專利名稱：人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及人體運動量監(jiān)測技術(shù)，特別涉及一種人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，盡管居民的營養(yǎng)水平和形態(tài)發(fā)育不斷提高，但是，人體的部分體能素質(zhì)指標(biāo)中的肺活量水平、體能素質(zhì)持續(xù)下降，體能素質(zhì)中的速度素質(zhì)和力量素質(zhì)連續(xù)10年下降，而耐力素質(zhì)則連續(xù)20年下降；超重和肥胖人體的比例迅速增加，城市男生已達(dá)到24%， 人體體質(zhì)健康成為全社會關(guān)注的焦點。調(diào)查研究顯示，忽視體育鍛煉、缺乏營養(yǎng)知識，是導(dǎo)致人體體質(zhì)下降的主因。大量研究結(jié)果表明，科學(xué)合理的體育鍛煉對人體體質(zhì)健康將產(chǎn)生積極的影響。綜上所述，要實現(xiàn)運動的科學(xué)性必須對人體運動情況進(jìn)行實時的監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析和評價。而實現(xiàn)實時監(jiān)控的關(guān)鍵在于開發(fā)高精度、便攜和低廉的運動量監(jiān)控設(shè)備。目前，關(guān)于運動量監(jiān)控設(shè)備大多是國外產(chǎn)品，其評價參數(shù)是根據(jù)歐洲人身體條件制定， 不適用于我們中國大人體的體質(zhì)情況。因此，研發(fā)高精度、便攜和低廉的人體運動量監(jiān)控設(shè)備，通過對人體每天參加一小時運動時間的監(jiān)控及對人體的體質(zhì)狀況進(jìn)行長期有效的跟蹤記錄，將對人體體育的開展有
著重要的意義。在目前，能耗測試常用心率監(jiān)測法，該方法主要利用心率與能耗具有的線性關(guān)系，但心率只能作為評估人體運動強(qiáng)度的客觀參考指標(biāo)，主要原因為(1)個體的忍耐力不同，心率與氧氣攝入量的關(guān)系也在變化；(2)個體的心率與氧氣的攝入量與運動狀態(tài)有關(guān)； (3)心率與身體狀況、情感、環(huán)境有關(guān)。另一種能耗常用科學(xué)測試方法是氣體代謝分析法，但是，該方法成本昂貴，需要特定的苛刻的測試環(huán)境，還需要復(fù)雜的測試流程，因而它只能用在實驗室內(nèi)，無法實現(xiàn)個體在日常生活中簡單地實現(xiàn)能量消耗和監(jiān)測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測人體運動狀態(tài)、能量消耗以及脈搏、溫度的目的。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由便攜式測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置組成；所述便攜式測量裝置由傳感器信號采集處理控制器分別與加速度傳感器、溫度傳感器、脈搏傳感器、無線信號發(fā)送模塊相連而成；所述通過無線連接的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置由計算機(jī)和與計算機(jī)相連的無線信號接收模塊組成； 所述便攜式運動測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置通過無線相互連接。在上述技術(shù)方案中，所述便攜式測量裝置設(shè)有大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、 USB接口，所述大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、USB接口與傳感器信號采集處理控制器的數(shù)據(jù)口相連。在上述技術(shù)方案中，所述三維加速度傳感器內(nèi)置于便攜式測量裝置中，脈搏傳感器和溫度傳感器設(shè)置于便攜式測量裝置的底板上。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測試成本低，且具有超低功耗，通過快速的數(shù)據(jù)處理，可對個體提供合理化的健康運動指導(dǎo)。本人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)通過測量三維加速度的波形，識別人體的運動類型，建立了人體運動的能耗與運動類型、以及加速度、脈搏/體溫、身高、年齡、性別等的運動能耗的數(shù)學(xué)模型和基本關(guān)系，能自動選擇對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實時監(jiān)控并計算運動能耗。

圖1是本實用新型提供的人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。圖2是本實用新型中人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)的電路連接圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實施例人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)由便攜式測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置組成；所述便攜式測量裝置由傳感器信號采集處理控制器分別與三維數(shù)字加速度傳感器、溫度傳感器、紅外脈搏傳感器、無線信號發(fā)送模塊相連而成；所述通過無線連接的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置由計算機(jī)和與計算機(jī)相連的無線信號接收模塊組成；所述便攜式運動測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置通過無線相互連接。上述便攜式測量裝置還設(shè)有大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、USB接口，所述大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、USB接口與傳感器信號采集處理控制器的數(shù)據(jù)口相連。上述三維數(shù)字加速度傳感器內(nèi)置于便攜式測量裝置中，紅外脈搏傳感器和溫度傳感器設(shè)置于便攜式測量裝置的底板上。上述計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置對通過無線接收或USB接收的數(shù)據(jù)首先寫入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，分別進(jìn)行能耗分析、運動姿態(tài)分析、健康顧問等，并結(jié)合脈搏、體溫進(jìn)行健康運動狀態(tài)的分析處理，提供個性化的健康運動建議，如建議運動類型，時間等。以下是對電路圖中各部分的說明。1、三維數(shù)字加速度傳感器三維數(shù)字加速度傳感器是檢測人體運動加速度的關(guān)鍵器件。本實施例采用三維數(shù)字加速度傳感器MMA7660，通過SPI總線或IIC總線與傳感器信號采集處理控制器相連，可設(shè)置定時采集運動加速度數(shù)值。2、本實用新型的傳感器信號采集處理控制器采用MSP430F4270芯片，該芯片的特點是具有極低功耗，特別適合便攜式儀表。同時，芯片管腳數(shù)目適中，體積小。3、溫度傳感器溫度傳感器采集人體體表溫度。本實施例采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，通過IIC總線與傳感器信號采集處理控制器相連，直接讀取溫度值。4、紅外脈搏傳感器紅外脈搏傳感器采集人體手指脈搏。本實施例采用HKG-07A 紅外脈搏傳感器，并通過放大電路，輸入傳感器信號整形得到標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，并通過數(shù)字濾波和處理獲得脈搏值。5、大容量存儲器便攜式測量裝置實時采集大量數(shù)據(jù)，一方面進(jìn)行實時處理，獲得各運動參數(shù)供本地顯示，同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以便上傳給計算機(jī)，作進(jìn)一步處理分析。本實施例采用25VF080 FLASH存儲器，容量達(dá)到8Mbit。[0024]6、USB接口 便攜式測量裝置采集的數(shù)據(jù)需要發(fā)送給計算機(jī)系統(tǒng)作進(jìn)一步處理分析。本實施例采用CP2102接口，將數(shù)據(jù)通過USB接口發(fā)送給計算機(jī)。7、鍵盤與液晶顯示在本實施例中，共設(shè)有四個控制按鍵，復(fù)位鍵、測量鍵、上移鍵、下移鍵。測量鍵被按下標(biāo)志測量開始；上移鍵、下移鍵與測量鍵組合使用，可作為數(shù)據(jù)預(yù)置使用，如預(yù)置身高、體重，時間校準(zhǔn)。液晶顯示采用LCMl2864，可顯示時間、脈搏、體溫和累計能耗。8、無線信號發(fā)送、接收模塊便攜式測量裝置采集的數(shù)據(jù)既可以通過USB接口傳輸給計算機(jī)，還可以通過無線發(fā)送與接收電路進(jìn)行傳輸。發(fā)送端若接收到請求信號，則發(fā)送已采集的數(shù)據(jù)，并根據(jù)計算機(jī)的回復(fù)確定是否繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。本實施例采用CCllOO通信接口，將數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給計算機(jī)。如圖2所示，為本實施例中所述傳感器信號采集處理控制器與外圍器件的連接圖。其中三維加速度傳感器MMA7660的5腳、6腳、7腳信號線分別接MSP430F4270的39腳、 38腳、37腳，溫度傳感器DS18B20的2腳接MSP430F4270的22腳，紅外脈搏傳感器HKG-07A 的信號端2腳接MSP430F4270的21腳，無線信號發(fā)送模塊CC1100的5腳、6腳分別接微處理器MSP430F4270的13腳、14腳，大容量的FLASH存儲器25VF080的1腳、2腳、3腳、5腳、 6腳、7腳分別接微處理器MSP430F4270的28腳、27腳、24腳、25腳、24腳、23腳，顯示液晶 LCM12864為串行工作模式，其1腳、2腳、3腳、5腳、6腳分別接微處理器MSP430F4270的 44腳、43腳、42腳、41腳、40腳，USB接口采用CP2102芯片，可以通過USB提供的5V電壓對電池充電，同時提供USB數(shù)據(jù)傳輸方式，其25腳、沈腳分別接微處理器MSP430F4270的15 腳)、16腳；系統(tǒng)設(shè)置了 4個按鍵，分別為復(fù)位按鍵S0，接微處理器MSP430F4270的5腳，操作鍵Si、S2、S3分別接微處理器MSP430F4270的17腳、18腳、19腳，Sl為功能切換鍵，S2、 S3為輸入數(shù)據(jù)調(diào)整鍵，為功能復(fù)用的組合鍵實用。
權(quán)利要求1.人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由便攜式測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置組成；所述便攜式測量裝置由傳感器信號采集處理控制器分別與加速度傳感器、溫度傳感器、脈搏傳感器、無線信號發(fā)送模塊相聯(lián)而成；所述通過無線連接的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置由計算機(jī)和與計算機(jī)相聯(lián)的無線信號接收模塊組成；所述便攜式運動測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置通過無線相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述便攜式測量裝置設(shè)有大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、USB接口，所述大容量存儲器、鍵盤與液晶顯示器、USB 接口與傳感器信號采集處理控制器的數(shù)據(jù)口相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述三維加速度傳感器內(nèi)置于便攜式測量裝置中，脈搏傳感器和溫度傳感器設(shè)置于便攜式測量裝置的底板上。
專利摘要本實用新型涉及人體運動量監(jiān)測技術(shù)，提供一種人體運動量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由便攜式測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置組成;所述便攜式測量裝置由傳感器信號采集處理控制器分別與加速度傳感器、溫度傳感器、脈搏傳感器、無線信號發(fā)送模塊相連而成；所述通過無線連接的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置由計算機(jī)和與計算機(jī)相連的無線信號接收模塊組成；所述便攜式運動測量裝置和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置通過無線相互連接。本實用新型系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測人體運動狀態(tài)、能量消耗以及脈搏、溫度的目的。
文檔編號A61B5/22GK202086487SQ20112013061
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者候斌, 王斌, 羅奇, 賈珍榮, 馬紅宇 申請人:華中師范大學(xué)