專利名稱：人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測(cè)儀，特別是指一種人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，與生活方式密切相關(guān)的慢性非傳染性疾病已成為危害人們健康的頭號(hào)殺手。增強(qiáng)體力活動(dòng)是預(yù)防和治療這些疾病主要方法之一，但是，過小的運(yùn)動(dòng)起不到治療疾病的作用，過量的運(yùn)動(dòng)又會(huì)導(dǎo)致某些疾病并發(fā)癥的產(chǎn)生，因此指導(dǎo)人們?nèi)绾芜M(jìn)行適量運(yùn)動(dòng)已經(jīng)成為防治慢性病的首要問題?，F(xiàn)有的能夠間接測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)能量消耗的儀器有計(jì)步器和心率儀，現(xiàn)有的計(jì)步器和心率儀需要進(jìn)行步數(shù)或心率的轉(zhuǎn)換才能查看運(yùn)動(dòng)能量值，因此精度很低?，F(xiàn)有計(jì)步器和心率儀需要進(jìn)行步數(shù)或心率的轉(zhuǎn)換才能查看運(yùn)動(dòng)能量值，因此精度很低?，F(xiàn)有計(jì)步器和心率儀均沒有考慮用運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間來指導(dǎo)患者如何進(jìn)行適量運(yùn)動(dòng)。并且現(xiàn)有計(jì)步器只有顯示功能，無法將數(shù)據(jù)輸出的計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，醫(yī)生只能給用戶一個(gè)很籠統(tǒng)的指導(dǎo)，用戶也只能慢慢摸索適合于自己的運(yùn)動(dòng)量。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一個(gè)小巧的測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)能量消耗強(qiáng)度值的儀器，根據(jù)輸入的人體參數(shù)值，設(shè)定適合不同用戶的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量，具有報(bào)警功能，并能夠?qū)⒉杉挠脩魯?shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)做精確地分析。
本實(shí)用新型提出的人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀由以下幾部分組成單片機(jī)M，升壓電源U1，采集運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的加速度傳感器S，雙運(yùn)算放大器U4，液晶顯示器LCD，蜂鳴器F、數(shù)據(jù)輸出端口N，單片機(jī)M內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器和LCD驅(qū)動(dòng)電路。加速度傳感器S的輸出電壓輸入第一運(yùn)算放大器U4A；第一運(yùn)算放大器U4A與電阻R6、R7、R8、電容C11組成有源低通濾波器；有源低通濾波器輸出經(jīng)電容C10、電阻R4輸入第二運(yùn)算放大器U4B；電容C9、電阻R3和第二運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成帶通濾波器；由第二運(yùn)算放大器U4B的帶通濾波器的輸出端腳與一個(gè)主要包括A/D轉(zhuǎn)換器、算法處理電路、控制電路和LCD驅(qū)動(dòng)器的單片機(jī)M的腳29連接，加速度傳感器S輸出電壓，經(jīng)濾波放大，直接經(jīng)單片機(jī)M的腳8輸入單片機(jī)M內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過算法處理電路中的不同算法計(jì)算出運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度值并根據(jù)時(shí)間進(jìn)行累計(jì)，計(jì)算結(jié)果輸入單片機(jī)M內(nèi)的LCD驅(qū)動(dòng)電路，LCD驅(qū)動(dòng)電路與液晶顯示器LCD連接，直接顯示人體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度累計(jì)值；單片機(jī)M的4個(gè)I/O端腳39、40、41、42分別接4個(gè)按鍵S1、S2、S3、S4。另外，單片機(jī)M的腳35通過電阻R9，三極管T2與蜂鳴器F連接，單片機(jī)M的腳25、26與第一晶體U2連接，腳21、22與第二晶體U3連接，第一晶體U2與電容C12、C13組成第一頻率振蕩電路，第二晶體U3與電容C1、C2組成第二頻率振蕩電路，另外，所述的電源由一節(jié)1.5伏AAA電池、集成器件U1、肖特基二極管T1、電容C3、C4以及電感L1組成，其中，電感L1與肖特基二極管T1的正極相連，肖特基二極管T1的負(fù)極依次連接電容C4、C3，集成器件U1具有三個(gè)輸出端，其中的兩個(gè)輸出端分別與肖特基二極管T1的正極和負(fù)極相連，另外一個(gè)輸出端連接于電容C4、C3。
人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度傳感器S上輸出電壓信號(hào)，該信號(hào)輸入到第一運(yùn)算放大器U4A，由第一運(yùn)算放大器U4A與電阻R6、R7、R8、電容C11組成的有源低通濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行第一次放大和濾波。經(jīng)過放大和濾波處理的信號(hào)再經(jīng)電容C10、電阻R4輸入到由電容C9、電阻R3和第二運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成的帶通濾波器進(jìn)行第二次放大和濾波。第二運(yùn)算放大器U4B的帶通濾波器的輸出端直接與單片機(jī)M相連，信號(hào)通過單片機(jī)M內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)M內(nèi)的算法處理器通過計(jì)算將數(shù)字信號(hào)計(jì)算為運(yùn)動(dòng)消耗強(qiáng)度值和運(yùn)動(dòng)量值，并將計(jì)算結(jié)果輸入單片機(jī)M內(nèi)的LCD驅(qū)動(dòng)電路，LCD驅(qū)動(dòng)電路與液晶顯示器LCD連接，由LCD直接顯示運(yùn)動(dòng)量。單片機(jī)的4個(gè)輸出端腳39、40、41、4分別連接4個(gè)按鍵S1、S2、S3、S4，4個(gè)按鍵能夠輸入人體參數(shù)值和預(yù)警時(shí)間。信號(hào)經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的算法處理電路計(jì)算出符合該人的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量，到預(yù)警時(shí)間時(shí)如果實(shí)際運(yùn)動(dòng)量小于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量，則單片機(jī)內(nèi)的控制電路控制蜂鳴器F進(jìn)行音響報(bào)警，提醒用戶運(yùn)動(dòng)量不足；如果到一定時(shí)刻實(shí)際運(yùn)動(dòng)量大于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量，則單片機(jī)內(nèi)的控制電路控制蜂鳴器F進(jìn)行音響報(bào)警，提醒用戶運(yùn)動(dòng)過量。
本實(shí)用新型體積小便于攜帶，采集數(shù)據(jù)精確，具有報(bào)警功能且能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。


圖1為本實(shí)用新型電路圖；具體實(shí)施例如圖1所示，人體運(yùn)動(dòng)能量消耗儀采用一節(jié)1.5伏電池，通過型號(hào)為BLM9533C的集成器件U1升壓成所需的3.3伏電壓。集成器件U1同電容C3、C4、電感L1、型號(hào)為M745b122p的肖特基二極管T1組成監(jiān)測(cè)儀的電源部分，輸入為1.5伏電池電壓，輸出為3.3伏直流電壓。其A點(diǎn)同時(shí)作為系統(tǒng)的模擬地，B點(diǎn)電壓為3.3伏。由壓電材料組成的加速度傳感器S和電阻R5并聯(lián)后接入到型號(hào)為ICL7621的雙運(yùn)算放大器中的第一運(yùn)算放大器U4A的腳5端，其腳6、7同電阻R6、可調(diào)電位器R8、電容C11、電阻R7組成有源低通濾波器，對(duì)傳感器S輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波?？烧{(diào)電位器R8用來調(diào)整放大倍數(shù)，從而校正傳感器S因安裝等原因而引起的誤差。
第二運(yùn)算放大器U4B的腳2、3與電阻R3、R4及電容C9、C10構(gòu)成帶通濾波器，濾除輸入信號(hào)中的直流部分和高頻部分，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?。運(yùn)算放大器U4B的腳1與單片機(jī)M的腳29連接，將信號(hào)輸入單片機(jī)M中的A/D轉(zhuǎn)換器。
單片機(jī)M型號(hào)為MB89P485L，單片機(jī)M主要包括A/D轉(zhuǎn)換器、算法處理電路，控制電路和LCD驅(qū)動(dòng)器。
U2、U3為石英晶體，其工作頻率分別可為4.2MHz和32.768KHz，分別和電容C12、C13及C1、C2組成晶體振蕩電路，為單片機(jī)M提供不同的工作頻率。液晶顯示器LCD采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，占空比為1/4，偏壓為1/3。
單片機(jī)M的腳52、56接電源部分的B端；腳27、34接地，腳25、26與第一晶體U2連接組成第一頻率振蕩電路；腳21、22與第二晶體U3連接組成第二頻率振蕩電路。第一運(yùn)算放大器U4A腳6和腳7之間并聯(lián)電阻R7、電容C11，腳6與電源部分A端之間串聯(lián)電阻R6和可調(diào)電位器R8組成有源低通濾波器；運(yùn)算放大器U4B的腳1和腳2之間并聯(lián)電阻R3、電容C9，腳2和腳7之間串聯(lián)電容C10和電阻R4，腳3通過電阻R2與電源部分A端構(gòu)成帶通濾波器。四個(gè)按鍵S1、S2、S3、S4分別為功能鍵、增加鍵、減小鍵和確認(rèn)鍵。
本實(shí)用新型人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀是將加速度傳感器輸出的電壓經(jīng)濾波放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能量的計(jì)算和分析的，因此工作效率很高，僅用一節(jié)1.5伏電池，三個(gè)集成器件U1，U4和M，有源器件靜態(tài)電流極小，正常工作時(shí)平均電源電流低于1mA。
權(quán)利要求1.一種人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀，包括電源、加速度傳感器(S)、雙運(yùn)算放大器U4、液晶顯示器LCD，加速度傳感器(S)的輸出電壓輸入第一運(yùn)算放大器(U4A)；第一運(yùn)算放大器(U4A)與電阻(R6)、(R7)、(R8)、電容(C11)組成有源低通濾波器；有源低通濾波器輸出經(jīng)電容(C10)、電阻(R4)輸入第二運(yùn)算放大器(U4B)；電容(C9)、電阻(R3)和第二運(yùn)算放大器(U4B)構(gòu)成帶通濾波器；其特征在于由第二運(yùn)算放大器(U4B)的帶通濾波器的輸出端腳與一個(gè)主要包括A/D轉(zhuǎn)換器、算法處理電路、控制電路和LCD驅(qū)動(dòng)器的單片機(jī)(M)的腳(29)連接，加速度傳感器(S)輸出電壓，經(jīng)濾波放大，直接經(jīng)單片機(jī)(M)的腳8輸入單片機(jī)(M)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過算法處理電路中的不同算法計(jì)算出運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度值并根據(jù)時(shí)間進(jìn)行累計(jì)；計(jì)算結(jié)果輸入單片機(jī)(M)內(nèi)的LCD驅(qū)動(dòng)電路，LCD驅(qū)動(dòng)電路與液晶顯示器(LCD)連接，直接顯示人體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度累計(jì)值；單片機(jī)(M)的4個(gè)I/O端腳(39)、(40)、(41)、(42)分別接4個(gè)按鍵(S1)、(S2)、(S3)、(S4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀，其特征在于單片機(jī)(M)的腳(35)通過電阻(R9)，三極管(T2)與蜂鳴器(F)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀，其特征在于單片機(jī)(M)的腳(25)、(26)與第一晶體(U2)連接，單片機(jī)(M)的腳(21)、(22)與第二晶體(U3)連接，第一晶體(U2)與電容(C12)，(C13)組成第一頻率振蕩電路，第二晶體(U3)與電容(C1)，(C2)組成第二頻率振蕩電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，電源由一節(jié)1.5伏AAA型號(hào)電池、集成器件(U1)、肖特基二極管(T1)、電容(C3)、(C4)以及電感(L1)組成，其中，電感(L1)與肖特基二極管(T1)的正極相連，肖特基二極管(T1)的負(fù)極依次連接電容(C4)、(C3)，集成器件(U1)具有三個(gè)輸出端，其中的兩個(gè)輸出端分別與肖特基二極管(T1)的正極和負(fù)極相連，另外一個(gè)輸出端連接于電容(C4)、(C3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀，由顯示器、按鍵、蜂鳴器、數(shù)據(jù)傳輸口、機(jī)殼和電路裝置組成。電路裝置包括加速度傳感器、放大電路、控制電路、算法處理電路和顯示電路。加速度傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大電路濾波、放大后輸入單片機(jī)，再經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)連接控制電路、顯示電路和數(shù)據(jù)輸出電路。數(shù)據(jù)輸出電路能夠通過數(shù)據(jù)傳輸口將收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。蜂鳴器能夠提示用戶是否達(dá)到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量。本實(shí)用新型提出的人體運(yùn)動(dòng)能量消耗監(jiān)測(cè)儀體積小、方便攜帶、耗電少、精度高、方便實(shí)用。
文檔編號(hào)A61B5/00GK2820082SQ20052001834
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者張德偉, 鄭立安 申請(qǐng)人:北京耀華康業(yè)科技發(fā)展有限公司