我们开发了两个iBikE系统，使用Wi-Fi或BLE协议在平板电脑和iBikE之间进行通信。为了评估和评估系统的准确性和功能，我们在两个独立的实验中测试了这两个系统。在每次实验中，我们都使用激光测速仪来测量自行车的速度。每次实验共要求9名健康个体进行手循环。最后，将这些系统的采集数据与激光转速表的代表性采集数据进行比较。

我们在两种设计中使用了相同的硬件和用户界面。iBikE系统有两个主要部分:(1)平板电脑应用程序和(2)iBikE ( 图1)．记录的数据通过无线通信从iBikE的内置系统发送到PC平板电脑。此外，数据提供给远程康复用户时，他们正在进行自行车运动。为了方便使用，iBikE本身只有一个物理按钮，而平板电脑有一个触摸屏按钮来启动/停止锻炼。

我们在平板电脑上开发了一个使用通用Windows平台的触摸屏操作应用程序，它可以在任何Windows 10操作系统上运行。我们使用c#编程语言来开发应用程序。应用程序的第一页设计了两个按钮，Pulse Oximeter按钮和iBikE按钮。为了在用户骑车时显示氧饱和度和脉搏率数据，用户需要按下脉搏血氧计按钮来连接手腕上的脉搏血氧计。我们使用了WristOx2，型号为3150 [ 25]，通过BLE连接平板电脑。通过按压脉搏血氧计图像，应用程序首先扫描，然后通过BLE将脉搏血氧计配对到平板电脑。这将应用程序上的代表设备按钮变为绿色( 图2)．应用程序使用标准的通用唯一标识符(UUID)来获取特征及其值。通过无线接口的微控制器单元(MCU)与平板电脑的成功配对，用户可以开始锻炼并实时跟踪骑行进度。此外，它允许从脉搏血氧计接收到的数据显示在运动页面上( 图3)．在开始骑行之前，用户必须通过点击应用程序第一页中的图像来激活脉搏血氧计。要开始骑行，用户需要先按下自行车上的物理按钮，打开iBikE设备。接下来，他们需要通过按应用程序上iBikE设备的代表按钮( 图2)．这导致应用程序通过蓝牙或Wi-Fi连接到iBikE，并将用户带到应用程序的第二页( 图3)．在第二页，通过开始运动，通过平板电脑激活实时运动反馈界面，用户可以实时监控运动速度，单位为转/分(RPM)。此外，实时脉搏率和氧饱和度数据从血氧计发送到平板电脑，并可在第二页进行监控。用户的整个练习数据存储在本地服务器和.csv文件中。

iBikE运动器材有三个主要模块( 图1):(1)控制和计算模块，(2)磁开关模块(簧片传感器)，(3)蓝牙或Wi-Fi通信模块。

两种开发的iBikE系统都有相同的操作程序。为了开始骑行，用户需要首先按下iBikE运动设备上的红色按钮来唤醒MCU，并激活与平板电脑的Wi-Fi或蓝牙通信。然后，用户需要按下应用程序第一页上的按钮( 图2)表示练习的开始。这使得平板电脑可以连接到Wi-Fi/蓝牙通信模块，并与iBikE运动设备配对。将平板电脑与iBikE配对后，界面第二页会显示指定的骑行速度( 图3)，用户可以通过iBikE运动设备进行运动，并收到用户运动的反馈。

使用激光测速仪、DT-2100、Nidec-SHIMPO [ 26］．转速表采用非接触连续测量方式，实时检测所测转速( 图4B).转速表以10hz采样频率对连续RPM测量进行采样。收集到的数据可以在其PC软件中实时可视化。在每个会话结束时，记录的数据可以保存在Excel(微软公司)文件中。最后，将每次骑行实验中保存的数据与从iBikE系统中收集的具有代表性的数据进行比较。

一组9人使用每个iBikE系统进行3次手动骑行，每次骑行时间为1分钟。他们先以慢速骑行1分钟，然后休息1分钟。然后，他们开始以中等速度骑行1分钟，然后休息1分钟。最后，他们以1分钟的快速骑行开始。慢、中、快的含义取决于用户的解释。测试的参与者是9名健康的人，年龄在21到37岁之间。他们在不同的两天里进行了测试。第一天在BLE通信模式的iBikE系统上采集数据，第二天在Wi-Fi通信模式的iBikE系统上采集数据。用户总共完成了18个会话(54个阶段)。在每个阶段，数据都是从iBikE系统和转速表中并行收集的。 The iBikE system recorded completed cycling intervals and sent the data to the PC tablet. At the same time, the tachometer collected RPM values and sent them to a PC with a sampling rate of 10 Hz.

除了由MCU发送给应用程序的骑行信息外，其他信息包括心率、氧饱和度(SpO2)、个人活动智能[ 27]，从脉搏血氧计发送到应用程序。

由于没有风险，并且参与者都是本文的作者，我们不需要机构审查委员会的批准。数据收集于2022年5月至2022年6月之间。未收集受保护的健康信息，所得到的分析数据集已完全去识别。研究参与者没有得到补偿。

我们设计并开发了两个系统，可用于需要远程康复锻炼系统的患者的家庭锻炼。我们以一种易于访问的方式设计了系统，并且需要用户最少的经验来操作系统。我们的新系统成本低廉，在通过BLE或Wi-Fi进行通信时显示了其能力和准确性。通过将iBikE系统的记录数据与激光测速仪收集的数据进行比较，我们评估了iBikE系统的准确性和功能性。结果表明，BLE iBikE系统在中等速度骑行1分钟时，最小平均转速差为0.2 (SD 0.3)。对于Wi-Fi iBikE系统，在慢节奏骑行1分钟时，最小平均转速差为0.21 (SD为0.21)。

我们让用户界面尽可能简单，以便用户使用iBikE系统和启动/停止会话。只需按下iBikE设备上的一个物理按钮( 图3)，两套系统均可轻松连接到PC平板电脑。这激活了MCU中的BLE/Wi-Fi连接，然后等待用户按下平板电脑屏幕上的按钮来确认连接并开始骑行会话。iBikE设备上的这个按钮也可以用来停止骑行。

我们使用的是FireBeetle ESP-32，集成了双核esp - wrom -32模块，支持MCU和Wi-Fi、蓝牙双模通信。为了准确地记录簧片开关在落边上的循环间隔，我们在检测算法中使用了中断服务例程(ISR)。由于簧片开关的电容式结构[ 28]和外磁场效应[ 29]，随机下降边( 假在Wi-Fi iBikE系统中，每250毫秒检测到中断)。对于BLE iBikE系统， 假中断每140毫秒发生一次。当系统电池低于其~70%容量时，检测效果不佳 假BLE和Wi-Fi系统的中断更频繁、更长，分别为180毫秒和300毫秒。因此，循环间隔检测算法在ISR中使用了一个延迟定时器来防止计数器在时间点上递增 假中断。这是BLE系统相对于Wi-Fi系统的优势之一，因为延迟定时器更小(小于200毫秒)，因此，与Wi-Fi系统相比，可以检测到更快的RPM(高达300)。此外，在类似的会话中，BLE iBikE系统使用的电池更少。在快节奏实验中记录的最高转速为142转。因此，两种系统都能检测到所有的循环间隔而不丢失数据。但是，对于类似的应用程序，需要以更高的频率更快地记录数据，应该考虑这个问题。

为了激活ESP-32 MCU中的Wi-Fi通信，我们需要设置iBikE附近一个活动路由器的用户名和密码，使其连接到Wi-Fi并与PC平板电脑通信。如果用户移动到一个新的位置，使用新的活动路由器，MCU嵌入的编程代码需要更新新的用户名和密码。这需要一个有经验的人，有专门的集成开发环境软件(Arduino IDE等)，用新的用户名和密码更新代码。另外，我们需要在编程代码中提供平板电脑的IP地址，以便与平板电脑通信。然而，BLE系统没有这些限制。我们对在Wi-Fi系统上使用BLE iBikE系统的建议仅限于这个已开发的系统、我们的应用程序需求和系统的数据结果。BLE和Wi-Fi技术各有优缺点。当应用需要传输速度更快、安全性更高的大数据时，例如Wi-Fi是更好的选择。

iBikE系统由一个用于快速周期采样的传感器、检测患者退出程序的算法、用于收集传感器数据并与平板电脑通信的程序、用于显示iBikE和患者数据并输入控制变量的用户界面以及跟踪记录和数据收集系统组成。低成本的无线接口为家庭骑行训练的远程监控提供了必要的准确性。这个iBikE系统是新颖的，因为它可以通过可靠的低成本无线接口为康复团队捕获和通信实时运动自行车数据。

在之前的工作中，我们证明了物理远程康复在慢性肺部疾病患者中的高接受度和积极影响[ 30.]、多发性硬化症[ 31]，以及老年综合症[ 32］．下一步是评估基于家庭的自行车远程康复项目的影响，该项目包括实时运动监测和临床试验环境下康复团队的数据驱动反馈，其中包括长期登记的不同范围的患者。应调查短期和长期的骑行效果，并与门诊实施的现有康复结果进行比较。远程康复项目将根据其对有氧健身、临床结果、医疗保健使用和运动坚持的影响进行评估。