基于柔性电子的可穿戴智能运动监测设备

申报人：林齐发申报日期：2024-05-31

基本情况

所属批次:

2024年批次

项目名称:

基于柔性电子的可穿戴智能运动监测设备学生申报

项目类型:

创新训练项目

所属学科门类:

工学

所属专业类:

计算机类

项目来源名称:

学生自主选题

项目归属学院:

项目期限:

一年期

项目简介:

随着科技的迅速发展，体育领域也开始广泛地应用数据分析技术关注运动员的健康状况以提高运动员的表现和团队的策略。从传统的数据记录到现代的高级分析工具，运动数据分析已经成为现代体育的一个核心部分。该项目旨在通过柔性电子技术的创新应用,开发出更舒适、更智能的可穿戴运动监测设备,满足用户需求,同时促进健康管理事业的发展,并推动柔性电子技术的进步。通过自主设计采集用户的体表温度、心率、血氧等生理数据，结合阿里云平台和AI技术，实时监测用户的生理参数，运用高性能柔性能量存储和收集系统为设备的续航提供保障，同时给出相关运动建议。该系统主要包括运动数据采集与分析、个性化运动建议、数据的可视化等功能模块，在多个领域具有广泛的应用前景。

负责人曾经参与科研的情况:

1.《LORA科技》项目成员

2.《新型检测心电图的轻量级架构》项目负责人

3.在《福建电脑》发表论文《应用物联网技术的运动生理监测系统设计》

4.在《工业控制计算机》发表论文《物联网技术下的声源定位系统设计》

5.在《现代计算机》发表论文《基于Haar-Like特征的人脸检测算法研究与应用》

指导教师承担科研课题情况:

(1) 中铁城际规划建设有限公司, 技术开发, 20220148, 智慧排水系统平台技术开发, 2022-05 至今,28.6万元, 在研, 参与

(2) 广西教育厅, 地厅级, 2020KY06026, 嵌入式智能操作系统环境下人脸识别技术研究, 2020-03 至今,4万元, 在研, 参与

(3) 广西科技厅, 省部级, 2018GXNSFAA281235, 两层无线传感器网络面向隐私保护的多维数据范围查询及

访问控制协议研究, 2018-12 至 2021-12, 12万元, 结题, 参与

指导教师对本项目的支持情况:

指导教师对该研究领域具有充分的研究经历和研究能力，能透彻理解该课题相关理论知识并取得了一定的研究成果，有相关的项目来源和经费支持，具有较强的工作责任心、认真负责的工作态度，能尽职尽责的为课题组同学提供必要的指导、引导和支持、帮助。

项目级别:

校级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	林齐发	计算机科学与工程学院	物联网工程	2021	负责分配工作，撰写申报书、计划书、项目的实现	第一主持人
2	吴晨曦	物理与电子信息工程学院	通信工程	2021	负责项目的硬件实现	成员
3	黄涛	物理与电子信息工程学院	电子信息工程（应用）	2023	负责项目的器件购买	成员
4	陈昭沅	计算机科学与工程学院	物联网工程	2021	负责项目的设计与实现	成员
5	粟剑钊	计算机科学与工程学院	计算机科学与技术（应用）	2021	负责项目的辅助	成员

指导教师

序号	教师姓名	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	陈守学	计算机科学与工程学院	否	第一指导教师

立项依据

研究目的:

该项目旨在设计基于柔性电子的可穿戴智能运动监测设备，通过自主设计采集用户的体表温度、心率、血氧等生理数据，结合神经网络技术对数据进行相关处理，使用阿里云平台进行数据的可视化和结合AI技术给出相关运动建议，运用高性能柔性能量存储和收集系统为设备的续航提供保障，实时监测用户的生理参数。

研究内容:

（1）自主设计采集用户的体表温度、心率、血氧等生理数据方案

（2）结合神经网络技术对数据进行相关处理

（3）使用阿里云平台进行数据的可视化

（4）结合AI技术给出相关运动建议

（5）运用高性能柔性能量存储和收集系统

国、内外研究现状和发展动态:

国、内外研究现状：

李艳成功设计出基于柔性电子技术的可穿戴产品系统--柔性可穿戴背心，其功能有如在用户的视野中显示直观的图像, 作用于身体的触觉反馈或压力、采集人体的体温升降、心率数据、脉搏数据等, 运动健身过程中中监测身体数据等。王权等人成功设计出医用可穿戴柔性电子设备质控技术来分析医用可穿戴柔性电子设备临床使用风险，研究对应的质量评价方法，以加强对医用柔性电子设备进行质量评价及风险控制。Hongying Tian等人提出阵列可穿戴柔性电子皮肤是一种提供多功能传感功能的新技术，它可以检测和量化各种刺激，模仿人体体感系统，并实时记录各种物理和生理参数。Zhao Bo等人提出身体通道通信在可穿戴柔性电子产品中的作用和挑战，认为BCC收发器可能是未来可穿戴柔性电子产品的最佳候选者之一，尽管存在设计挑战，但 BCC 对于 WBAN 应用来说是一个令人兴奋的通信概念。Bin Heyat Md Belal等人提出基于可穿戴柔性电子心脏电极的研究者心理压力检测系统采用单导联心电信号的机器学习模型，认为DT分类器在受试者内分类中达到了最高的准确率（93.30%）。此外，DT分类器的主体间分类平均准确率为94.10%。该系统更高效，更容易监测心脏信号，特别是对于本研究中的研究人员而言。

发展动态：

基于柔性电子的可穿戴智能运动监测设备正处于快速发展阶段。随着柔性电子技术、传感器技术、集成电路和电池技术的不断进步,这类设备能够更好地贴合人体曲面,提高舒适性和监测精度,同时也实现了更小型化和更长续航。

各大科技公司和创业公司不断推出新款可穿戴运动监测设备,产品设计更加注重人体工学和时尚外观,满足消费者的个性化需求。除了基本的运动监测功能,产品还集成了睡眠监测、心率监测、GPS定位等更丰富的功能。

随着健康意识的提升,消费者对于运动监测和健康管理的需求不断增加,可穿戴运动监测设备成为热点产品,市场规模不断扩大。不同年龄层和运动爱好者对于产品功能和设计都有差异化需求,未来将有更多创新。

这类设备不仅应用于个人健身,也逐步应用于医疗健康、运动训练等领域,并与手机、智能家居等设备连接,实现更智能化的数据分析和健康管理。未来还可能应用于工业生产、军事训练等更广泛的场景,发展前景广阔。

创新点与项目特色:

技术创新性：系统采用了深度学习算法和机器学习技术，能够通过对用户运动习惯、生理指标等数据的学习和分析，不断优化运动建议，提升用户的运动效果和体验。

硬件创新性：智能传感器的设计与应用，采用了具有轻量化设计、测量精度较高且稳定的传感器，实现了对多种运动数据的有效采集和传输。同时，两块OLED屏的使用使得数据和回传建议变得更为直观简洁。设备也运用高性能柔性能量存储和收集系统为设备的续航提供保障。

应用创新性：通过集成生物传感器技术，实现了个性化健康监测与运动建议。同时可以与如医疗、体育等多个领域结合，为社会带来一定的实际应用价值。

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

技术路线:

1.柔性电子材料和器件的研发:

（1）开发可靠性好的柔性导电等功能材料。

（2）设计制造出可弯曲、贴合人体的柔性传感器。

2.柔性电子系统集成技术:

（1）实现柔性电子器件的互连集成,构建完整的可穿戴系统。

（2）优化系统结构和布局,提高整体的柔韧性和贴合性。

3.智能算法和数据分析技术:

（1）开发用于运动监测的高精度算法,提高数据采集和分析的准确性。

（2）结合大数据和人工智能技术,实现更智能化的健康管理功能。

4.可视化和运动建议技术：

（1）实现阿里云平台的可视化

（2）通过AI模型及时给出运动相关建议

技术路线如下图所示：

拟解决的问题:

（1）提高可穿戴设备的舒适性和贴合性,增强用户体验。

（2）提升运动监测数据的准确性和可靠性,为用户提供更精准的健康分析。

（3）实现设备小型化、轻量化和长续航,满足用户的便携性需求。

（4）开发更智能化的健康管理功能,为用户提供个性化的健康建议和服务。

预期成果:

（1）研发出高性能、可靠性好的柔性电子材料和器件。

（2）构建出具有优秀贴合性和柔韧性的可穿戴系统。

（3）开发出高精度的运动监测算法和智能健康管理功能。

（4）推出一系列舒适、轻便、智能的可穿戴运动监测设备,满足消费者需求。

（5）拓展可穿戴设备在医疗健康、运动训练等领域的应用。

项目研究进度安排:

第一阶段:

1. 开展柔性电子材料和器件的基础研究,包括柔性导电、半导体、绝缘等功能材料的开发,以及可弯曲、贴合人体的柔性传感器、集成电路等器件的设计制造。

2. 研究柔性电子系统集成技术,实现柔性电子器件的互连集成,优化系统结构和布局,提高整体的柔韧性和贴合性。

3. 开发用于运动监测的高精度算法,提高数据采集和分析的准确性。

第二阶段:

1. 优化柔性电子材料和器件的性能,提高可靠性和稳定性。

2. 进一步完善柔性电子系统集成技术,实现更紧凑、轻量化的可穿戴设备。

3. 结合大数据和人工智能技术,开发更智能化的健康管理功能,为用户提供个性化的健康建议和服务。

4. 开展小批量试产,进行用户体验测试和市场反馈收集。

第三阶段:

1. 根据用户反馈优化产品设计和功能,提升用户体验。

2. 扩大生产规模,推出一系列具有优秀贴合性和智能化的可穿戴运动监测设备。

3. 拓展可穿戴设备在医疗健康、运动训练等领域的应用,开拓新的市场。

4. 持续完善产品性能和功能,保持技术领先优势。

已有基础:

与本项目有关的研究积累和已取得的成绩:

研究积累：已有一篇发表论文作为项目基础

已取得的成绩：已经大致实现该系统的基本功能。

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法:

已具备的条件：该项目硬件搭建大致完成，部分功能已实现。

尚缺少的条件：电源续航方面尚未实现，设备便携化方案尚未成熟。

解决方法：通过与前沿专家沟通，实现电池方面的设计与设备便携化。

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	45500.00	完成项目	26750.00	18750.00
1. 业务费	18000.00	创新项目	8750.00	9250.00
（1）计算、分析、测试费	3000.00	用于购买计算机设备和软件，进行项目数据分析和测试	1500.00	1500.00
（2）能源动力费	2500.00	用于实验室设备运行所需的电力和能源费用	1000.00	1500.00
（3）会议、差旅费	10000.00	用于参加学术会议、巡回考察等的交通费和住宿费	5000.00	5000.00
（4）文献检索费	1500.00	用于购买图书馆文献检索服务	750.00	750.00
（5）论文出版费	1000.00	用于支付论文发表和出版费用	500.00	500.00
2. 仪器设备购置费	10000.00	用于购买实验室所需的仪器设备	5000.00	5000.00
3. 实验装置试制费	12500.00	用于制作实验装置原型和样品	10000.00	2500.00
4. 材料费	5000.00	用于购买实验中所需的相关材料	3000.00	2000.00

结束