BRPI0912721B1

BRPI0912721B1 - unidade de coleta de dados de atividade física com dois ou mais sensores infravermelhos, pelo menos um sensor de temperatura e pelo menos um acelerômetro

Info

Publication number: BRPI0912721B1
Application number: BRPI0912721A
Authority: BR
Inventors: D Kateraas Espen; J Medelius Pedro
Original assignee: Espenusa Holding Llc; Heartmiles Llc
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2020-04-07
Also published as: CA2724446A1; BRPI0912721A2; WO2009140360A1; AU2009246442B2; EP2285275A1; JP5657526B2; EP2285275B1; US8936552B2; CA2724446C; CN102098961A; JP2011520517A; US20150073235A1; KR20110014195A; US20110152637A1; KR101647493B1; BRPI0912721B8; CN102098961B; AU2009246442A1

Abstract

unidade de coleta de dados de atividade física uma unidade de coleta de dados de atividade física inclui um ou mais sensores infravermelhos configurados para fornecer uma saída indicativa de uma taxa de pulso de um usuário da unidade de coleta de dados de atividade física, pelo menos um sensor de temperatura configurado para fornecer um indicativo de saída de pelo menos a temperatura do corpo do usuário, e pelo menos um acelerômetro configurado para fornecer uma saída indicativa de movimentos do usuário. a unidade de coleta de dados de atividade física também pode incluir um microcontrolador configurado para determinar a taxa de pulso, temperatura corporal e características do movimento do usuário da unidade de coleta de dados, com base em saídas de um ou mais sensores infravermelhos, de pelo menos um sensor de temperatura, e de pelo menos um acelerômetro; determinar um nível de esforço físico do usuário com base em uma ou mais das taxas de pulsação, da temperatura do corpo, ou de características do movimento do usuário; e armazenar na memória, dados indicativos do nível de esforço físico durante um período de tempo, durante o qual o nível de esforço físico excede um limite predeterminado.

Description

UNIDADE DE COLETA DE DADOS DE ATIVIDADE FÍSICA COM DOIS OU MAIS

SENSORES INFRAVERMELHOS, PELO MENOS UM SENSOR DE TEMPERATURA E

PELO MENOS UM ACELERÔMETRO

CAMPO TÉCNICO [0001] Esta aplicação reivindica prioridade para o Pedido

Provisório de Patente americano n ° 61/071,701, depositado em de maio de 2008, o conteúdo do qual está plenamente incorporado por referência.

[0002] A presente invenção relaciona-se a um dispositivo baseado em sensor configurado para monitorar o nível de atividade física de um indivíduo, coletar dados durante períodos de esforço físico, e transmitir os dados coletados para um portal de recolha de dados associado a um sistema de alocação de recompensa de atividade física e/ou um sistema de acompanhamento de atividade física.

RESUMO DA INVENÇÃO [0003] Um aspecto da invenção inclui uma unidade de coleta de dados de atividade física, que inclui um ou mais sensores infravermelhos configurados para fornecer uma saída indicativa de uma taxa de pulso de um usuário da unidade de coleta de dados de atividade física, pelo menos um sensor de temperatura configurado para fornecer uma saída indicativa de pelo menos uma temperatura corporal do usuário, e pelo menos um acelerômetro configurado para fornecer uma saída indicativa de movimentos do usuário. A unidade de coleta de dados de atividade física também pode incluir um microcontrolador

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2/25 configurado para determinar uma taxa de pulso, uma temperatura corporal, e características de movimento do usuário da unidade de coleta de dados com base em saídas de um ou mais sensores de infravermelho, pelo menos o sensor de temperatura, e pelo menos, um acelerômetro pelo menos; determinar um nível de esforço físico do usuário com base em um ou mais das taxas de pulsação, a temperatura do corpo, ou as características de movimentação do usuário e armazenar na memória, dados

indicativos do	nível de	esforço	físico durante um	período	de
tempo	durante	o qual o	nível	de esforço físico	excede	um
limite	predeterminado.
[0004]	Outro	aspecto	da invenção inclui uma	unidade	de

coleta de dados de atividade física, incluindo pelo menos um sensor fisiológico configurado para gerar uma saída relacionada com o nível de atividade física de um usuário e um microcontrolador configurado para: monitorar a saída do pelo menos um sensor fisiológico; determinar um nível de esforço físico do usuário com base na saída de pelo menos um sensor fisiológico; e armazenar, na memória, dados indicativos do nível de esforço físico durante um período de tempo durante o

qual o nível de predeterminado.	esforço	físico excede	um	limite
[0005] Ainda outro	aspecto da	invenção inclui	uma	unidade
de coleta de dados de	atividade	física que inclui	um	ou mais

sensores infravermelhos configurados para fornecer uma saída indicativa de uma taxa de pulso de um usuário da unidade de coleta de dados de atividade física; pelo menos um sensor de temperatura configurado para fornecer uma saída indicativa de

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3/25 pelo menos uma temperatura corporal do usuário; pelo menos um acelerômetro configurado para fornecer uma saída indicativa de movimentos do usuário e um microcontrolador. O microcontrolador pode ser configurado para: amostra das saídas de um ou mais sensores infravermelhos, pelo menos um sensor de temperatura, e pelo menos um acelerômetro; e armazenar, em memória, os dados provenientes das saídas de amostra de um ou mais sensores infravermelhos, pelo menos um sensor de temperatura, e um pelo menos acelerômetro.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0006] Fig. 1 é uma representação esquemática de uma unidade de coleta de dados de acordo com uma modalidade exemplar divulgada.

[0007] Fig. 2 é um diagrama de nível de bloco funcional de uma unidade de coleta de dados de acordo com uma modalidade exemplar divulgada.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0008] Fig. 1 apresenta uma representação esquemática de uma unidade de coleta de dados de acordo com uma modalidade exemplar divulgada. Como ilustrado na figura. 1, a unidade de coleta de dados divulgada 10 pode ser configurada como um artigo de vestir. Em certas modalidades, por exemplo, a unidade de coleta de dados pode ser incorporada em um artigo de vestir no pulso de uma pessoa. Esse artigo teria a vantagem de ser minimamente invasivo, como a maioria das pessoas está acostumada a usar artigos presos ao pulso. A unidade de pulso pode ser formada como uma pulseira simples estilizada em

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4/25 várias cores e padrões. A banda pode ser ajustável, resistente ao choque, e presa ao pulso com uma alça e fechamento de laço, uma fivela, um material elástico que não exige dispositivo de fechamento em separado, ou com qualquer outra configuração adequada de fixação. A banda pode ser feita de diversos materiais, incluindo, por exemplo, um material impermeável, neoprene, polímeros, nylon, couro, metal, ou qualquer outro material usável.

[0009] Em uma modalidade, a unidade de coleta de dados 10 pode ser encaixada em uma pequena banda independente do pulso 12. Neste tipo de configuração, pode haver pouca ou nenhuma indicação externa da presença de componentes de hardware da unidade de coleta de dados. Em outras modalidades, a unidade de coleta de dados pode ser incorporada a um relógio, pulseira, monitor de frequência cardíaca ou outro artigo de vestir para fornecer funcionalidade adicional a esses dispositivos. Além do pulso, a unidade de coleta de dados divulgada pode ser posicionada em qualquer parte do corpo de um usuário (por exemplo, o pescoço, peito, tornozelo, cabeça ou coxa) que pode fornecer um acesso adequado aos marcadores biológicos necessários para o acompanhamento do nível de esforço físico do usuário. Por exemplo, a unidade de coleta de dados pode ser configurada como ou incorporada em solas de sapato, clipes de ouvido, colar, banda de tornozelo, meias,

cintos,	luvas, anéis,	óculos	de	sol,	chapéu e/ou bandas de
cabeça.
[0010]	A unidade de	coleta	de	dados	10 inclui um conjunto
de sensores (incluindo	um ou	mais sensores) configurado para

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5/25 monitorar marcadores biológicos que variam com o nível de esforço de um indivíduo. Os marcadores biológicos monitorados podem incluir, por exemplo, pulsação, temperatura corporal, conteúdo de oxigênio no sangue, ou qualquer outro marcador adequado. Dentro do conjunto de sensores, cada sensor pode ser configurado para monitorar apenas um único marcador biológico. Alternativamente, um sensor individual da matriz pode ser configurado para monitorar múltiplos marcadores biológicos.

[0011] Em uma modalidade, a unidade de coleta de dados 10 pode incluir vários sensores. Esses sensores podem incluir qualquer disposição de um ou mais sensores capazes de monitorar características biológicas e/ou movimento associado a um usuário da unidade de coleta de dados 10. Em uma modalidade exemplar, como mostrado na fig. 1, unidade de coleta de dados 10 pode incluir, pelo menos, um sensor infravermelho 14, um sensor de temperatura 22, e/ou um acelerômetro 24.

[0012] Na modalidade exemplar mostrada na figura 1, a unidade de coleta de dados 10 inclui três sensores infravermelhos 14, 16, 18. Fornecedores do transmissor/receptor infravermelho apropriado incluem Vishay Semiconductors, entre outros.

[0013] Cada sensor infravermelho pode ser configurado como um transmissor/receptor capaz de monitorar o conteúdo de oxigênio do sangue que passa através dos vasos sanguíneos próximos. Especificamente, cada sensor infravermelho pode ser configurado tanto para emitir radiação infravermelha no corpo do portador da unidade de coleta de dados 10 e detectar o

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6/25 nível de radiação infravermelha recebida no sensor. O comprimento de onda da radiação emitida pode ser selecionado de acordo com os requisitos de um aplicativo específico. Em uma modalidade, sensores infravermelhos 14, 16 e 18 podem ser configurados para emitir radiação infravermelha em um dos comprimentos de onda de cerca de 650 nm a cerca de 950 nm.

[0014] A diferença entre o nível de radiação emitida e o nível de radiação detectado é característica da quantidade de radiação infravermelha absorvida pelo corpo e, principalmente, pelo transporte de oxigênio no sangue. Este nível de absorção detectado pode ser usado para determinar a taxa de pulso do portador da unidade de coleta de dados 10. Particularmente, o nível de absorção de infravermelho pode ser afetado pela expansão e contração dos vasos sanguíneos próximos e o teor de oxigênio do sangue que passa através dos vasos próximos, que são características físicas que variam com a freqüência cardíaca. Assim, a taxa das mudanças observadas nas características de absorção de infravermelho do corpo pode permitir um cálculo da taxa do coração do usuário.

[0015] Embora apenas um sensor infravermelho possa ser necessário, dependendo dos requisitos funcionais de uma modalidade específica, incluindo dois ou mais sensores de infravermelho, ou mesmo três ou mais sensores infravermelhos, pode servir para aumentar a confiabilidade dos dados coletados a partir desses sensores. Conforme ilustrado na Fig. 1 sensores infravermelhos 14, 16 e 18 podem ser espaçados uns dos outros. Em certas modalidades, esses sensores podem estar localizados ao longo de um perímetro de uma carcaça central 20

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7/25 da unidade de coleta de dados 10. Espaçamento dos sensores infravermelhos 14, 16, e 18 separados uns dos outros pode maximizar a possibilidade de que pelo menos um sensor entre em contato com a pele do usuário em todos os momentos, mesmo durante os movimentos associados com as atividades físicas.

[0016] Um esquema de gerenciamento de energia pode ser empregado para diminuir os requisitos de energia dos sensores infravermelhos 14, 16 e 18. Por exemplo, a parte do transmissor de cada sensor pode ser pulsada em um ciclo prédeterminado de conformidade com as especificações de energia de uma configuração particular. Em uma modalidade exemplar, os transmissores infravermelhos dos sensores 14, 16 e 18 podem ser pulsados utilizando um ciclo de trabalho de 1% a uma taxa de cerca de 8 pulsos por segundo.

[0017] A unidade de coleta de dados 10 também pode incluir um sensor de temperatura 22. Sensor de temperatura 22 pode ser configurado para monitorar a temperatura do corpo do portador da unidade de coleta de dados 10, medindo a temperatura no exterior do encaixe 20, e por exemplo, contra a pele do usuário. Além disso, o sensor de temperatura 22 pode ser configurado para medir a temperatura no interior do encaixe 20. Usando a diferença entre as medições de temperatura dentro e fora do encaixe 20, pode-se determinar se uma mudança de temperatura observada fora da caixa é provavelmente imputável a condições atmosféricas ou uma real mudança na temperatura do corpo do portador da unidade de coleta de dados 10. Enquanto certas modalidades podem incluir apenas um sensor de temperatura, outras modalidades podem incluir vários sensores

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8/25 de temperatura, a fim de atender a um desejado conjunto de características operacionais (por exemplo, controle da temperatura corporal de vários locais na unidade de coleta de dados 10, sensores de temperatura independentes para monitorar a temperatura dentro e fora do encaixe 20, etc).

[0018] O sensor de temperatura 22 pode incluir qualquer dispositivo adequado para verificar a temperatura corporal de um indivíduo. Por exemplo, a temperatura do sensor 22 pode incluir um dispositivo digital ou analógico, podendo incluir termopares, diodos, detectores de temperatura de resistência (RTD), ou detectores de infravermelho. Os sensores de temperatura adequados podem ser obtidos de diversos fornecedores, incluindo a Analog Devices Inc., Omega, ou Texas Instruments. Para determinados tipos de sensores de temperatura, o contato com a pele do indivíduo pode ajudar na obtenção de medições precisas da temperatura do corpo. Por outro lado, em certos casos onde, por exemplo, sensores infravermelhos fornecem o principal modo para medir a temperatura corporal, a mera proximidade com a pele do indivíduo pode ser suficiente para determinar com precisão a temperatura do corpo do usuário.

[0019] Além disso, a unidade de coleta de dados 10 pode incluir um acelerômetro 24 para monitorar o movimento da unidade de coleta de dados 10. Em certas modalidades, o acelerômetro 24 inclui apenas um acelerômetro de eixo único configurado para detectar movimento ao longo de um eixo. Outras modalidades, no entanto, podem incluir acelerômetros múltiplos. Em uma modalidade exemplar, acelerômetro 24 pode

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9/25 incluir um acelerômetro de três eixos, que inclui três acelerômetros dispostos ortogonalmente em relação um ao outro. Com tal arranjo, o acelerômetro 24 pode ser capaz de detectar ou monitorar os movimentos em três eixos distintos.

[0020] Um acelerômetro de três eixos pode ser especialmente útil para a detecção de movimentos associados com o exercício e determinados tipos de atividade física. Geralmente, a maioria dos esportes ou tipos de atividade física produz um padrão de assinatura de movimentos que pode ser detectado através de um acelerômetro. Desta forma, acelerômetro 24 pode ajudar a confirmar se o portador da unidade de coleta de dados

10 se	dedica à atividade	física e,	em	certos	casos,	pode
ajudar	a determinar o tipo	de esporte	ou	atividade	em	que o
usuário	está envolvido.
[0021]	Outras modalidades	da unidade	de	coleta	de	dados 10

podem incluir diferentes sensores ou sensores adicionais. Por exemplo, a unidade de coleta de dados 10 pode incluir um detector de dióxido de carbono, acelerômetros adicionais, um sensor de taxa de respiração, ou qualquer outro tipo de sensor apropriado para o monitoramento dos níveis de atividade física.

[0022] Além dos sensores infravermelhos descritos acima, o pulso do usuário da unidade de coleta de dados 10 pode ser verificado usando qualquer outro tipo de sensor adequado para o monitoramento da taxa do coração do usuário. Em uma modalidade, por exemplo, eletrocardiograma de base tecnológica pode ser incorporado na unidade de coleta de dados 10.

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10/25 [0023] Unidade de coleta de dados 10 também pode incluir um transceptor 26 para estabelecer a comunicação com dispositivos externos da unidade de coleta de dados 10. Para atender aos requisitos de energia, a unidade de coleta de dados 10 também pode incluir uma bateria 28.

[0024] Fig. 2 apresenta um esquema, do diagrama de nível de blocos funcionais da unidade de coleta de dados 10, de acordo com uma modalidade exemplar divulgada. Dentro da unidade de coleta de dados 10, várias quantidades detectadas podem ser fornecidas a um microcontrolador 40 para processamento. Por exemplo, essas quantidades detectadas podem incluir saídas 30, 31 e 32 a partir de sensores infravermelhos 14, 16 e 18, respectivamente. Além disso, essas quantidades detectadas podem incluir saídas de sensores de temperatura 33 e 34. Saída de temperatura 33 pode corresponder a temperatura dentro da caixa 20, por exemplo, e saída de temperatura 34 pode corresponder à temperatura observada fora da caixa 20. As quantidades detectadas também podem incluir saídas de acelerômetro 35, 36 e 37, cada uma correspondendo a um eixo único de movimento.

[0025] Microcontrolador 40 pode armazenar os dados associados com as quantidades detectadas em uma memória 50 na forma bruta ou, alternativamente, após processamento. Além disso, os dados relativos às quantidades detectadas podem ser transmitidos para um local remoto por unidade receptora 26.

[0026] Qualquer microcontrolador adequado 40 pode ser incluído na unidade de coleta de dados 40. Em uma modalidade, o microcontrolador 40 inclui um microcontrolador pequeno com

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11/25 dimensões de cerca de 0,4 cm por 0,4 cm, ou menor. Um microcontrolador adequado inclui a série PIC18F do microcontrolador fabricado pela Microchip Inc. Preferencialmente, o microcontrolador 40 que apresenta características de baixa potência e exigiria cerca de 10 microampéres a cerca de 50 microampéres durante a operação normal e entre 5 miliampéres a cerca de 20 miliampéres durante a transmissão de dados.

[0027] Microcontrolador 40 da unidade de coleta de dados 10 tem várias responsabilidades. Dentre essas responsabilidades, o microcontrolador 40 periodicamente coleta dados dos sensores disponíveis através de um conversor digital -para- analógico 42. A freqüência de coleta de dados pode ser selecionada para cumprir os requisitos de um aplicativo específico. Em uma modalidade, o microcontrolador 40 pode amostrar os dados dos sensores pelo menos uma vez por segundo. Freqüências de amostragem superior ou inferior, no entanto, também podem ser possíveis.

[0028] Microcontrolador 40 pode ser configurado com a capacidade de selecionar, dentre várias frequências de amostragem de dados dependendo das condições detectadas. Por exemplo, microcontrolador 40 pode ser programado para amostrar as saídas do sensor mais lento do que uma vez por segundo (por exemplo, uma vez por cada 10 segundos) quando o microcontrolador 40 determina que o usuário do dispositivo está em repouso ou em um nível normal de esforço físico. Da mesma forma, o microcontrolador 40 pode ser configurado para amostrar as saídas do sensor com mais freqüência (por exemplo,

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12/25 pelo menos uma vez por segundo) quando o nível de esforço físico do usuário ultrapassa um determinado limite. Em certas modalidades, e durante períodos de esforço físico, o microcontrolador 40 pode coletar os dados do sensor até cinco vezes por segundo, dez vezes por segundo, ou até mais, para garantir que as quantidades mudem rapidamente, tais como taxa de pulso e de oxigênio no sangue, que podem alternar na ordem de 200 vezes por minuto durante os períodos de esforço físico extremo, podem ser avaliadas com precisão.

[0029] Quando apropriado, o microcontrolador 40 também pode entrar em um estado de repouso para economizar energia. Por exemplo, quando os sensores infravermelhos 14, 16 ou 18 não oferecem leituras de pulso ou acelerômetro 24 registra nenhum movimento durante um certo período de tempo, o microcontrolador 40 pode determinar que a unidade de coleta de dados 10 não está sendo usada. Nessas condições, o microcontrolador 40 pode retardar o período de amostragem do sensor uma vez a cada 30 segundos, a cada minuto, ou para outra frequência de amostragem adequada. Além disso, o microcontrolador 40 pode ser configurado para amostrar apenas uma parte dos sensores disponíveis durante os períodos de inatividade física, ou quando a unidade de coleta de dados 10 não está sendo usada. Em uma modalidade, por exemplo, uma vez que o microcontrolador 40 determina que o usuário não está usando a unidade de coleta de dados 10, o microcontrolador 40 pode iniciar a amostragem da saída do sensor de temperatura 22 somente. Em tal configuração, uma rápida mudança percebida na temperatura pode indicar que a unidade de coleta de dados 10

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13/25 está em uso e pode levar o controlador a acordar e restaurar o pleno funcionamento da coleta de dados.

[0030] Microcontrolador 40 pode ser configurado para analisar os dados coletados pelos sensores a bordo da unidade de coleta de dados 10. Por exemplo, dados de sensores infravermelhos 14, 16, 18 podem ser usados para comparar o sinal infravermelho transmitido para receber o sinal infravermelho e calcular o nível de saturação de oxigênio no sangue via algoritmos conhecidos. Microcontrolador 40 também pode ser configurado para calcular a taxa de pulso através do monitoramento da freqüência de alterações no nível de saturação de oxigênio no sangue.

[0031] Como mencionado acima, o microcontrolador 40 pode ser configurado para armazenar dados em bruto ou transformados em memória 50 incluídos na unidade de coleta de dados 10. Memória 50 pode incluir qualquer unidade de armazenamento adequada, incluindo, por exemplo, uma memória de acesso paralelo ou em estado sólido não-volátil. Em certas modalidades, a memória pode incluir uma capacidade de armazenamento de pelo menos 32 MB. Unidades de memória adequadas incluem RAM, NVRAM, e memória Flash. Também é possível utilizar um microcontrolador de memória interna para armazenar dados, especialmente se os microcontroladores são desenvolvidos para incluírem tamanhos de memória interna maiores do que os tamanhos atualmente disponíveis de 64 kB.

[0032] No caso em que o microcontrolador 40 é configurado para armazenar dados em bruto, o microcontrolador 40 pode amostrar as saídas dos sensores a bordo da unidade de coleta

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14/25 de dados 10 e simplesmente armazenar esses valores na memória 50. Os valores armazenados podem posteriormente ser descarregados a partir da unidade de coleta de dados 10 e processados utilizando dispositivos e/ou sistemas externos a unidade de coleta de dados 10.

[0033] Embora seja possível armazenar os dados brutos coletados a partir dos dispositivos sensores, microcontrolador 40 também pode ser configurado para processar os dados coletados de sensores da unidade de coleta de dados 10 antes do armazenamento na memória 50. Por exemplo, o microcontrolador 40 pode ser configurado para calcular pulsação, temperatura, aceleração e cada valor médio calculado para períodos de até trinta segundos, sessenta segundos, ou mais para eliminar o ruído e melhorar a precisão das leituras. Microcontrolador 40 pode ser configurado para armazenar esse tempo em média, de taxa de pulso filtrado/temperatura/leituras de aceleração em intervalos pré-selecionados (por exemplo, uma ou duas vezes por minuto). Esse regime pode conservar a memória e/ou recursos de energia e ainda assim fornecer informações úteis. Estes sinais de dados processados ou acondicionados armazenados na memória, em certos casos, podem mesmo ser mais úteis, como eles podem apresentar menos ruído e rapidamente flutuar os valores, que podem prejudicar a confiabilidade dos dados.

[0034] Microcontrolador 40 pode ser configurado para condicionar os sinais recebidos de um ou mais sensores a bordo da unidade de coleta de dados 10. Durante o movimento associado à atividade física, uma quantidade significativa de

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15/25 ruído pode ser transmitida para os sinais gerados pelos sensores a bordo. O ruído é especialmente prevalente nos dados fornecidos pelos sensores infravermelhos, que podem ser usados para determinar a freqüência cardíaca. Técnicas de processamento de sinal digital podem ser empregadas para eliminar pelo menos um pouco do barulho desses sinais e aumentar a precisão do cálculo da frequência cardíaca.

[0035] Microcontrolador 40 também pode ser configurado para determinar quando o usuário está em repouso e quando o usuário está se exercitando. Além de usar essa informação para o controle da coleta dos dados e armazenagem de dados, esta informação pode ser usada, por exemplo, em conjunto com um sistema de atribuição de recompensas de atividade física para oferecer incentivos baseados em recompensas para o usuário da unidade de coleta de dados 10. Ou seja, o usuário da unidade de coleta de dados 10 pode receber recompensas na forma de mercadoria, descontos de mercadoria, moeda e/ou serviços gratuitos ou com descontos com base na quantidade de tempo que o usuário passa o exercício e/ou sobre o nível de esforço físico durante o exercício. As informações também podem ser usadas para controlar níveis de atividade física para fins de avaliação da saúde física dos indivíduos. Por exemplo, as informações podem ser monitoradas e utilizadas para determinar a aptidão física, saúde ou bem-estar dos funcionários públicos ou privados, a fim de proporcionar incentivos ao trabalhador. Alternativa ou cumulativamente, essa informação poderia ser usada pela indústria de seguros para definir as taxas/prêmios adaptados a um indivíduo ou descontos para um grupo de pessoas

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16/25 que participassem de uma atividade de monitoramento do programa físico.

[0036] Microcontrolador 40 pode ser configurado para determinar quando o nível de atividade do usuário pode ser classificado como exercício. Por exemplo, o microcontrolador 40 pode assimilar um ou mais das taxas de pulso do usuário, temperatura e níveis de aceleração em uma nota de avaliação do exercício. Comparando a nota de avaliação do exercício com um limiar pré-determinado, o microcontrolador 40 pode determinar se o usuário está exercitando quando a nota de avaliação do exercício excede o limite.

[0037] A precisão do microcontrolador na determinação do nível de atividade física ou o nível de esforço de um usuário pode ser aperfeiçoada de acordo com qualquer algoritmo desejado. Em uma modalidade, por exemplo, o microcontrolador 40 pode ser configurado para determinar a confiabilidade relativa dos dados fornecidos pelos sensores a bordo da unidade de coleta de dados 10 e atribuir fatores de ponderação de cobrança (por exemplo, valores entre 0 e 1) para as saídas com base na percepção de confiabilidade dos dados de cada saída. Por exemplo, se um dos sensores infravermelhos que emitem um sinal de saída estável, oscilando com um baixo nível de ruído e outro está emitindo um sinal ruidoso, então o microcontrolador 40 pode atribuir um fator de peso maior para a qualidade do sinal maior e um menor peso para o sinal de ruído. Desta forma, o microcontrolador 40 pode minimizar os efeitos de ruídos estranhos e de baixa qualidade de dados e

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17/25 maximizar a confiabilidade da medida, quando os sinais de saída de dados de alta qualidade estão disponíveis.

[0038] O Microcontrolador 40 pode ser programado com um limiar de referência comum para uso com todos os usuários da unidade de coleta de dados divulgada 10. Alternativamente, o microcontrolador 40 pode ser usado para calcular e atualizar periodicamente um determinado limiar único para um usuário específico de uma determinada unidade de coleta de dados. Por exemplo, como o usuário veste e usa a unidade de coleta de dados 10 ao longo de um período de tempo, o microcontrolador 40 pode aprender sobre o usuário, monitorando e armazenando quantidades (por exemplo, freqüência cardíaca, níveis de aceleração e temperatura) associadas com períodos durante os quais o usuário está em repouso e exercício. Usando um algoritmo de limiar de exercício pré-definido, o microcontrolador pode usar essa informação para o limiar de exercício molde e armazenar um novo limiar de exercício atualizado com base no nível atual da aptidão do usuário. O algoritmo pré-definido pode ser carregado no conjunto de instruções de funcionamento do microcontrolador do fabricante e pode ser atualizado via download a partir de um sistema do servidor central.

[0039] Em última análise, o microcontrolador 40 pode ser configurado para determinar quando o nível de atividade física do usuário ultrapassa o limite do exercício. Depois que o usuário excede o limite do exercício, o microcontrolador pode iniciar um timer que monitora a quantidade de tempo que o usuário gasta acima do limiar de exercício. Adicionalmente,

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18/25 através da taxa de pulsação detectada, temperatura e níveis de aceleração medidos, o microcontrolador 40 pode determinar e armazenar uma quantidade que controla a quantidade pela qual a atividade física do usuário excede o limite do exercício. Esta informação, junto ou separado do tempo de exercício, pode ser utilizada pelo microcontrolador 40 ou, mais de preferência, um sistema de atribuição de recompensas remoto para determinar uma quantidade de prêmios acumulados pelo usuário durante cada período de exercício. Alternativa ou cumulativamente, esta informação pode ser usada por um sistema de monitoramento da atividade física para determinar os incentivos do trabalhador ou para definir/ajustar as taxas do seguro/prêmio.

[0040] Unidade de coleta de dados 10 também pode incluir um elemento de feedback, incluindo, por exemplo, um monitor, luz, alto-falante, ou outro dispositivo adequado de interface sensorial. Durante os períodos em que a atividade física do usuário excede o limite do exercício e se qualifica para receber recompensas, o microcontrolador 40 pode ativar o elemento de feedback para indicar ao usuário que o limiar de exercício foi ultrapassado e as recompensas estão sendo vencidas. Por exemplo, um LED pode ser incluído para piscar durante os períodos de qualificação do exercício. Em outras modalidades, um alto-falante pode emitir um sinal sonoro a cada poucos segundos durante os períodos de qualificação do exercício. Ainda em outras modalidades, um indicador de recompensas pode ser projetado em uma tela durante a qualificação das sessões de exercício. Tal modalidade seria especialmente útil quando a unidade de coleta de dados 10 foi

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19/25 incorporada a um relógio ou outro tipo de dispositivo incluindo um monitor.

[0041] Microcontrolador 40 da unidade de coleta de dados 10 pode ser configurado para controlar a transmissão de dados a um ou mais locais remotos. Em uma modalidade, o microcontrolador 40 pode ativar o transceptor 26, conforme ilustrado na figura 2, com um ciclo baixo de menos de cerca de 1% para detectar a presença de portais de coleta de dados adequados. Um portal de coleta de dados pode incluir qualquer destinatário dos dados adquiridos pela unidade de coleta de dados 10. Em uma modalidade, um portal de coleta de dados pode ser associado a um sistema de alocação de recompensas de atividade física e poderá transmitir os dados recebidos a partir da unidade de coleta de dados 10 para uma instalação de central de gerenciamento que controla o funcionamento do sistema de recompensas. Em outra modalidade, o portal de coleta de dados pode ser associado a um sistema de acompanhamento de exercício limiar para fins de determinação da aptidão física, saúde ou bem-estar dos funcionários públicos e privados para incentivos ao trabalhador. O portal de coleta de dados também pode estar associado com uma taxa de seguros/sistema de configuração de prêmio que ajusta as taxas ou ajusta os prêmios com base no nível de atividade física das pessoas e/ou grupos.

[0042] Quando a unidade de coleta de dados 10 detecta um portal de coleta de dados (por exemplo, através de uma conexão de dados sem fio ou com fio) e comunicação é estabelecida, o download dos dados terá início, por exemplo, após a devida

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identificação	do	usuário e do portal ter	sido	alcançado.	Isso
pode evitar	a	espionagem por partes	não	autorizadas	A
identificação	do	usuário pode incluir	a transmissão de	um

código único atribuído a cada unidade de coleta de dados e/ou usuário da unidade de coleta de dados. Uma senha selecionável do usuário pode ser usada para permitir que dados possam ser transferidos pelo portal de coleta de dados. Em outras modalidades, a identificação passiva de um usuário pode se deslocar para a necessidade de downloads protegidos por senha. Por exemplo, o microcontrolador pode ser configurado para determinar e armazenar uma assinatura biológica de um usuário autorizado da unidade de coleta de dados. Tal assinatura pode ser determinada usando a mesma matriz de sensores usada no monitor de temperatura, taxa de pulso e níveis de aceleração. Alternativamente, um ou mais sensores adicionais (por exemplo, um sensor de pigmento da pele, sensor de pH, etc) podem ser incluídos para auxiliar no reconhecimento do usuário.

[0043] Um ou mais outros dispositivos, incluindo, por exemplo, uma etiqueta RFID, podem ser utilizados para facilitar a transmissão de dados para um portal de coleta de dados. Por exemplo, em resposta a um sinal de interrogação de radiofreqüência, uma etiqueta RFID localizada na unidade de coleta de dados 10 pode energizar o uso de uma fonte de energia a bordo, tal como bateria 28, ou que consome energia fornecida pelo sinal de interrogação. A etiqueta RFID pode responder ao sinal de interrogação, transmitindo dados para um local/receptor localizado remotamente em relação à unidade de coleta de dados 10. A informação transmitida pode incluir informação sobre a unidade de coleta de dados 10. Por exemplo,

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21/25 as informações transmitidas podem incluir um código de assinatura associado a uma determinada unidade de coleta de dados 10. Além disso, as informações transmitidas podem incluir quaisquer outros dados que podem ajudar no reconhecimento da unidade particular de coleta dos dados 10.

[0044] Alternativa ou cumulativamente, uma etiqueta RFID ou outro dispositivo similar para a transmissão de dados a partir da unidade de coleta de dados 10 (por exemplo, o microcontrolador 40 juntamente com transceptor 26), pode ser usada para transmitir informações sobre o usuário da unidade de coleta de dados 10. Esta informação pode incluir, por exemplo, dados médicos de emergência, informações sobre seguros, nome, endereço, números de telefone, estatísticas vitais, alergias, tipo sanguíneo, etc.

[0045] A informação transmitida pode também ser usada para reconhecer um indivíduo portador da unidade de coleta de dados 10. Por exemplo, com base em uma determinada parte das informações (por exemplo, um código de assinatura, nome, endereço, etc) um dispositivo de interrogar ou portal de dados pode reconhecer o portador da unidade de coleta de dados 10. Em resposta, o receptor dessa informação pode tomar alguma ação com base no reconhecimento do usuário da unidade de coleta de dados 10. Em certas modalidades, tais informações podem ser usadas para determinar a localização de um usuário da unidade de coleta de dados 10; determinar a freqüência que o usuário visita um determinado estabelecimento, como uma academia de ginástica, spa, piscinas, etc.

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22/25 [0046] Unidade de coleta de dados 10 também pode ser configurada para detectar potencialmente o uso fraudulento por um usuário. Por exemplo, devido ao usuário poder receber recompensas baseadas em uma indicação pela unidade de coleta de dados 10 que o usuário tinha empenhado na qualificação da atividade física por um determinado período de tempo, algumas pessoas podem ser motivadas a simular um estado de atividade física, várias unidades de coleta de dados desgastadas, ou se envolver em outros tipos de atividades fraudulentas. Com a matriz de sensor robusto incluída na unidade de coleta de dados 10, a probabilidade da unidade de coleta de dados 10 ser enganada pela atividade física simulada é minimizada.

[0047] Além disso, o microcontrolador 40 pode ser configurado para gerar e entregar uma potência baixa, o ciclo de pulso direito baixo para contatos metálicos localizados, por exemplo, na base da caixa 20. Estes pulsos podem ter uma duração de menos de cerca de 100 de um milissegundo por pulso e serão transmitidos em curtas distâncias em torno da unidade de coleta de dados 10. Os contatos do mesmo metal na base da caixa 20 também podem servir como uma antena e podem auxiliar na detecção de sinais semelhantes nas proximidades. Quando tal sinal é detectado, ele pode indicar que um usuário está usando mais de um dispositivo de unidade de coleta de dados. Se o sinal detectado permanece constante durante um certo período de tempo, sugerindo que mais de uma unidade de coleta de dados 10 está em uso por um único usuário, em seguida, a emissão ou detecção da unidade de coleta de dados, ou ambos, pode ser configurada para ser desligada.

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23/25 [0048] Os portais de coleta de dados adequados podem incluir aqueles localizados dentro de uma distância predeterminada a partir da unidade de coleta de dados 10. Em certas modalidades, a unidade de coleta de dados 10 pode ser configurada para transmitir dados para portais localizados dentro de aproximadamente dez metros. Em outras modalidades, esta distância de transmissão pode ser prorrogada até cerca de 1524cm (50ft).

[0049] Assim que a transmissão dos dados armazenados na unidade de coleta de dados de 10 começa um processo de aperto de mão pode ser empregado para validar a integridade dos dados

transmitidos	e	para	pedir a retransmissão	dos	dados,	se
necessário.	Depois	da unidade de coleta	de	dados	10
estabelecer	que	os	dados foram transmitidos	com	sucesso	no

portal de coleta de dados, o microcontrolador 40 pode excluir os dados armazenados anteriormente.

[0050] Transmissão de dados para um portal de coleta de dados também pode ser controlada com base na disponibilidade dos dados armazenados. Por exemplo, se nenhum dado novo foi armazenado na memória 50, dado o sucesso do último download, em seguida, o microcontrolador 40 pode determinar que não há mais nada a transmitir. Nestas condições, o microcontrolador 40 pode renunciar à procura de um portal de coleta de dados adequado dentro do alcance e vai deixar o transceptor 26 da unidade de coleta de dados desligado até que os dados sejam posteriormente armazenados na memória.

0051] Outros esquemas de início de transmissão de dados podem ser empregados.

Por exemplo, ao invés do

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24/25 microcontrolador periodicamente procurar um portal de coleta de dados adequado ao alcance, o microcontrolador 40 pode ser configurado apenas para responder a um sinal de interrogação continuamente ou periodicamente emitido a partir de um portal de coleta de dados. Se o microcontrolador 40 receber essa interrogação e determinar que o portal da coleta de dados emitidos está dentro do alcance de transmissão, em seguida, o microcontrolador 40 pode ativar o transceptor 26 e iniciar a transmissão de dados.

[0052] A transmissão de dados pode ser realizada através de qualquer programa adequado para a transmissão de dados. Em uma modalidade, os dados armazenados na unidade de coleta de dados podem ser transferidos através de uma conexão com fio, incluindo um cabo e cabo de interface. Em uma modalidade, a transmissão de dados pode ser realizada através de um cabo de dados USB, que permite o carregamento da unidade de coleta de dados 10, enquanto os dados são baixados. A transmissão de dados também pode ser realizada através de uma ligação sem fio, incluindo uma frequência de rádio ou link de transmissão óptica. Em certas modalidades, por exemplo, a unidade de coleta de dados 10 pode ser Bluetooth Zigbee ou habilitada ou pode transmitir dados através de uma ligação ótica de infravermelhos.

[0053] Em certas modalidades, transmissão de dados pode se estender além dos limites do transceptor de bordo. Por exemplo, usando um dispositivo habilitado para unidade de coleta de dados juntamente com um dispositivo externo, como um telefone celular pessoal, computador, PDA, etc, os dados podem

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25/25 ser transmitidos da unidade de coleta de dados 10 por meio do dispositivo externo e para um portal de coleta de dados ou até mesmo diretamente para a facilidade de gerenciamento.

[0054] Unidade de coleta de dados 10 pode incluir qualquer fonte de alimentação adequada para satisfazer as necessidades de energia da unidade. Por exemplo, a unidade de coleta de dados 10 pode incluir uma bateria recarregável ou substituível 28. Em certas modalidades, baterias de lítio de três volts contidas dentro de um pacote de 1,2 cm podem ser incluídas na unidade de coleta de dados 10. Além disso, ou, alternativamente, uma célula solar pode ser incluída isoladamente ou em combinação com uma ou mais baterias. Além de servir como uma fonte de energia sozinha, a célula solar pode funcionar também para recarregar as baterias. Em outra modalidade, um dispositivo de regeneração ativado de movimento pode ser incluído para efeitos de alimentar a unidade de coleta de dados e/ou recarregar as baterias.

[0055] Será evidente para aqueles hábeis na arte que várias modificações e variações podem ser feitas na unidade de sensor divulgada, sem se afastar do âmbito da divulgação. Outras modalidades dos sistemas da invenção e métodos serão aparentes para aqueles hábeis na arte da análise de especificação e da prática da invenção aqui divulgada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de coleta de dados de atividade física (10) caracterizada por incluir:

dois ou mais sensores infravermelhos (14, 16, 18) dispostos na unidade de coleta de dados de modo que quando a unidade de coleta de dados é usada por um usuário, os dois ou mais sensores infravermelhos são posicionados adjacentes a um pulso do usuário, os dois ou mais sensores infravermelhos sendo configurados para fornecer uma saída indicativa de uma taxa de pulso do usuário da unidade de coleta de dados da atividade física;

pelo menos um sensor de temperatura (22) configurado para fornecer um indicativo de saída de pelo menos uma temperatura corporal do usuário;

pelo menos um acelerômetro (24) configurado para fornecer uma saída indicativa de movimentos do usuário e um microcontrolador (40) configurado para:

receber, a partir dos dois ou mais sensores de infravermelhos, dois ou mais sinais de saída, incluindo um sinal de saída recebido de cada um dos dois ou mais sensores infravermelhos;

determinar um valor de nível de ruído para cada um dos dois ou mais sinais de saída recebidos;

determinar um fator de ponderação para cada um dos dois ou mais s inais de saída recebidos com base no valor do nível de ruído determinado para cada um dos dois ou mais sinais de saída recebidos , em que um primeiro fator de ponderação é determinado para uma

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2/5 saída de um dos dois ou mais sensores infravermelhos com um primeiro nível de ruído são superiores a um segundo fator de ponderação determinado para uma saída de outro dos dois ou mais sensores infravermelhos com um segundo nível de ruído superior ao primeiro nível de ruído;

obter resultados ponderados atribuindo os fatores de ponderação determinados aos correspondentes dois ou mais sinais de saída recebidos;

determinar a taxa de pulso, a temperatura corporal, e as características dos movimentos do usuário da unidade de coleta de dados com base nas saídas ponderadas, a saída fornecida pelo pelo menos um sensor de temperatura e a saída fornecida pelo pelo menos um acelerômetro respectivamente,· determinar um nível de esforço físico do usuário com base em uma ou mais taxas de pulso, na temperatura do corpo, ou nas características do movimento do usuário, e armazenar, em uma memória (50), dados indicativos do nível de esforço físico durante um período de tempo, durante o qual o nível de esforço físico excede um limite predeterminado.

2. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por incluir ainda um transceptor (26), e onde o microcontrolador (40) está ainda configurado para transmitir dados indicativos do nível de esforço do usuário para um portal de coleta de dados externos.

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3. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o microcontrolador (40) ser configurado para determinar a presença de dados armazenados de esforço físico e automaticamente iniciar a transmissão dos dados armazenados, para determinar que a unidade de coleta de dados venha dentro de um intervalo pré-determinado do portal de coleta de dados.
4. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o microcontrolador (40) ser configurado para determinar a presença dos dados armazenados de esforço físico e iniciar a transmissão dos dados armazenados, ao receber um sinal de interrogação do portal de coleta de dados.
5. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o transceptor estar configurado para transmitir dados através de um link de radiofrequência ou óptico.
6. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o microcontrolador (40) estar ainda configurado para atualizar o limite pré-determinado com base em um nível atual de aptidão do usuário.
7. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por pelo menos um sensor de temperatura (22) incluir pelo menos um dentre termopar, diodo,

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4/5 dispositivo de temperatura de resistência, ou outro dispositivo infravermelho.
8. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada dois ou mais sensores infravermelhos (14, 16, 18) incluírem uma unidade de transceptor infravermelho.
9. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a taxa de pulso ser determinada pelo monitoramento das alterações no nível de saturação de oxigênio no sangue.
10. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o microcontrolador (40) estar configurado para condicionar sinais de saída fornecidos por dois ou mais sensores infravermelhos (14, 16, 18), pelo menos um sensor de temperatura (22), ou pelo menos um acelerômetro (24), e armazenar os sinais condicionados na memória (50).
11. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o microcontrolador (40) estar configurado para reconhecer potencialmente o uso fraudulento da unidade de coleta de dados, e ter pelo menos uma ação em resposta à utilização fraudulenta potencialmente reconhecida.

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12. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o microcontrolador (40) estar configurado para:

gerar um sinal a ser emitido pela unidade de coleta de dados;

detectar a presença de sinais semelhantes gerados nas proximidades da unidade de coleta de dados; e desligar a unidade de coleta de dados se o uso potencialmente fraudulento for reconhecido, com base na detecção dos sinais semelhantes.
13. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir ainda uma etiqueta RFID para ajudar no reconhecimento da unidade de coleta de dados, ou o usuário da unidade de coleta de dados.
14. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por microcontrolador (40) estar configurado para comunicar um código único associado com a unidade de coleta de dados para auxiliar no reconhecimento da unidade de coleta de dados.
15. Unidade de coleta de dados de atividade física (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o microcontrolador (40) estar configurado para aplicar pesos variáveis para as saídas do pelo menos um sensor de temperatura (22) ou pelo menos um acelerômetro (24) quando determinar o nível de esforço físico do usuário.