基于物联网的HL智能体脂秤系统设计与App实践开发

韩星月 邹津婷 邓亚民 张鸿彬 宋 阳

长春大学旅游学院

0 引言

近年来，我国大力支持科技创新，且在人工智能领域有明显突破。物联网技术、微处理技术、传感器技术的进步以及国民对生活品质的追求，使得智能体脂秤得到普遍应用。跟传统体脂、体重秤不同的是，HL智能体脂秤采集到的数据和各项指标能更加准确、灵敏地感知人体细微变化，用户直接在手机App上查看体脂健康等级，进而实现自身体重的更好监测和管理。

1 基于物联网的HL智能体脂秤系统相关技术

1.1 物联网技术

物联网技术是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。本项目将以物联网技术为基础进行智能健康管理。

1.2 BIA生物电阻抗法技术

BIA生物电阻抗法是一种通过电学方法测定人体水分的技术。将微弱的交流电信号导入人体时，电流会随着电阻小、传导性能好的体液流传。水分的多少决定了电流经过通路的宽度，可用阻抗的测定值来表示。通过测定阻抗算出人体构成，利用人体水分与身高成正比、与人体阻抗R成反比这一原理进行计算，电流流过导体时，导体的电阻与导体长度成正比，与横截面成反比，即导体的体积可以用导体的长度和电阻的函数来表示。

1.3 HL智能体脂秤方案原理

HL智能体脂秤可测量体重、骨量、肌肉量、脂肪率、蛋白质含量、内脏脂肪含量、体内水分等数据。该电子秤收集的数据还能借助移动设备进行计算，从而分析身体的健康指标。硬件系统设计中，使用微型称重传感器，将人的体重转换为电信号，经过处理器AD采样及换算，便可得出体重数据，主要功能是测量人体脂肪、水分、肌肉等。称的表面有4个电极，用来测量人体的阻抗。因此，需要在智能体脂秤App上输入性别、年龄、身高等信息，利用公式进行推算。

由于人体存在阻抗，为了测量各部分的阻抗，可将人体分为左上肢、右上肢、躯干、左下肢和右下肢共5段。信号电路产生的正弦电流源作为系统的激励信号，通过电极施加到人体的相应部位，从而比较准确地测量和推算出使用者的各项数据。

2 系统硬件构成

本系统硬件部分以高精度ADC芯片为主控板核心器件，传感器部分包括称重传感器、红外传感器，反馈显示模块包括数码管显示板、语音识别、MP3播放，其他结构包括承重板及无线通信模块。硬件系统框架如图1所示。

图1 硬件系统框架

（1）主控核心模块。包括单片机主控模块和数据采集模块，以ADC高精度智能芯片作为核心控制器件，其优势是测量准确，数据收集灵敏处理迅速，性能好，具有较强的数据处理分析能力。（2）传感器模块。以微型称重传感器作为采集用户身高体重的信号器件，压力的采集范围为0~200 kg；以人体红外传感器作为用户开始、停止使用的信号采集，反馈现象为数码管点亮及系统初始化。（3）反馈显示模块。数码管用来显示所测得的身高、体重、脂肪等数据，并准确显示计算结果，即体脂率，将其设置于承重板的一侧，并具有与单片机主控模块相连接的端口；语音识别模块用来进行人机交互沟通，通过嵌入的语音采集芯片进行指令收集，并将结果送回主控芯片；MP3播放模块用以播放最终体脂率结果。（4）其他模块结构中，将微型称重传感器设置于承重板下方，并收集施加在承重板上的重力信号；无线通信模块板集成安装于承重板之下，并具有与单片机主控模块相连接的端口。

3 软件系统设计

软件设计采用的模块化编程，把每个模块单独分开，并测试模块是否正确，必须保证每个模块测试正确，才能开始编写主函数。每个模块都给出相应的接口，以便主函数调用，降低整个过程的难度。

3.1 软件系统设计流程

软件系统设计流程如图2所示。体脂秤测量脂肪率和体内水分是通过测量人体电阻大小来进行核算的，脂肪多则电阻碍大，水分多则电阻碍小，从而判断人体里的水分含量和脂肪含量。

图2 软件系统设计流程

根据上述理论，软件显示部分设计如下：

脂肪质量=体重－人体总水分÷0.73

其中，S表示身高（c m），R表示测量的人体电阻（Ω），W表示体重（kg），Sex表示性别（男=1，女= 0），Age表示年龄。

3.2 智能体脂秤App开发

基于物联网技术的短距离通信技术，利用蓝牙连接设备，记录用户在体重秤上数据信息并进行保存，最终形成一份体重数据报告。

手机端App功能是对健康测量，对用户体重、脂肪、水分、身体年龄、骨量和肌肉等身体成分和健康状态进行全面评估，数据通过蓝牙传输至手机，为用户科学分析身体状况和各项数值水平；健康顾问分析用户的身体状况并形成报告，根据每个时段的身体状况和日常生活习惯，为用户提供个性化的运动方案和膳食指导；数据分析记录可选周期内采集的体脂变化数据，分析周、月、年的体脂率变化趋势；健康计划可以一键设定结合自身体型特点的科学减脂体脂率健康计划。

4 结束语

物联网技术将互联网数据的对象转变为丰富人们生活的、实现方便、高效、新的商业模式，给消费者带来良好的体验，也给企业带来巨大的潜力。物联网技术在智能家居上的应用尤其出色，当前的快节奏生活和普遍的不规律饮食，使越来越多人的健康发出危险预警，HL智能体脂秤结合物联网技术实现了健康管理，提升了用户的幸福指数最大化，创造真正的智能体验。