CN106821359A - 一种生物参数反馈控制系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物参数反馈控制系统及其应用，包括心跳心率检测模块、无线传输模块、MCU 控制模块、接收终端、信号显示装置；MCU 控制模块的输出端分别连接无线传输模块和信号显示装置的输入端，MCU 控制模块的输入端连接心跳心率检测模块的输出端，无线传输模块的输出端无线连接接收终端；心跳心率检测系统还包括无线控制终端，无线控制终端信号连接MCU 控制模块。本系统可用于运动设备、游戏设备、汽车安全驾驶、医疗设备、移动设备等与人体接触的设备，防止在运动、驾驶、医疗工作、移动设备操作中心跳心率长期处于非正常状态下损害健康；本系统可通过通信终端进行管理、自定义预先设定的心跳心率正常值、非正常值和非正常状态持续的时间等数据。

Description

一种生物参数反馈控制系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其是一种生物参数反馈控制系统及其与互联网的结合的应用。

背景技术

心率(HR) 是指单位时间内心脏搏动的次数，正常成年人安静时的心率也有显著的个体差异，平均在75 次/ 分左右(60-150 次/ 分之间)。心率作为血液循环机能的重要生理指标而在运动中被广泛地应用。运动中，心率随机体代谢需要而增加，在一定范围内可反映运动强度、机体的代谢水平，在有氧运动中常用心率作为控制运动强度的指标。运动后，心率的恢复又可作为评定运动负荷适宜与否以及心脏机能状态的指标和依据。安静状态时基础心率的测定，在医务监督中则可作为判断某一阶段机体是否有过度疲劳和评定运动员训练程度的指标。

通常心率测试仪包括：传感模块、放大模块、整形电路、计数器、显示模块；所述传感模块采集心率信息，转换成电压信号通过输出端传递到放大电路的输入端，所述放大电路将信号放大，并通过输出端将放大信号传递给整形电路，所述整形电路将信号进行去干扰处理后输出至计数器，计数器计算后将结果传递给显示模块进行显示工作。

虽然传统的心率测试仪已能满足人们对心跳心率准确性测试的需要，但其应用范围十分狭窄且系统性十分落后，不能满足现代人们对健康管理的需求。

例如：现代青少年基本在网络中成长，接触最多的娱乐活动为电子游戏，电子游戏给人带来欢乐的同时，也给青少年的健康带来安全隐患，长时间的玩电子游戏，会使青少年长期处于紧张状态，势必会导致心跳和心率过快，给健康造成严重的伤害。而青少年自身无法意识到心跳和心率的变化，即使意识到了，也由于自身控制能力较差，无法自控游戏时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物参数反馈控制系统及其应用，让人们时刻了解自己的心跳心率，并对使用者做相应的提醒，避免使用者长时间非正常的心跳和心率而带来的意外。

另外本发明产品可配合互联网服务器及网络应用程序，检测用户使用本产品的游戏时间及对应心率，上传至服务器进行处理，而且可以配合游戏控制器在PC和智能平台上的驱动程序获取对应的游戏名称，用户可以更详细得了解游戏时自己的生理状态。也可通过数据挖掘获取每款游戏的用户游戏时间及对应的生理状态，游戏对玩家是否有吸引力，这些反馈数据对于游戏开发商了解玩家喜好及进一步完善游戏十分重要。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种生物参数反馈控制系统，包括：心跳心率检测模块、无线传输模块、MCU控制模块、接收终端、信号显示装置；所述MCU控制模块的输出端分别连接无线传输模块和信号显示装置的输入端，所述MCU控制模块的输入端连接心跳心率检测模块的输出端，所述无线传输模块的输出端无线连接接收终端；所述生物参数反馈控制系统还包括：无线控制终端，所述无线控制终端信号连接MCU控制模块。

所述接收终端包括：移动通信终端、PC固定通信终端和网络服务器。

所述移动通信终端包括：手机、平板电脑和穿戴式移动通信设备。

所述信号显示装置包括：蜂鸣器、振动器、指示灯。

所述无线控制终端集成于移动通信终端中，并使用移动通信终端中的触摸屏显示数据、输入控制信号和发送控制信号。

当然，所述无线控制终端还可以集成于PC固定通信终端中，通过I/O设备输入控制信号，通过显示器显示数据，通过网络模块发送控制信号。

本发明所提供的生物参数反馈控制系统应用效果非常广泛。

所述心跳心率检测模块的输入端固定在游戏手柄或游戏台杆的表面，用于获取心跳心率信息，并把获取到的心跳心率信息转换为数字信号；数字信号传递至MCU控制模块，MCU控制模块判断该数字信号是否为60-100次/分钟，如果在此范围内，则MCU控制模块控制指示灯显示绿色。当该电压信号已经超出100次/分钟，说明玩家的心跳心率过快，MCU控制模块控制指示灯显示为红色，并且记录时间，当累计心跳心率过快的时间超过5分钟后，MCU控制模块控制振动器或蜂鸣器进行强烈的提醒。

所述MCU控制模块通过无线传输模块将信号传递至设定的移动通信终端或PC固定通信终端和网络服务器，首先在移动通信终端或PC 固定通信终端上安装本产品的驱动程序及应用程序，首先在移动通信终端或PC固定通信终端的应用程序通过无线信号（蓝牙，2.4G, Wi-Fi）获取心率数据，人们可通过移动通信终端的屏幕或PC固定通信终端的应用程序获取事实心率数据或者通过网络服务器获取历史数据，便于人们根据该数值调整行为，让心跳心率回复正常状态；并且实时心率数值、游戏名称及游戏时间会被移动通信终端或PC固定通信终端记录并上传至网络服务器。服务器可根据用户数据进行奖励。

生物参数反馈控制系统还可以应用于运动设备上，最常用的为运动眼镜。心跳心率检测系统在运动眼镜上的应用：将所述无线传输模块、MCU 控制模块设于运动眼镜内，所述心跳心率检测模块的输入端分别固定在游戏手柄的两个眼镜腿表面，用于获取运动者心跳心率信息，并转换成电压信号传递至MCU控制模块，MCU控制模块将会对该电压信号进行分析比对，如果被检测的运动者心跳心率正常，运动者可以继续进行运动，当运动员的心跳心率为非正常值，并且持续时间也超出了预设值，则MCU控制模块至少会获得振动提醒或声音提醒或指示灯提醒中的一种或多种，提醒运动者做适当的休息，以免过度运动。

生物参数反馈控制系统在汽车安全驾驶上的应用：将所述无线传输模块、MCU控制模块设于汽车驾驶室内，所述心跳心率检测模块的输入端固定在方向盘表面，这样便于与人体接触，获取心跳心率信息。如果被检测的驾驶员心跳心率正常，驾驶员可以继续进行运动，如果被检测的驾驶员心跳心率不正常，则至少会获得振动提醒或声音提醒或指示灯提醒中的一种或多种，提醒驾驶员做适当调整，避免车祸发生。

以上所述标准值和心跳心率正常值、心跳心率非正常值和非正常值的持续时间都为《国家体育锻炼标准》中所公布的数据。

本发明具有以下有益效果：其一、通过心跳心率检测模块检测的获取信号、MCU控制模块分析处理信号、无线传输模块发送信号、信号显示装置的提醒等一系列组件的动作，检测并提醒人们在心跳心率处于非正常值时，适当的进行调整当前行为，使心跳心率回复正常值，避免造成健康损害；其二，本发明应用于游戏信号输入终端上，对长时间进行激烈游戏的玩家进行警示，避免各个年龄阶层因长时间玩电子游戏对健康造成损害；其三，本发明还可以运用于运动设备，汽车安全驾驶、医疗设备、移动设备等一系列与人体接触的设备中，防止人们在运动、驾驶、医疗工作、移动设备操作中心跳心率长期处于非正常状态下而对健康造成损害；其四，本发明还能够通过手机、平板电脑、PC固定通信终端进行管理、自定义预先设定的心跳心率正常值、非正常值和非正常状态持续的时间等数据，十分人性化。

附图说明

图1是现有技术的电路原理框图；

图2是本发明实施例一的电路原理框图；

图3是本发明实施例一的接收终端的电路原理框图；

图4是本发明实施例一的信号显示装置的电路原理框图；

图5是本发明实施例二的结构示意图；

图6是本发明实施例三的应用示意图；

图7是本发明实施例四的应用示意图；

图8是本发明实施例五的电路原理框图；

图9是本发明的生态扩展图；

图10是本发明应用在方向盘上的生态扩展图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

图1 为现有技术的电路原理框图，通常心率测试仪包括：传感模块101、放大模块102、整形电路103、计数器104、显示模块105；所述传感模块101采集心率信息，转换成电压信号通过输出端传递到放大电路的输入端，所述放大电路将信号放大，并通过输出端将放大信号传递给整形电路103，所述整形电路103将信号进行去干扰处理后输出至计数器104，计数器104计算后将结果传递给显示模块105进行显示工作。

实施例一

图2为本发明实施例一的电路原理框图，本实施例所提供的生物参数反馈控制系统，包括：心跳心率检测模块201、无线传输模块204、MCU 控制模块203、接收终端205、信号显示装置202 ；所述心跳心率检测模块201 实质上为通常使用的传感模块101，本实施例中具体为PVDF( 聚偏二氟乙烯)压电脉搏传感器，它是一种高性能、低成本的震动传感器，具有抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点，并具有良好的低频响应。它采用PVDF压电薄膜作为换能元件，脉搏信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量再经片内放大电路转换为压电信号输出。PVDF薄膜呈圆顶状且略向外突出，以便很好地与皮肤表面接触。由于PVDF材料柔性好，能紧贴皮肤，阻抗能与皮肤阻抗匹配，采用其后即使在应力作用下也不会影响检测脉冲的压力变化，故能检测到微小的脉动信号。所述无线传输模块可为蓝牙、2.4G、WIFI等。

所述MCU控制模块203的输出端分别连接无线传输模块204和信号显示装置202的输入端，所述MCU控制模块203的输入端连接心跳心率检测模块201的输出端，所述无线传输模块204的输出端无线连接接收终端205；所述心跳心率检测系统还包括：无线控制终端206，所述无线控制终端206集成于手机中，并信号连接MCU控制模块203。

如图3-4所示，所述接收终端包括：移动通信终端301、PC固定通信终端302和网络服务器303。

本实施例中所述的移动通信终端301为手机。

所述信号显示装置包括：蜂鸣器501、振动器502、指示灯503。

实施例二

参照图5所示，本实施例为实施例一应用在游戏手柄401上，将所述无线传输模块、MCU控制模块位于游戏手柄401内，所述心跳心率检测模块前端的压电脉搏传感器402固定在游戏手柄401的表面，用于获取心跳心率信息，玩家双手握住游戏手柄401进行游戏时，心跳心率检测模块的输入端能够探测到玩家的心跳心率信息并把获取到的心跳心率信息转换为电压信号，电压信号传递至MCU控制模块，MCU控制模块判断该电压信号是否为60-100次/分钟，如果在此范围内，则MCU 控制模块控制指示灯503显示绿色。当该电压信号已经超出100次/分钟，说明玩家的心跳心率过快，MCU控制模块控制指示灯503显示为红色，并且记录时间，当累计心跳心率过快的时间超过5分钟后，MCU控制模块控制振动器或蜂鸣器进行强烈的提醒，让玩家根据警示进行调整玩游戏的时间，同时MCU控制模块所接收到的电压信号将实时的通过无线传输模块传输至指定的PC或者移动设备中显示，该PC或者移动设备集成了无线控制终端，能够对MCU控制模块内的数据进行管理和自定义，如更改心跳心率正常值、心跳心率非正常值的警示时间、上传下载数据至服务器等。

游戏手柄中的网络模块可获取玩家所玩游戏的名称、时间等一系列信息，上传至网络端，玩家可以查询自己过去的记录，这些记录包括玩家所玩的游戏信息，每次玩的时间，该时间段内的实时心跳心率记录，游戏完成质量等一些列信息，这些信息达到一定的数值，可获得相应的奖励。

比如，玩家玩《孤岛惊魂》，在游戏时间到2个小时-2个半小时，玩家需完成任务2，并在任务2中心跳心率达到100以下，玩家的这些数据上传至服务器上，游戏厂商审核通过后，发放一定游戏币给玩家作为奖励。

比如，玩家玩《星际争霸2》，游戏玩家APM达到300以上，并且心跳心率达到100以下，这些数据表明玩家在保证高度操作的情况下，还具有较低的心率，心态和头脑都十分冷静，游戏厂商或游戏运营上给达到这些标准的游戏玩家一定的奖励。

实施例三

参照图6所示，本实施例为实施例一应用在运动眼镜中，所述无线传输模块、MCU控制模块位于游戏手柄内，所述心跳心率检测模块的输入端分别固定在两个眼镜腿表面，用于获取运动者心跳心率信息，并转换成电压信号传递至MCU控制模块。与实施例二同样的，MCU控制模块将会对该电压信号进行分析比对，本实施例中所谓的标准值和心跳心率正常值、心跳心率非正常值和非正常值的持续时间都为《国家体育锻炼标准》中所公布的数据。

当运动员的心跳心率为非正常值，并且持续时间也超出了预设值，MCU控制模块控制振动器振动，提醒运动者做适当的休息，以免过度运动。

实施例四

参照图7所示，本实施例为实施例一应用在汽车中，所述无线传输模块、MCU控制模块位于汽车驾驶室内，所述心跳心率检测模块的输入端固定在方向盘表面，用于获取驾驶员心跳心率信息，并转换成电压信号传递至MCU控制模块，MCU控制模块将会对该电压信号进行分析比对。

当驾驶员的心跳心率为非正常值，并且持续的时间也超过了预设值，MCU控制模块控制蜂鸣器鸣响，提醒驾驶员调整状态，安全驾驶。

本系统还可以应用于其他的与人体接触的设备中，比如移动设备，医疗设备等，依据以上实施例的提示，应用于其他设备中皆用于人们能够直观、个性化的对自己心跳心率进行管理，提高国民健康水准。

开车人员开斗气车，在追击、相互别车过程中，人情绪激动，心跳心率会大幅上升，而此时简单的提醒，已经不能阻止他们了，心跳心率检测仪将数据实时上传到交通部门的网络，该网络发现驾驶员的心跳心率长期处于异常状态，立刻通过交通部门系统中的提示系统或者通过交通局工作人员人为的通过装于驾驶室的通话系统，警告驾驶员立刻冷静下来，防止意外发生。

交通部门的系统在获取所有驾驶员心跳心率的同时，还能获取他们所在的地理位置，车牌号、车主、发动机号等信息。所以很多交通事故可以通过获取的这些信息预测。

比如，同一个道路上的两位驾驶员心跳心率忽然处于较高的情况，而且持续时间较长，在持续时间内，车辆均处于多次变道，行驶轨迹不定等异常状态，可判断这两位驾驶员是在飙车或在开斗气车，交通部门工作人员通过交通控制系统连接这两位驾驶员驾驶室内的通讯设备，提醒两位驾驶员已交通违规，冷静下来，免得照成更严重的后果，不要为一时的赌气，而对自己、家人造成不可挽回的伤害。相信驾驶员一定能够放弃现在开斗气车的行为，从而避免一次交通事故。

再者，交通部门工作人员发现一位驾驶员心跳心率一直处于较高值，车辆的行车轨迹显示其在变道、加速、减速都比较频繁，可大概推断其为了赶时间，而开“霸王车”，交通部门工作人员可通过交通控制系统连接这位驾驶员驾驶室内的通讯设备，迅速制止。

本实施例应用在汽车中，与汽车中的车载电脑连接，同时还无线连接交通部门的车辆管理系统。

实施例五

参照图8所示，本实施例同样将实施例应用在游戏手柄上，区别在于本实施例中MCU控制模块203接收到心跳心率检测模块201传递的信息，处理后只发送至指示灯，MCU控制模块203判断该电压信号是否为60-100次/分钟，如果在此范围内，则MCU控制模块203控制指示灯显示绿色。当该电压信号已经超出100次/分钟，说明玩家的心跳心率过快，MCU控制模块203控制指示灯显示为红色，并且记录时间，当累计心跳心率过快的时间超过5分钟后，MCU控制模块203再控制振动器502或蜂鸣器501进行强烈的提醒。

本实施例适合有自控能力的成年人，所以将无线传输模块和无线控制终端去除。

如图9-10所示，本发明除了检测心率心跳，还具有使用者查找历史心率数据、在设置的一定时间内心率范围在一定范围内可获得游戏信息的奖励、可获取心率异常警告提醒等。

本发明并不局限于上述具体实施方式，根据上述说明书的揭示和指导，本发明所属领域的技术人员还可对上述实施方式进行适当的变更和修改，其变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种生物参数反馈控制系统，其特征在于：包括心跳心率检测模块、无线传输模块、MCU控制模块、接收终端、信号显示装置；所述MCU控制模块的输出端分别连接无线传输模块和信号显示装置的输入端，所述MCU控制模块的输入端连接心跳心率检测模块的输出端，所述无线传输模块的输出端无线连接接收终端；所述心跳心率检测系统还包括：无线控制终端，所述无线控制终端信号连接MCU控制模块。

2.根据权利要求1所述的生物参数反馈控制系统，其特征在于：所述接收终端包括：移动通信终端、PC固定通信终端和网络服务器。

3.根据权利要求2所述的生物参数反馈控制系统，其特征在于：所述移动通信终端包括：手机、平板电脑。

4.根据权利要求1所述的生物参数反馈控制系统，其特征在于：所述信号显示装置包括：蜂鸣器、振动器、指示灯。

5.根据权利要求1 所述的生物参数反馈控制系统，其特征在于：所述无线控制终端集成于移动通信终端中，并使用移动通信终端中的触摸屏显示数据、输入控制信号和发送控制信号。

6.权利要求1-5 中任一项所述的生物参数反馈控制系统在游戏手柄上的应用，其特征在于：将所述无线传输模块、MCU控制模块设于游戏手柄内，所述心跳心率检测模块的输入端固定在游戏手柄的表面，用于获取心跳心率信息，并把获取到的心跳心率信息转换为电压信号；电压信号传递至MCU控制模块，MCU控制模块判断该电压信号是否为60-100次/分钟，如果在此范围内，则MCU控制模块控制指示灯显示绿色；当该电压信号已经超出100次/分钟，说明玩家的心跳心率过快，MCU控制模块控制指示灯显示为红色，并且记录时间，当累计心跳心率过快的时间超过5分钟后，MCU控制模块控制振动器或蜂鸣器进行强烈的提醒。

7.根据权利要求6所述的生物参数反馈控制系统在游戏手柄上的应用，其特征在于：所述MCU控制模块通过无线传输模块将信号传递至设定的移动通信终端或PC固定通信终端和网络服务器，人们通过移动通信终端的屏幕或PC固定通信终端的屏幕或调用网络服务器中的数据得知心跳心率数值，便于人们根据该数值调整行为，让心跳心率回复正常状态；所述MCU模块通过集成于移动通信终端中的无线控制终端来控制MCU模块中设定的数据。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的生物参数反馈控制系统在运动眼镜上的应用，其特征在于：将所述无线传输模块、MCU控制模块设于运动眼镜内，所述心跳心率检测模块的输入端分别固定在游戏手柄的两个眼镜腿表面，用于获取运动者心跳心率信息，并转换成电压信号传递至MCU 控制模块，MCU控制模块将会对该电压信号进行分析比对，如果被检测的运动者心跳心率正常，运动者可以继续进行运动，当运动员的心跳心率为非正常值，并且持续时间也超出了预设值，则MCU 控制模块至少会获得振动提醒或声音提醒或指示灯提醒中的一种或多种，提醒运动者做适当的休息，以免过度运动。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的生物参数反馈控制系统的应用，其特征在于：除了检测心率心跳，还具有使用者查找历史心率数据、在设置的一定时间内心率范围在一定范围内可获得游戏信息的奖励、可获取心率异常警告提醒等。