CN106333661A - 一种运动心率监测装置及运动心率监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运动心率监测装置及运动心率监测系统，该装置包括壳体、心电电极、电路板和电源模块；所述心电电极镶嵌在所述壳体靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号；所述侧壁上设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片；所述电路板和所述电源模块设置在所述壳体的内部。本发明实施例提供的运动心率监测装置和运动心率监测系统，采用贴片形式，将心率监测装置粘贴在人体胸部，主要用于替换现有的心率带，优点是没有压迫感，佩戴舒适；心电电极镶嵌在监测装置壳体靠近身体一侧的侧壁上，直接接触人体皮肤，心率采集和处理都在运动心率监测装置内完成，减少了心率信号在远程传输过程中增加的噪音干扰，测量结果更准确。
Description
技术领域
本发明涉及人体运动心电测量技术领域，具体而言，涉及一种运动心率监测装置及运动心率监测系统。
背景技术
运动心率是指人体在运动时所保持的心率状态。不管是有氧运动，还是无氧运动，为了达到最佳的运动效果以及保证运动安全，均需有一个较为合适的运动心率，以避免运动效果不佳以及运动过程中出现身体异常等问题。
目前，为了确保用户运动时的运动心率处于合适的心率范围，常采用为用户佩戴心率带的方式，实时监测用户运动时的运动心率。心率带包括一根环形绑带和连接在环形绑带某一位置的导电带或导电块，所述环形绑带可以是松紧带。使用时，将环形绑带绑缚在人体胸部，通过导电带或导电块测量皮肤中的心动电流或者电势的周期变化，从而测得心率。
现有的心率带存在以下缺陷：如果佩戴在人体胸部的心率带不够紧，在运动过程中就容易移动，致使导电块离开心脏位置，如果心率带足够紧，则长时间佩戴会有很不适的压迫感，用户身体极不舒服；心率带与皮肤反复摩擦，还可能将身体磨破。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种运动心率监测装置及运动心率监测系统，该运动心率监测装置贴敷在人体表面，用户没有压迫感，佩戴舒适。
第一方面，本发明实施例提供了一种运动心率监测装置，包括壳体、心电电极、电路板和电源模块；所述心电电极镶嵌在所述壳体靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号；所述侧壁上设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片；所述电路板和所述电源模块设置在所述壳体的内部；所述电路板上设置有控制芯片、与所述控制芯片连接的心率采集模块和无线传输模块；所述心率采集模块的输入端与所述心电电极连接；所述心率采集模块对所述心电电极探测到的所述心率信号进行处理，将处理后的心率信号传送至所述控制芯片进行分析和计算，得到心率计算结果；所述无线传输模块将得到的所述心率计算结果传输给远端监护主机。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述心率采集模块包括依次连接的低通滤波电路、信号放大电路和采样电路；所述低通滤波电路对所述心电电极探测到的所述心率信号进行滤波，再将滤波后的心率信号传送至所述信号放大电路；所述信号放大电路对所述滤波后的心率信号进行放大，再将放大后的心率信号传送至所述采样电路，所述采样电路对放大后的心率信号进行采样，并转换为脉冲数字信号，传送至所述控制芯片。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述壳体包括远离身体一侧的上壳组件和靠近身体一侧的下壳组件，所述上壳组件和所述下壳组件通过卡接部可拆卸连接；所述心电电极镶嵌在所述下壳组件上，所述贴片设置于所述下壳组件的外侧。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：所述上壳组件呈中央向外隆起的片状。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：所述下壳组件采用有机硅胶制成，所述下壳组件的中央形成有用于安装所述电源模块的通孔，所述通孔上连接有电池盖。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：所述电池盖与所述通孔连接处设置有密封圈。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：所述通孔两侧各设置有一个用于安装所述心电电极的电极安装孔。
结合第一方面或第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中：所述心电电极采用电极扣或电极片，所述电极扣与皮肤接触的一面或电极片与皮肤接触的一侧为向外突出的弧面。
第二方面，本发明实施例还提供一种运动心率监测系统，包括运动心率监测装置和远端监护主机；其中，所述运动心率监测装置，包括壳体、心电电极、电路板和电源模块；所述心电电极镶嵌在所述壳体靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号；所述侧壁上设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片；所述电路板和所述电源模块设置在所述壳体的内部；所述电路板上设置有控制芯片、与所述控制芯片连接的心率采集模块和无线传输模块；所述心率采集模块的输入端与所述心电电极连接；所述心率采集模块对所述心电电极探测到的所述心率信号进行处理，将处理后的心率信号传送至所述控制芯片进行分析和计算，得到心率计算结果；所述无线传输模块将得到的所述心率计算结果传输给远端监护主机。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中：所述远端监护主机为手持移动终端或安装在健身器材上的主控机。
本发明实施例提供的运动心率监测装置和运动心率监测系统，采用贴片形式，将心率监测装置粘贴在人体胸部，主要用于替换现有的心率带，优点是没有压迫感，佩戴舒适；心电电极镶嵌在监测装置壳体靠近身体一侧的侧壁上，直接接触人体皮肤，心率采集和处理都在运动心率监测装置内完成，减少了心率信号在远程传输过程中增加的噪音干扰，测量结果更准确。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种运动心率监测装置的分解结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种运动心率监测装置的电路原理框图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种运动心率监测系统的电路原理框图。
图中部件标号说明：1-印花膜；2-上壳组件；3-电路板；4-下壳组件；5-心电电极；6-电池；7-密封圈；8-电池盖；9-远端监护主机；30-心率采集模块；31-控制芯片；32-无线传输模块；301-低通滤波电路；302-信号放大电路；303-采样电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，测量用户的运动心率常采用佩戴心率带的方式。将环形心率带绑缚在人体胸部，通过设置在心率带上的导电块测量皮肤中的心动电流或者电势的周期变化，从而测得心率。但心率带长时间佩戴会有很不适的压迫感，用户身体极不舒服；运动时，心率带与皮肤反复摩擦，还可能将身体磨破。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种运动心率监测装置。如图1所示，该运动心率监测装置，包括壳体、设置在壳体上的心电电极5、设置在壳体内部的电路板3和电源模块。电源模块为电池6，可采用纽扣电池或可充电电池。
一具体实施例中的壳体为一体制作而成的壳体。壳体的俯视图为长条形、长圆形、圆形或方形。壳体靠近身体一侧的侧壁采用有机硅胶制成，可柔软贴合人体肌肤。上述侧壁上设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片。所述贴片可以采用人体双面胶贴片，贴片与人体皮肤接触的一侧为医用低敏凝胶，该凝胶已通过RoHS生物相容性认证，安全可靠。心电电极5镶嵌在上述靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号。
本发明实施例提供的运动心率监测装置，采用类似创可贴的贴片形式，将心率监测装置粘贴在人体胸部，主要用于替换现有的心率带，优点是没有压迫感。
该装置整体可作成创可贴大小，厚度小于0.06cm，重量小于等于7.5g，柔软轻薄，佩戴舒适，不易脱落。
心电电极镶嵌在监测装置壳体靠近身体一侧的侧壁上，直接接触人体皮肤，心率采集和处理都在运动心率监测装置内完成，减少了心率信号在远程传输过程中增加的噪音干扰，测量结果更准确。
一具体实施例中，心电电极5使用氯化银电极，确保心电信号传输稳定。
图1所示的实施例中的壳体包括远离身体一侧的上壳组件2和靠近身体一侧的下壳组件4，上壳组件2和下壳组件4通过卡接部可拆卸连接。
上壳组件2呈中央向外隆起的片状，从而使壳体内部形成能够容纳电路板3和电源模块的空间。上壳组件2的俯视图呈长条形、长圆形、圆形或方形。上壳组件2的外侧中央形成有一凹陷部，该凹陷部用于粘贴印花膜1，印花膜1可以是PET膜，其上可以印刷图文信息。
下壳组件4呈长圆形或椭圆形，连接在上壳组件2内侧。下壳组件4采用有机硅胶制成，柔软贴合人体。心电电极5镶嵌在下壳组件4上，下壳组件4的外侧设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片。所述贴片为一次性耗材，可以采用人体双面胶贴片，贴片与人体皮肤接触的一侧为医用低敏凝胶，该凝胶已通过RoHS生物相容性认证，安全可靠，可以长时间佩戴。
下壳组件4的中央形成有用于安装电源模块的通孔，通孔上连接有电池盖8。打开电池盖8，可以方便地更换电池，取出电池为电池充电。一具体实施例中，电池采用CR2025钮扣电池，当电池电量用尽后，可以打开电池盖8进行更换。电池盖8与通孔连接处设置有密封圈7，用于防尘防水。该装置的防水等级达到IPX7，能够在15-30℃的温度下工作。
下壳组件4中央的通孔两侧各设置有一个用于安装心电电极5的电极安装孔，两个心电电极5对称地安装，在探测心率信号时起到互补的作用。心电电极5采用电极扣或电极片，电极扣与皮肤接触的一面或电极片与皮肤接触的一侧为向外突出的弧面，加大了电极与人体皮肤的接触面积，提高了抗运动的效果。
其中，电路板3上设置有控制芯片31、与控制芯片31连接的心率采集模块30和无线传输模块32。其电路连接关系框图如图2所示，心率采集模块30的输入端与心电电极5连接。心电电极5探测到心率信号后，将心率信号传送至心率采集模块30，心率采集模块30对心电电极5探测到的心率信号进行处理，将处理后的心率信号传送至控制芯片31进行分析和计算，得到心率计算结果。无线传输模块32将得到的心率计算结果传输给远端监护主机。
所述控制芯片31采用NORDIC超低功耗无线芯片，系统整体功耗低，一块纽扣电池待机时长超过1年，连续工作时长可达500小时。
上述心率采集模块30包括依次连接的低通滤波电路301、信号放大电路302和采样电路303。低通滤波电路301用于对心电电极5探测到的心率信号进行滤波，滤除背景噪音，再将滤波后的心率信号传送至信号放大电路302。信号放大电路302对滤波后的心率信号进行高增益放大，再将放大后的心率信号传送至采样电路303，采样电路303对放大后的心率信号进行采样，并转换为脉冲数字信号，传送至控制芯片31。控制芯片31对得到的脉冲数字信号进行分析和计算，得到心率计算结果。
无线传输模块采用无线射频通讯模块、蓝牙通讯模块、红外通讯模块或ANT通讯模块中的一个或几个进行通讯，各通讯模块可以同时进行通信。ANT指的是天线接口，用来连接天线。
进一步地，电路板3上还设置有存储模块，用于存储由控制芯片31分析计算得到的心率计算结果。
本发明的运动心率监测装置，以心率贴的形式贴敷在用户胸部，实时检测用户的心跳数，在运动过程中提供数据化的锻炼结果，以保证达到运动目的，将减肥、强身计划达到事半功倍的效果。同时，可以有效判断用户的运动是否超过心脏及身体的负荷，避免意外发生。
由于心电信号的电流非常微小，因此很容易受到干扰。现有的心率带的导电块很容易与皮肤间产生位移摩擦而形成噪音信号。这种干扰在运动中特别显著，表现特征为心率表显示的数字忽高忽低。为此传统的心率硬带在导电橡胶处往往设计成类似轮胎的波纹来增加摩擦阻力，减少移动，但这样处理后佩戴用户更不舒服。而本发明采用医用凝胶薄膜进行粘贴，并且下壳组件具有柔性，可完美地贴合人体胸部轮廓，对皮肤有很强的吸附性，可以紧密吸附于皮肤，极大地减少运动中摩擦产生的电信号干扰。同时，也有利于增加电极和皮肤的接触面积，在很大程度上提高了心率信号采集的抗干扰能力。
另外，皮肤中的其他电流噪音信号，比如紧张的肌肉会产生比较大的电流噪音。除采用滤波电路滤除噪音外，防止的方法是：使用时，让心率贴尽量接近心脏部分，也就是男性离乳头下方小于2厘米的位置，或者女性乳房的下边缘。
本发明的另一实施例还提供了一种运动心率监测系统，其电路连接关系框图如图3所示。该运动心率监测系统包括上述任一实施例的运动心率监测装置和远端监护主机9。
其中，运动心率监测装置包括壳体、心电电极、电路板和电池。心电电极5镶嵌在所述壳体靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号。电路板3和电池6设置在壳体的内部。电路板3上设置有控制芯片31、与所述控制芯片31连接的心率采集模块30和无线传输模块32。心率采集模块30的输入端与心电电极5连接。心率采集模块30对心电电极5探测到的心率信号进行处理，将处理后的心率信号传送至控制芯片31进行分析和计算，得到心率计算结果。无线传输模块32将得到的心率计算结果传输给远端监护主机9。
具体地，心率采集模块30包括依次连接的低通滤波电路301、信号放大电路302和采样电路303。低通滤波电路301用于对心电电极5探测到的心率信号进行滤波，滤除背景噪音，再将滤波后的心率信号传送至信号放大电路302。信号放大电路302对滤波后的心率信号进行高增益放大，再将放大后的心率信号传送至采样电路303，采样电路303对放大后的心率信号进行采样，并转换为脉冲数字信号，传送至控制芯片31。控制芯片31对得到的脉冲数字信号进行分析和计算，得到心率计算结果。
远端监护主机可以是手持移动终端、运动户外手表或安装在健身器材上的主控机。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的运动心率监测装置和运动心率监测系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种运动心率监测装置，其特征在于：包括壳体、心电电极、电路板和电源模块；
所述心电电极镶嵌在所述壳体靠近身体一侧的侧壁上，用于探测心率信号；所述侧壁上设置有与人体皮肤粘贴固定的贴片；
所述电路板和所述电源模块设置在所述壳体的内部；所述电路板上设置有控制芯片、与所述控制芯片连接的心率采集模块和无线传输模块；所述心率采集模块的输入端与所述心电电极连接；所述心率采集模块对所述心电电极探测到的所述心率信号进行处理，将处理后的心率信号传送至所述控制芯片进行分析和计算，得到心率计算结果；所述无线传输模块将得到的所述心率计算结果传输给远端监护主机。
2.根据权利要求1所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述心率采集模块包括依次连接的低通滤波电路、信号放大电路和采样电路；所述低通滤波电路对所述心电电极探测到的所述心率信号进行滤波，再将滤波后的心率信号传送至所述信号放大电路；所述信号放大电路对所述滤波后的心率信号进行放大，再将放大后的心率信号传送至所述采样电路，所述采样电路对放大后的心率信号进行采样，并转换为脉冲数字信号，传送至所述控制芯片。
3.根据权利要求1所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述壳体包括远离身体一侧的上壳组件和靠近身体一侧的下壳组件，所述上壳组件和所述下壳组件通过卡接部可拆卸连接；所述心电电极镶嵌在所述下壳组件上，所述贴片设置于所述下壳组件的外侧。
4.根据权利要求3所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述上壳组件呈中央向外隆起的片状。
5.根据权利要求3所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述下壳组件采用有机硅胶制成，所述下壳组件的中央形成有用于安装所述电源模块的通孔，所述通孔上连接有电池盖。
6.根据权利要求5所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述电池盖与所述通孔连接处设置有密封圈。
7.根据权利要求5所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述通孔两侧各设置有一个用于安装所述心电电极的电极安装孔。
8.根据权利要求1或7所述的运动心率监测装置，其特征在于：所述心电电极采用电极扣或电极片，所述电极扣与皮肤接触的一面或电极片与皮肤接触的一侧为向外突出的弧面。
9.一种运动心率监测系统，其特征在于：该系统包括权利要求1所述的运动心率监测装置和远端监护主机。
10.根据权利要求9所述的运动心率监测系统，其特征在于：所述远端监护主机为手持移动终端或安装在健身器材上的主控机。
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