專利名稱：腕式健康監(jiān)視器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及腕式健康監(jiān)視器，更具體地說，涉及能夠監(jiān)視與運動和/或生理學(xué)有關(guān)的一種或幾種功能的手表式儀器。
在諸如步行/慢跑/跑步和游泳等某些健康活動中，如果他或她的體能需要測量或改善，則有某些關(guān)鍵的測量值是參與者很感興趣的。在健康活動中這些重要的測量值中最基本的一些是該活動的重復(fù)次數(shù)或經(jīng)過的時間。正如前面討論的，計數(shù)器或停表是通用的儀器，它們在體育和健康訓(xùn)練中得到廣泛的應(yīng)用，并能用來跟蹤若干種重復(fù)次數(shù)或經(jīng)過的時間。但是，這些已知的計數(shù)器或停表一般在其操作中都需要人工干預(yù)，諸如在事件發(fā)生之前或之后，都要在準(zhǔn)確的時刻按啟動/停止按鈕。圈數(shù)自動計數(shù)電路也是共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,661,398和5,844,960公開了的，其說明書附此作參考。
盡管有上述已知的健康監(jiān)視器，但還需要一種健康監(jiān)視器，它可以把與健康有關(guān)的活動與手表型定時功能和/或生理功能結(jié)合在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型腕式健康監(jiān)視器滿足了這些或其他要求，它提供一種腕式健康監(jiān)視器，其中包括若干種以前從未包括的若干功能的易用易讀的腕式儀器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，采用這樣一種腕式健康監(jiān)視器，其特征在于，它是腕式結(jié)構(gòu)，可戴在手腕上，成為腕式手表(24，24’)，它包括圈數(shù)檢測電路部件(12)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動圈數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)，步數(shù)檢測電路部件(14)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動步數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)，微控制器(10)，按予定程序處理輸入信號，將信號處理結(jié)果送至顯示器(18)顯示，顯示器(18)，與微控制器(10)相連，用以顯示所述信號，鍵盤(22)，與微控制器(10)相連，以及計時器。
它還可以包括心率無線接收器(16)，作為心率無線監(jiān)視器，與微控制器(10)相連接，并將檢測的心率輸出信號傳輸給微控制器(10)，經(jīng)微控制器(10)處理后，可在顯示器(18)上顯示。
所述步數(shù)檢測電路部件(14)可以是游泳時采用的劃水次數(shù)檢測電路部件(14’)。所述圈數(shù)檢測電路部件(12)包括用以測定所述用戶的運動方向的霍爾效應(yīng)傳感器元件(26)。所述步數(shù)檢測電路部件(14)包括壓電傳感器(34)。所述圈數(shù)、所述距離和所述時間之間的關(guān)系之一是分段時間。所述圈數(shù)檢測電路部件(12’)包括電壓控制振蕩器。它可以是手表和微控制器(10，10’)，圈數(shù)檢測電路部件(12，12’)，步數(shù)檢測電路部件(14)和/或劃水次數(shù)檢測電路部件(14’)，和/或心率無線接收器(16，16’)，顯示器(18，18’)的各種組合。這樣，就實現(xiàn)了本實用新型的目的。
本實用新型的優(yōu)點是，在一個有利的實施例中，本實用新型腕式健康監(jiān)視器提供一種健康監(jiān)視手表，以提供計時功能，同時結(jié)合跑步圈數(shù)和步數(shù)計數(shù)器或游泳圈數(shù)或劃水次數(shù)計數(shù)器。上述組合中的任何一種都可以更有利地與心率監(jiān)視器結(jié)合，以便提供一種完全的健康監(jiān)視裝置，它不僅監(jiān)視與健康有關(guān)的活動，而且還監(jiān)視參與者生理狀況。通過把參與者在活動期間的心率水平作為一個因素考慮，把心率監(jiān)視器包括在手表內(nèi)可以更有效地進行訓(xùn)練。
本實用新型腕式健康監(jiān)視器有利地利用微控制器，后者從感測/監(jiān)視電路接收輸入信號，并向顯示裝置和/或其他指示器輸出信號。微處理器有利地編程以便把檢測的信息處理成有用的活動信息，諸如完成的圈數(shù)，移動距離和達到的心率。
結(jié)合考慮附圖閱讀對本實用新型的以下詳細描述，將明白本實用新型的其他目的、優(yōu)點和新型特征。
本實用新型最好還包括心率監(jiān)視器，用以檢測參與者的生理狀況，以便更有效地進行活動。
鍵盤22用于用戶按鍵顯示所要顯示的信息，顯示器18用于顯示各種信息，步數(shù)信息，圈數(shù)信息等等。
參閱圖2，圖2是圈數(shù)檢測電路部件12構(gòu)成實施例說明圖。圈數(shù)檢測電路部件12基于同步電壓受控振蕩圈數(shù)計數(shù)電路，以便把地球的地磁分解成諸如北、東北、東、東南、南、西南、西和西北等8個定向方位。圈數(shù)檢測電路部件12用于檢測運動圈數(shù)信號，并將信號傳給微控制器10，圈數(shù)檢測電路部件12主要包括有霍爾效應(yīng)傳感器元件26，緩沖放大器28，差動放大器30，電壓控制振蕩器32及若干電阻電容，按圖中電路連接方式相連接，其中霍爾效應(yīng)傳感器元件26用電源VCC激勵，以便讓電流通過霍爾效應(yīng)傳感器元件26。結(jié)果，當(dāng)在霍爾效應(yīng)傳感器兩端、在與激勵電流流動方向和地球磁場方向都垂直的方向上產(chǎn)生霍爾效應(yīng)電壓時，霍爾效應(yīng)電壓信號輸出的幅值和方向變?yōu)榛魻栃?yīng)傳感器與磁場相對對齊程度的函數(shù)。
響應(yīng)地球磁場，亦即外部的地磁的磁場強度，霍爾效應(yīng)傳感器元件26提供一個差動電壓輸出信號。該差動電壓輸出信號通過電阻R1、R2提供給緩沖放大器部分的緩沖放大器28的正輸入端。電容C1，C2串聯(lián)在各自電阻和地電位之間。緩沖放大器28起保持來自霍爾效應(yīng)傳感器26的差動電壓輸出信號的作用。
來自緩沖放大器28的差動電壓輸出信號通過各自的電阻作為正輸入和負輸入提供給差動放大器30。差動放大器30以一定增益把輸入信號轉(zhuǎn)換成單一的輸出信號。來自差動放大器30的放大后的單一輸出信號作為輸入提供給電壓控制振蕩器32。電壓控制振蕩器32可以是，例如，4046VCO型號。電壓控制振蕩器32以數(shù)字脈沖序列的形式提供輸出信號，其頻率隨其輸入端接收的模擬輸入信號的電平而線性變化。來自電壓控制振蕩器32的輸出信號提供給微控制器10(


圖1)進行處理。與本發(fā)明具有共同擁有者的美國專利5,844,960和5,661,398給出了按照本發(fā)明工作的圈數(shù)檢測電路的詳細說明，其說明書附此作參考。
總而言之，由霍爾效應(yīng)傳感器元件檢測的地球磁場方位，以電壓電平表示，經(jīng)過電壓-頻率轉(zhuǎn)換，以增大分辨率。按照步/劃水頻率確定/選通方位方向、以便在所采樣的磁場方位和用戶的協(xié)調(diào)前向運動之間實現(xiàn)同步。在以普通方式完成8個方位的循環(huán)時，確認圈數(shù)計數(shù)。再次參見美國專利5,844,960和5,661,398，以便更詳細地了解適用于本發(fā)明的圈數(shù)檢測電路的詳情。
參閱圖3，圖3是步數(shù)檢測電路部件14的實施例說明圖，步數(shù)檢測電路部件14主要包括電壓跟隨電路ICIA，壓電傳感器34，放大電路ICIB，放大電路ICIC，閾值檢測電路ICID，及相配合的若干電阻和電容，這些器件按圖3中示出的電路連接方式相互連接，構(gòu)成步數(shù)檢測電路部件14，用于檢測運動步數(shù)的信息并將信息傳輸給微控制器10。圖3中公開了輸出表示用戶身體特定運動的信號的步數(shù)/劃水次數(shù)檢測電路。在以下的描述中，該電路也將被稱為用于檢測用戶步數(shù)的步數(shù)計電路。當(dāng)然，用作游泳劃水次數(shù)傳感器時，對來自該電路的輸出信號的不同處理可以用來檢測用戶游泳的劃水次數(shù)。步數(shù)檢測電路部件14基于壓電傳感器34，它響應(yīng)每一步用戶身體的運動。壓電傳感器34由電壓跟隨電路ICIA中間偏置。壓電傳感器34用眾所周知的方式工作，以便響應(yīng)所檢測的用戶身體的運動輸出壓電傳感器信號。來自壓電傳感器34的輸出信號提供給放大電路ICIB進行放大。然后放大后的輸出信號用放大電路ICIC進一步放大，并限制其高頻。進一步放大后的信號饋送到閾值檢測電路ICID，以便消除無關(guān)信號。結(jié)果得到輸出信號36，提供給微控制器10。
來自步數(shù)計傳感器電路的輸出信號36有兩個主要功能。首先，輸出信號起步數(shù)計數(shù)作用，使處理器可以檢測步數(shù)，以計算諸如所走距離等有用信息。其次，步數(shù)計輸出信號36用來利用磁場方位分解電路(圖2)獲取與每一步點方向的同步。這使微控制器10可以計算所完成的圈數(shù)。
參閱圖5，圖5是心率無線接收器16-實施例結(jié)構(gòu)說明圖，該心率無線接收器16接收例如來自胸帶發(fā)送器的心跳信號。在具有共同擁有者的美國專利5,891,042中可以發(fā)現(xiàn)無線發(fā)送的心跳信號的一個例子及其在健康監(jiān)視器的微控制器中的接收，其說明書附此作參考。
圖5的心率無線接收器16主要包括ASIC(專用集成電路)和相配合的電阻，電容，電感，晶體管等器件，該心率無線接收器16從胸帶發(fā)送器接收調(diào)制脈沖信號，并在ASIC芯片78輸出端上提供編碼后的數(shù)字脈沖信號。這個信號首先由L51和C51產(chǎn)生的5KHz調(diào)諧的LC振蕩槽路拾取，被晶體三極管TRI緩沖和放大，然后被饋送到接收器ASIC的輸入端口(引腿6)。該ASIC的其他外部引腿用來設(shè)置用于噪音濾波的該芯片的采樣頻率脈沖寬度辨別。該ASIC芯片在混頻信號處理、濾波和在該芯片引腿13(DETECT)上提供編碼的數(shù)字脈沖輸出中采用最新的芯片工藝。然后把這種脈沖輸出信號饋送到微處理器，用于心率計算。
來自心率無線接收器16的輸出信號饋送到微控制器10。
參閱圖6，現(xiàn)將就圖6描述微控制器的操作。作為微控制器10的中央控制單元，通常采用適當(dāng)?shù)氖惺鄣奈⑻幚砥骷呻娐稩C，將予定控制程序予先輸入進微處理器中，運行時，它就會按予定程序進行控制，本實施例中，該圖舉例說明用于把跑步傳感器步數(shù)和圈數(shù)信號處理成用戶有用信息的軟件程序的操作。
在圖6中，跑步傳感器步數(shù)/劃水次數(shù)和圈數(shù)處理操作如下。
開始后(步驟50)，劃水計數(shù)加一(步驟52)，然后確定劃水計數(shù)是否表示這是用戶所作的第一次劃水(步驟54)。若是，則過程返回開始框(步驟50)。因此，在用戶最初進行第一次劃水，開始活動之后，在下一次劃水時劃水計數(shù)器52將加一，然后指示已經(jīng)有兩次劃水。在框54，將給出否定的答案，在這種情況下，在框58軟件從電壓控制振蕩器(VCO，見圖2)讀出方向值。接著，該處理查詢這是否用戶的第二次劃水(步驟60)。在本情況下，這將得到肯定的答復(fù)，在這種情況下，該處理過程進到框62，并設(shè)置最大VCO，最小VCO，并將起始VCO設(shè)置成等于當(dāng)前的VCO值。然后如返回框64所示該處理過程返回。
上述初始化之后，下一次劃水將在查詢框60處得到否定的答案。因此，判斷是否在框66處設(shè)置了(例如設(shè)置為1的值)一個標(biāo)志(標(biāo)識為標(biāo)志1)。若否，則該處理過程判斷當(dāng)前VCO值是否大于最大VCO值(步驟68)。若否，則下一步判斷當(dāng)前VCO是否小于最小VCO(步驟70)。再次，若否，則判斷最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步驟72)。若上述沒有任何一個查詢(步驟68-72)的結(jié)果得肯定的答案，則該過程返回開始框50(步驟80)，在這種情況下該標(biāo)志沒有設(shè)置。這表明用戶沒有改變他的磁場取向，在直線上跑步就是這種情況。但若當(dāng)前VCO大于最大VCO(步驟68)，則該過程把最大VCO設(shè)置為當(dāng)前VCO(步驟74)，然后查詢最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步驟72)。類似地，若當(dāng)前VCO小于最小VCO(步驟70)，則該過程把最小VCO設(shè)置為等于當(dāng)前的VCO(步驟76)，然后判斷最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步驟72)。
上述過程一直重復(fù)到用戶改變他的磁場取向，諸如最大VCO大于最小VCO的1.5倍(步驟72)。此刻，設(shè)置所述標(biāo)志(步驟78)。這樣，下一次劃水之后，該過程將在步驟66獲得肯定的答案，在這種情況下，判斷當(dāng)前VCO是否大于開始VCO值的90％(步驟82)。若否，則該過程返回開始框50(步驟88)。但若得到肯定的答案，則下一步判斷當(dāng)前VCO是否小于開始VCO的110％(步驟84)。若否，則該過程再次返回開始框50。但若是，則該過程把劃水計數(shù)器復(fù)位為0，并肯定新的一圈開始了(步驟86)。
在圖4所示的實用新型的腕式健康監(jiān)視器的另一個實施例中(其中類似組件被賦予類似的標(biāo)號)，腕式手表24’也包括微控制器10’、圈數(shù)檢測電路部件12’、替代上例的步數(shù)檢測部件14的劃水次數(shù)檢測電路部件14’、心率無線接收器16’、作為指示裝置的顯示器18’和鍵盤22’。其中各部件與微控制器10’相連接，微控制器10’按予定程序?qū)Ω飨噙B部件進行控制。因為腕式手表24’用作游泳圈數(shù)和劃水計數(shù)心率手表式裝置，所以，
圖1描述的聲響指示器用連接到微控制器10’的振動指示器19代替。與音響蜂鳴器相反，游泳時振動指示器更可能受到用戶注意。
本質(zhì)上，游泳圈數(shù)和劃水計數(shù)心率手表的操作類似于跑步圈數(shù)和步數(shù)計數(shù)心率手表的操作，只是圈數(shù)傳感器尋找磁場取向的180°的改變(檢測翻轉(zhuǎn)點)。此外，盡管步數(shù)和劃水次數(shù)檢測電路都利用閾值檢測操作，但是利用不同的波特征來識別劃水次數(shù)還是步數(shù)，以便隨后的編碼。步數(shù)還是劃水次數(shù)的識別由駐留在微控制器10’中的軟件完成。其余各部件的結(jié)構(gòu)與功能和前述實施例的相應(yīng)部件相應(yīng)。
圖7a-7c舉例說明游泳傳感器劃水次數(shù)和圈數(shù)處理操作。參見圖7a，其中，計數(shù)器1該計數(shù)器用來限制檢測新來回的時間，計數(shù)器2該計數(shù)器是隊列指針，計數(shù)器3對新來回確認的計數(shù)，Tn這次劃水的時間間隔，Tn-1上次劃水的時間間隔，從起始框90開始，每一次劃水劃水次數(shù)計數(shù)器加一(步驟92)。然后判斷方向是否被確認(步驟94)。若是，然后判斷劃水的時間間隔是否大于上一次劃水的時間間隔的1.5倍(步驟96)。若否，則判斷第一計數(shù)器是否等于0(步驟98)。若是，則該過程返回開始框90。但若否，則第一計數(shù)器減一(步驟104)，而且該處理按圖7b所描述的繼續(xù)。
返回步驟94，若方向沒有得到確認，則將第一計數(shù)器設(shè)置為0(步驟108)，并讀出VCO的方向值(步驟110)。將該值保存在隊列中(步驟112)。然后，檢查隊列指針計數(shù)器是否具有數(shù)值3(步驟114)。若否，則第二計數(shù)器加一(步驟116)，并再次檢查其值(步驟118)。若第二計數(shù)器的值仍舊不等于3，則該過程返回開始框90(步驟122)。
再次通過處理步驟108-118之后，指向隊列的第二計數(shù)器有可能不是在步驟114就是在步驟118返回肯定的判斷。在那種情況下，該處理過程調(diào)用方向處理子程序(步驟120)。下面將就圖7c描述方向處理子程序120。
參見圖7c的方向處理子程序120，其操作由判斷一系列條件中是否有任何一個得到滿足(步驟126-130)的第一判斷開始。若否，則計算平均VCO值(步驟132)，然后設(shè)置方向確認標(biāo)志(步驟134)。然后該處理過程返回到圖7a的流程圖。VCO1，VCO2和VCO3是3個依次讀出的VCO讀數(shù)(作為變量儲存)，用以計算平均取向。
一旦圖7a和7c的操作得出方向確認標(biāo)志被設(shè)置的結(jié)果，則方向是否得到確認(步驟94)的查詢將得出肯定的結(jié)果。在這種情況下，該處理過程將通過步驟96-106進行，并且如下面所述參考圖7b所描述的繼續(xù)進行。
圖7b舉例說明圖7a的繼續(xù)部分。在步驟140，判斷VCO減去平均VCO的絕對值是否大于平均VCO值的12.5％。若否，則進行計數(shù)以證實新的一圈的第三計數(shù)器被設(shè)置為0(步驟146)，而且該過程返回開始框90。但若是，則第三計數(shù)器加一(步驟142)，然后檢查該值是否等于3(步驟144)。若否，則該過程再次返回(步驟148)。但是，若在步驟144得到肯定的答案，則把劃水次數(shù)值設(shè)置為等于其值減3的值(步驟150)。然后，清除方向確認標(biāo)志，把劃水次數(shù)存入劃水次數(shù)緩沖區(qū)，把新一圈劃水次數(shù)(new lap stroke)設(shè)置為等于3(步驟152)。然后將這個數(shù)據(jù)發(fā)送給腕式裝置(步驟154)，然后該過程返回開始處(步驟156)。最后產(chǎn)品是游泳手表，該手表上附有圈數(shù)和劃水次數(shù)傳感器適配器。該適配器具有板上微處理器，以便在通告游泳手表以更新計數(shù)之前，檢查圈數(shù)和劃水次數(shù)數(shù)據(jù)。這樣，有單獨的電池分別用于手表和傳感器，以便易于進行電池維護。
本實用新型的健康監(jiān)視裝置不限于這里公開的特定的實施例，而是可以包括任何數(shù)目與健康相關(guān)的功能和/或生理測量功能的組合。例如，可以提供結(jié)合的手表-步數(shù)計/游泳劃水次數(shù)監(jiān)視器，在這種情況下，按照軟件控制，某些電路可以用于雙重目的。這種與健康有關(guān)的功能的組合可以包括在手表中，帶有或不帶有心率監(jiān)視器。當(dāng)然，按照本實用新型，在腕式裝置中可以實現(xiàn)手表、步數(shù)計、游泳劃水次數(shù)監(jiān)視器、圈數(shù)計數(shù)器和心率監(jiān)視器功能的其他組合，以便易于使用，并使用戶得到最多的信息。
提出上述公開只是要舉例說明本實用新型，而不打算是限制性的。因為本專業(yè)的技術(shù)人員可以對包括本發(fā)明的精神和本質(zhì)的所公開的實施例作出修改，本實用新型應(yīng)該設(shè)想為包括后附權(quán)利要求書及等同物的范圍內(nèi)的一切。
權(quán)利要求1.一種腕式健康監(jiān)視器，其特征在于，它是腕式結(jié)構(gòu)，可戴在手腕上，成為腕式手表(24，24’)，它包括圈數(shù)檢測電路部件(12)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動圈數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)，步數(shù)檢測電路部件(14)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動步數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)，微控制器(10)，按予定程序處理輸入信號，將信號處理結(jié)果送至顯示器(18)顯示，顯示器(18)，與微控制器(10)相連，用以顯示所述信號，鍵盤(22)，與微控制器(10)相連，以及計時器。
2.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于它還可以包括心率無線接收器(16)，作為心率無線監(jiān)視器，與微控制器(10)相連接，并將檢測的心率輸出信號傳輸給微控制器(10)，經(jīng)微控制器(10)處理后，可在顯示器(18)上顯示。
3.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于所述步數(shù)檢測電路部件(14)可以是游泳時采用的劃水次數(shù)檢測電路部件(14’)。
4.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于所述圈數(shù)檢測電路部件(12)包括用以測定所述用戶的運動方向的霍爾效應(yīng)傳感器元件(26)。
5.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于所述步數(shù)檢測電路部件(14)包括壓電傳感器(34)。
6.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于所述圈數(shù)、所述距離和所述時間之間的關(guān)系之一是分段時間。
7.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于所述圈數(shù)檢測電路部件(12’)包括電壓控制振蕩器。
8.如權(quán)利要求1所述的腕式健康監(jiān)視器，其特征在于它包括及可以是手表和微控制器(10，10’)，圈數(shù)檢測電路部件(12，12’)，步數(shù)檢測電路部件(14)和/或劃水次數(shù)檢測電路部件(14’)，和/或心率無線接收器(16，16’)，顯示器(18，18’)的各種組合。
專利摘要一種腕式健康監(jiān)視器，可以是腕式手表(24)，它是腕式結(jié)構(gòu)，可戴在手腕上，成為腕式手表(24，24’)，它包括圈數(shù)檢測電路部件(12)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動圈數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)；步數(shù)檢測電路部件(14)，與微控制器(10)相連接，用于檢測和輸出運動步數(shù)信號，并將輸出信號傳輸至微控制器(10)；微控制器(10)，將信號處理結(jié)果送至顯示器(18)顯示；鍵盤(22)，與微控制器(10)相連；以及計時器。其優(yōu)點是，本腕式健康監(jiān)視器不要求用戶的定期干預(yù)，可以提供分段時間，而不論在跑步或游泳事件之前或之后都不必不斷地按動啟動/停止按鈕。
文檔編號A61B5/22GK2600052SQ0223118
公開日2004年1月21日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月16日
發(fā)明者黃念江, 岑家耀 申請人:銳明制造有限公司