。
33.体育课堂内具可单独配备基站、监控平板和pc电脑，运用智能手表监测课堂质量，
平板、pc端实时展示学生心率数据，超过预警值后提醒管理人员，降低运动风险发生，并可对此学生进行标记实现精准化的训练，如果心率长时间超过预警值，达到5分钟时，则同时向父母的手机发送预警短信。
34.通过课后展示班级、个人运动强度、不同运动强度对应的时间、平均心率曲线、心率指标和bmi协助老师定制学生锻炼计划，提高学生运动效率，降低学生运动安全意外事件发生的概率，可根据相关需求进行运动强度算法修改，相关后台可做适配调整。
35.基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表，基于边缘计算技术的中小学生运动监测手表的运动状态手动识别及统计包括：
36.触发条件，在运动持续一分钟的状态下，通过加速度传感器x、y、z三个方向竖直满足强度值；
37.提醒方式，通过振动选项提示框进行提示；
38.选项种类，足球、篮球、乒乓球、跳绳、跳操、跑步、羽毛球、仰卧起座、快走和其他；
39.运动分类时间统计，在选择运动的选项种类后，对该类运动状态持续时间进行计时。
40.基于加速计的运动量监测，需要显示每天和每周的高强度活动时间、中强度活动时间、低强度活动时间以及中高强度活动的时间，学生手表中具备分析各种强度身体活动量和各种运动模式的时间分析小程序，学生通过手表看到自己每天和每周各种强度身体活动量以及每周身体活动量是否达标的情况。
41.教室蓝牙基站上传的数据主要是运动手表的id信息、每周和每天的各种强度身体活动的时间、各种运动模式的时间及身体活动量达标的情况，系统设定每个学生每周身体活动量的及格线为900met，每天身体活动量的及格线为180met，(met值可通过加速度传感器计算得出，只统计大于3的met值)，先采用calmachinemet计算单日/周运动量是否达标的依据是大于3.0的met分钟累计大于180/日、900/周。
42.如果每天没有达到180met分钟值，手表提示每天还需要增加中强度身体活动时间为x分钟(x＝60-当日的中强度活动时间)，如果每周身体活动量没有达到900met，手表系统提示学生需要增加本周身体活动量为y(y＝900-本周身体活动量met值)，并显示身体活动量达标率为z％(周z＝本周身体活动量met值/900，日z＝当天身体活动量met值/180)。
43.met值计算方法：根据身体活动量算法，只有大于3met的身体活动才能计入met分钟的数值，父母使用的手机全民健身app软件端可以通过短信，绑定孩子的手表，校园手表后台预留出推送信息栏目，并与“全民健身app”后台对接接口。
44.基于加速计的运动量监测，需要显示每天和每周的高强度活动时间、中强度活动时间、低强度活动时间以及中高强度活动的时间，学生手表中具备分析各种强度身体活动量和各种运动模式的时间分析小程序，学生通过手表看到自己每天和每周各种强度身体活动量以及每周身体活动量是否达标的情况。
45.校园手表具有加速度传感器、光电心率传感器和led显示屏传感器，通过三轴加速度传感器计算运动强度并记录运动强度与时间的关系，给出每天不同强度的总时间，当中强度运动达到1min后，通过震动提示用户手动选择运动模式，并且后台给出运动模式与时间的关系，给出几种(图示)不同运动模式的运动强度，此外通过运动模式判断，给出久坐次数统计(超出一定时间为久坐)，并给出每天坐姿保持总时间，手表自带睡眠监测算法，可给
出睡眠时间，并作为统计项目上报后台。
46.未进入运动模式时中强度 高强度持续60秒则提示进入运动模式，运动模式选择触发条件为加速度传感器数值达到中强度值(由强度算法计算)并持续1min。
47.提醒方式为震动3次，并亮屏独立界面提示，用户不操作则5秒后退出提示页面并熄屏弹窗运动选项，右侧按钮按一下跳入下一个选项，在选项上停止后，3-5秒自动进入相对应运动中，并开始统计相关运动时间。进入模式未达到2分钟便退出则为无效模式。
48.当设备在连续5min低于中强度值时间后则自动停止统计，并将该次运动计入相对的运动分类，并记录时间。
49.手表带有光电心率传感器，在体育课内，可实时监测学生的心率值，超过心率最高阈值后，后台及监控平板电脑可收到相关报警提示，通过心率传感器也可收集学生在体育课内的最大心率和平均心率，作为运动强度统计项目计入相关算法。
50.具体实施例二：
51.如图4-5所示，校园手表平台统计学生信息，除基本信息外，增加学校、年级和班级，方便上课抓取以及后期数据统计分析。
52.校园手表后台端可以设置不同账户登录，分为两级管理权限，体育部门领导可以查看教师工作数据(上课记录)，查看所有学生数据，可以按照班级、年级和性别进行运动量统计(中高强度运动量及步数)，体育课教师pad端可以同时连接学生端，同时查看本班体育课数据信息，根据中高强度运动强度时间及运动模式、达标率等显示排名，可以给同学做特殊标注和特殊提示，体测成绩记录个人体测成绩，按学期记录个人学校体育测试项目成绩，实现数据趋势分析(曲线显示)以及各项日常运动数据统计，可以按照不同运动强度对应时间及运动模式(跑步、篮球、跳绳、乒乓球和羽毛球等)、心率、步数分析，运动模式通过学生手动操作的方式进行选择，有日常运动及体育课两个排名界面。
53.校园手表后台通过接口全民健身app可以实时看到孩子运动数据(每周和每日的met值、中高强度运动时间、各种运动模式的时间和步数运动后心率)、班级排名、达标情况并提供家长报告，全民健身app智能推送运动方案，同时建议家长积极陪同孩子一起锻炼，可以推荐孩子周边运动项目场馆，提供特色跑步路线，支持家长设定运动激励，平台运营端提供线上、线下活动组织端口，可以发布相关活动，引导学生和家长积极参与。
54.如果心率长时间超过预警值，达到5分钟(目前是1分钟，可根据需求更改后，单独部署)，则同时向父母的手机发送预警短信。
55.校园系统需要与全民健身app后台通信，需要预留接口，主要功能包括家长信息与手表绑定(家长信息和学生绑定，后台分配手表给学生)，体育课危险事件推送，心率超出预警值5min，学生每天中高强度及运动模式、步数，信息推送功能，可通过后台给全民健身app推送活动信息。
56.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排
除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。