專利名稱：便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，具體涉及一種便攜式、低功耗， 能實時并準確地測量人體活動量的裝置。
背景技術：
人體活動量是人體活動做功的度量，它是衡量人體健康狀況的指標之一。靜態(tài)的 生活方式以及與之密切相關的肥胖等慢性病已經成為當今社會最關注的公共健康問題。研 究證明，現(xiàn)在人們生活方式的改變及活動量的減少，是一些慢性疾病、心血管疾病增加的原 因之一。治療某些疾病時需要測量活動量，如治療糖尿病的方法有運動療法和食物療法。運 動療法就需要一種能客觀地、長時間地測量人體能量消耗的裝置。對于慢性關節(jié)炎的治療， 如能客觀測出活動量，就能對療效做出較為客觀的判斷。很多疾病治療后都需要康復一段 時間，這時也需要對活動量進行監(jiān)測，以更好地觀察患者的康復情況。在體育運動中教練員 需要隨時掌握運動員的運動量，以制定正確的訓練計劃，評價訓練效果，數(shù)字式人體活動量 測量裝置可以將運動員在一段時間內的運動量記錄下來，然后通過回放可以定量分析運動 員的負荷及體力變化情況。在營養(yǎng)學、勞動生理學等領域，運動量及能耗的研究也具有重要 的意義。據相關文獻報道人體活動量的測量方法主要有兩種直接測熱法和間接測熱 法。直接測熱法就是將機體在一定時間內散發(fā)出的總熱量搜集起來并加以測量。這種方法 要求測試環(huán)境必須是一個絕熱系統(tǒng)，受試者必須戴面罩，整個系統(tǒng)的造價十分昂貴，操作程 序也十分復雜。間接測熱法基于化學中的定比定律，要求反應物的量與生成物的量之間呈 一定的比例關系。查出一定時間內人體中氧化分解的糖、脂肪、蛋白質各有多少然后算出該 段時間內整個機體所釋放出來的熱量?，F(xiàn)有的活動量測量裝置有呼吸熱量計和間接卡路里 計等，但這些儀器共同的不足是受試者的活動范圍和自由度受到限制。例如數(shù)字式耗氧量 測定儀，由于要求受試者戴呼吸面具，使受試者在測試過程中感到不適。這些裝置通常體積 龐大、操作復雜。又如專利200910110367. 8 “基于人體活動量檢測的溫度調節(jié)方法及其裝置和系 統(tǒng)”和專利94216958. 1 “人體活動量傳感器”，都是采用紅外探測元件檢測人體發(fā)出的紅外 信號，然后對信號進行技術處理，從而達到對人體活動量大小進行檢測的目的。這兩種方法 都只局限在室內，與家用電器結合使用，電耗較大，且當有干擾時，測量結果的準確度也將 受到影響。專利200880100734. X “活動量計”包括傳感器、代表加速度計算單元和代表運 動強度計算單元三個部分，其基于傳感器的輸出信號來計算代表加速度，再基于代表加速 度來計算運動強度，不同的身體活動有不同的運動強度計算式，工作原理較復雜?；谏鲜霈F(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型提供一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝 置，該裝置選用加速度傳感器作為敏感元件測量人體的活動量，具有結構簡單、便于攜帶、 功耗低等特點，且測試結果準確可靠。發(fā)明內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單、成本 低廉、功耗低，測試結果準確可靠的便攜式人體活動量測量裝置。本實用新型之一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置的技術內容為便攜數(shù)字式人 體活動量測量裝置，其特征包括加速度傳感器、放大器、低通濾波器、A/D轉換器、微處理器 和顯示器六部分；所述的傳感器采用單向加速度傳感器，主要用于測量人體行走或跑步運 動時的能量消耗，具體可選用半導體壓阻式加速度傳感器；所述的放大器與傳感器的信號 輸出端連接，用于將傳感器信號輸出端傳送的電信號放大，采用三級運放儀表放大器，運放 可選LM3M系列，該系列可采用單電源供電，電路簡單；所述的低通濾波器與放大器連接， 用來濾去高頻分量、去除雜波干擾，濾除由與人體活動無關的振動造成的高頻信號；所述的 A/D轉換器與低通濾波器連接，只有一路信號輸出，故可選用ADC0804等作A/D轉換；所述 的微處理器直接與A/D轉換器連接，為了設計成低功耗系統(tǒng)，可選用CMOS結構的單片機，如 80C31等，它具有體積小、質量輕、價格便宜等優(yōu)點，80C31除正常運行時功耗較低外，還有 兩種節(jié)電運行模式待機運行模式和掉電運行模式；所述的顯示器，采用低功耗液晶顯示， 具體可選用DMC161，它可與8位微處理器直接連接。其進一步技術內容為所述的低通濾波器采用的低通截止頻率為20Hz，并使用了 模擬濾波器和數(shù)字濾波器，模擬濾波器采用RC低通濾波，數(shù)字濾波器采用數(shù)字低通濾波， 數(shù)字濾波調試好之后再固化到EPROM(Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM)中 構成一個一體化的裝置。其進一步技術內容為所述的A/D轉換器的ADC0804片內有數(shù)據鎖存器，輸出數(shù)據 可直接與單片機的數(shù)據總線相連。其進一步技術內容為所述的微處理器采用正常運行模式和待機運行模式。其進一步技術內容為所述的微處理器是系統(tǒng)的控制中心，可預裝計算人體活動 量的程序，它主要實現(xiàn)以下功能一方面計算并顯示工作時間、體重及各時間段的人體活 動量；另一方面控制顯示器顯示語音信號的相關信息，控制按鍵識別和功能選擇。其進一步技術內容為所述的便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置以微處理器為核 心，能夠將許多硬件功能放在軟件中去實現(xiàn)，具有體積小、功耗低等優(yōu)點。其進一步技術內容為所述的人體活動量測量裝置有兩種供電方式。對電源的穩(wěn) 定度要求較高時，用直流電源變換方式供電，具體可采用可充電鋰電池經DC-DC變換為5V 電壓給裝置供電，DC-DC變換器可選用MAX779型；對電源穩(wěn)定度要求不高時，可采用干電池 直接供電，或采用4節(jié)5號可充電電池，更可降低成本。其進一步技術內容為所述的人體活動測量裝置運行前需輸入人體參數(shù)，如體重 等，測量裝置自動記錄時間，并計算出一定時間段內人體的活動量。本實用新型所取得的有益之處是利用加速度傳感器檢測人體的加速度信息，并 將其變換為電信號，經過放大、濾波、A/D轉換、微處理器等處理及運算，達到測量人體活動 量的目的。本實用新型不僅結構簡單、攜帶方便、功耗低，而且能實時準確測量人體活動量。
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。[0017]
圖1是人體活動量測量方案框圖。圖2是MAX779型的DC-DC變換器典型工作電路圖。圖中1.設定開關電流限制，2.輸入端，3.模擬地，4.功率地，5. IA NPN功率開關的 集電極和有源整流二極管的發(fā)射極，6.輸出端，7.關機控制的輸入端，8.反饋輸入端，9.加 速度傳感器，10.放大器，11.低通濾波器，12. A/D轉換器，13.微處理器，14.顯示器。
具體實施方式
如
圖1所示，為本實用新型便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置測量方案框圖；本實 用新型之一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，是采用加速度傳感器(9)對人體活動量進 行檢測，當人體處于行走或跑步運動等狀態(tài)下，加速度傳感器(9)將檢測到的加速度信息 變換為電信號，電信號經過放大器(10)增加信號幅度或功率，通過截止頻率為20Hz的低通 濾波器(11)，濾除高頻分量及雜波干擾，處理后的信號通過A/D轉換器(1 將模擬信號轉 換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經過微處理器(1 的處理，按照預先存儲的計算人體活動量的程 序，計算一段時間內人體的活動量，通過顯示器(14)將結果顯示出來。具體實施時，可將本裝置固定在使用者褲子的腰帶上，輸入人體參數(shù)，如體重，當 使用者處于行走或跑步運動等狀態(tài)時，加速度傳感器(9)將檢測到的加速度信息變換為電 信號，電信號經過處理后按照預先存儲的計算人體活動量的程序，計算該時間段內人體活 動量，將結果顯示在顯示屏(14)上，并可通過回放比較不同時間段內人體活動量的大小， 便于使用者合理調整運動量。如圖2所示，是MAX779型的DC-DC變換器典型工作電路圖。MAX779是一種低電壓 輸入的步升DC-DC變換器，它僅需三個外接元件一個電感和兩個電容。MAX779通過外部 電阻分壓器可得到2. 5V 6. OV電壓。MAX779把一個開關型調節(jié)器與一個NPN雙極開關、 電流限制、電壓基準和有源整流器集成在一個單片上。在關機模式下，內部整流器完全關閉 且將負載與電源隔離，消除了常規(guī)步升變換器的漏極電流。MAX779輸出電壓由兩電阻R1和 R2決定，輸出電壓范圍為2. 5 6. 0V。輸出電壓及電阻隊的計算公式如下Vout = 0. 2025 [R^R2) /R2]R1 = R2[(Vout/0. 2025)-1]通過DC-DC變換器可將3V電壓變換為5V電壓。本裝 置可采用將3V的可充電鋰電池變換為5V電壓給本裝置供電。
權利要求1.一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，主要包括加速度傳感器、放大器、低通濾波 器、A/D轉換器、微處理器和顯示器。
2.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 加速度傳感器采用單向加速度傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 放大器采用三級運放儀表放大器。
4.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 低通濾波器采用的低通截止頻率為20Hz，并使用了模擬濾波器和數(shù)字濾波器。
5.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 微處理器采用具有低功耗的單片機。
6.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 顯示器采用低功耗液晶顯示。
7.根據權利要求1所述的一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置，其特征在于，所述的 便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置采用MAX779型DC-DC變換器將3V可充電鋰電池變換為5V 電壓的方式給裝置供電。
專利摘要本實用新型涉及一種便攜數(shù)字式人體活動量測量裝置。該裝置利用加速度傳感器檢測人體行走或跑步運動時的加速度信息，并將其變換為電信號，經過放大、濾波、A/D轉換、微處理器等處理及運算，達到測量人體活動量的目的，裝置由加速度傳感器(9)、放大器(10)、低通濾波環(huán)節(jié)(11)、A/D轉換器(12)、微處理器(13)和顯示器(14)六部分組成，具有結構簡單、便于攜帶、功耗低等特點，且測試結果準確可靠。
文檔編號A61B5/22GK201912098SQ20102061049
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者嚴圣霞, 串禾 申請人:重慶大學