CN111317472A - 具有测量心率体脂功能一体的检测系统 - Google Patents

具有测量心率体脂功能一体的检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有测量心率体脂功能一体的检测系统，包括智能体脂秤，集成在所述智能体脂秤上的健康采集模块、移动终端APP应用程序和云端服务器，所述健康采集模块用于采集用户的体重、生物电阻抗信息，然后将采集到的该信息通过蓝牙模块发送到所述移动终端APP应用程序，所述移动终端APP应用程序根据接收的体重、生物电阻信息计算得出用户的体脂率、BMI、基础代谢率指标，经由所述移动终端APP应用程序显示出来，数据通过网络发送至所述云端服务器进行储存和数据分析。本发明能够将健康体征参数测量融入日常生活，提高获取人体健康体征参数的便利性。

Description

具有测量心率体脂功能一体的检测系统
技术领域
本发明涉及体脂监测技术领域，具体涉及具有测量心率体脂功能一体的检测系统。
背景技术
体脂秤是除了可测量体重外还可以测量脂肪、水分等的称重计。体脂秤测量体内脂肪含量利用的是BIA生物电阻抗测量法，即用户光脚站在体脂秤上微弱电流通过，按照体内脂肪不导电，体内水分导电的规律，因此，从电流通过的难易度可以知道肌肉的重量，由此可判断，脂肪占体重的比例。
目前的体脂秤一般用于测量用户的体重以及脂肪率，为用户提供健康检测数据，以便用户了解自身状态。而总的来说，对于脂肪率超标的用户来说，也需要测量心率值，结合心率测试情况来判断身体的健康状况。目前采用的手段是采用听诊器等额外的设备进行测试，使用起来较为不便，操作繁琐，而且因为需要购买两种设备，导致成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供具有测量心率体脂功能一体的检测系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：具有测量心率体脂功能一体的检测系统，包括智能体脂秤，集成在所述智能体脂秤上的健康采集模块、移动终端APP应用程序和云端服务器，所述健康采集模块用于采集用户的体重、生物电阻抗信息，然后将采集到的该信息通过蓝牙模块发送到所述移动终端APP应用程序，所述移动终端APP应用程序根据接收的体重、生物电阻信息计算得出用户的体脂率、BMI、基础代谢率指标，经由所述移动终端APP应用程序显示出来，数据通过网络发送至所述云端服务器进行储存和数据分析。
在本发明中，优选地，所述智能体脂秤的硬件部分包括MCU主控单元、阻抗检测单元、体重检测单元、心率采集单元、显示单元和电源管理单元，所述阻抗检测单元、所述体重检测单元、心率采集单元、所述显示单元、所述电源管理单元和所述MCU主控单元均为电性连接，所述MCU主控单元用于控制协调各个单元并通过蓝牙模块实现与所述移动终端APP应用程序之间的数据通信，所述体重检测单元配置有称重电极，所述阻抗检测单元通过称重电极向用户施加指定频率的恒定安全电流，经由所述称重电极测量用户的电势差，所述电势差对应匹配人体的阻抗值，所述心率采集单元配置有心率采集电极，所述心率采集电极用于采集获取用户的心率数据，并将该心率数据发送到MCU主控单元进行数据处理，所述显示单元用于对用户的身体健康检测指标结果的显示。
在本发明中，优选地，所述智能体脂秤的硬件部分还包括ZIGBEE单元，所述ZIGBEE单元和所述MCU主控单元电性连接，所述ZIGBEE单元用于与外接的健康监测模块组网实现共享数据。
在本发明中，优选地，所述阻抗检测单元包括阻抗检测芯片、滤波电路、电压转电流电路、开关阵列电路、缓冲电路和信号放大电路，所述阻抗检测芯片和所述MCU主控单元通过I2C实现数据传输，所述阻抗检测芯片和所述滤波电路电性连接，所述滤波电路和所述电压转电流电路电性连接，所述电压转电流电路和所述开关阵列电路电性连接，所述开关阵列电路和所述缓冲电路电性连接，所述缓冲电路和所述信号放大电路电性连接，所述信号放大电路和所述阻抗检测芯片电性连接。
在本发明中，优选地，所述阻抗检测芯片的型号设置为AD5933，所述阻抗检测芯片配置有频率发生器、DAC模块、放大电路、电流转电压电路、ADC模块和DSP模块，所述频率发生器用于激励外部阻抗，外部阻抗响应电流信号经由所述电流转电压电路转换过程通过ADC模块完成A/D转换过程，传送至所述DSP模块计算得到外部阻抗的数值。
在本发明中，优选地，所述开关阵列电路的型号设置为ADG1604。
在本发明中，优选地，所述缓冲电路配置有电容C11、电容C12、电容C13和电容C14用以提高输入阻抗。
在本发明中，优选地，所述信号放大电路型号设置为AD8422。
在本发明中，优选地，所述体重检测单元包括全桥电路和A/D转换电路，所述全桥电路和所述A/D转换电路电性连接，所述称重电极的数量设置为四个，所述称重电极构成所述全桥电路，所述称重电极用于采集用户的体重数据，所述全桥电路用于根据所述称重电极的体重数据生成响应电压并输出至所述A/D转换电路，经由所述A/D转换电路的信号调理和A/D转换过程将信号传输至所述MCU主控单元。
在本发明中，优选地，所述移动终端APP应用程序配置有账号管理功能，所述账号管理功能包括用户的注册、登陆、密码修改以及用户信息更改。
本发明具有的优点和积极效果是：通过设置包括阻抗检测芯片、滤波电路、电压转电流电路、开关阵列电路、缓冲电路和信号放大电路在内的阻抗检测单元进行阻抗测量，极大地简化了电路设计的复杂度并提高阻抗测量系统的抗干扰能力；基于云服务端和智能体脂称终端将健康体征参数监测融入人们的日常生活，满足了人们日常生活对体脂、心率等健康指标的监测需求，实现了居家环境健康监测，为未来智能化家庭健康中心打下了良好基础。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的整体结构示意图；
图2是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的智能体脂秤硬件部分结构框图；
图3是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的体重检测单元的电路原理图；
图4是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的阻抗检测电路框图；
图5是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的开关阵列电路的电路原理图；
图6是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的缓冲电路和信号放大电路的电路原理图；
图7是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的人体与电极导通的示意图；
图8是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的工作流程图；
图9是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的智能体脂秤的结构图；
图10是本发明的具有测量心率体脂功能一体的检测系统的智能体脂秤的使用状态图。
图中：1、体脂称面壳；2、称重区；3、功能扩展区；4、称重电极；5、心率采集机构；6、主控芯片；7、手握杆；8、弹簧线；9、心率采集电极；10、容置槽孔；11、弹性卡扣；12、适配块；13、弧形槽；14、缺口；15、显示屏；16、电源盒盖；17、脚垫；18、按钮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图10所示，本发明提供具有测量心率体脂功能一体的检测系统，包括智能体脂秤，集成在智能体脂秤上的健康采集模块、移动终端APP应用程序和云端服务器，健康采集模块用于采集用户的体重、生物电阻抗信息，然后将采集到的该信息通过蓝牙模块发送到移动终端APP应用程序，移动终端APP应用程序根据接收的体重、生物电阻信息计算得出用户的体脂率、BMI、基础代谢率指标，经由移动终端APP应用程序显示出来，数据通过网络发送至云端服务器进行储存和数据分析。
在本实施例中，进一步地，智能体脂秤的硬件部分包括MCU主控单元、阻抗检测单元、体重检测单元、心率采集单元、显示单元和电源管理单元，阻抗检测单元、体重检测单元、心率采集单元、显示单元、电源管理单元和MCU主控单元均为电性连接，MCU主控单元用于控制协调各个单元并通过蓝牙模块实现与移动终端APP应用程序之间的数据通信，体重检测单元配置有称重电极4，阻抗检测单元通过称重电极4向用户施加指定频率的恒定安全电流，经由称重电极4测量用户的电势差，电势差对应匹配人体的阻抗值，心率采集单元配置有心率采集电极9，心率采集电极9用于采集获取用户的心率数据，并将该心率数据发送到MCU主控单元进行数据处理，显示单元用于对用户的身体健康检测指标结果的显示。称重电极4用于采集用户脚底的电阻抗数值，利用的是BIA生物电阻抗测量法，即用户光脚站在体脂秤上微弱电流通过，按照体内脂肪不导电，体内水分导电的规律，测出一个电阻值，根据用户的身高、年龄和性别，带入大数据样本模型测算得出，根据测量的人体阻抗，结合云端服务器存储的用户最新体重，根据实际脂肪含量预测公式，计算出用户的体脂率，并将本次测量体脂率发送至下位机，由下位机解析数据帧并将体脂率显示在座圈前端的OLED上，同时APP将本次测量结果上传至云端服务器，由云端进行体脂率数据的存储分析。
在本实施例中，进一步地，智能体脂秤的硬件部分还包括ZIGBEE单元，ZIGBEE单元和MCU主控单元电性连接，ZIGBEE单元用于与外接的健康监测模块组网实现共享数据。
在本实施例中，进一步地，阻抗检测单元包括阻抗检测芯片、滤波电路、电压转电流电路、开关阵列电路、缓冲电路和信号放大电路，阻抗检测芯片和MCU主控单元通过I2C实现数据传输，阻抗检测芯片和滤波电路电性连接，滤波电路和电压转电流电路电性连接，电压转电流电路和开关阵列电路电性连接，开关阵列电路和缓冲电路电性连接，缓冲电路和信号放大电路电性连接，信号放大电路和阻抗检测芯片电性连接。其中，滤波电路和电压转电流转换电路作为阻抗检测芯片的信号发射端，缓冲电路和信号放大电路作为阻抗检测芯片的信号接收端。测量时MCU主控单元通过I2C向阻抗检测芯片发送指令，控制阻抗检测芯片的频率发生器产生指定频率和峰峰值的激励信号，经过滤波电路和电压转电流转换电路后，为实际所需恒定电流激励信号；通过控制开关阵列电路，导通指定回路的称重电极4，恒定电流激励信号通过激励电极流经人体特定回路，产生相应人体响应信号。
在本实施例中，进一步地，阻抗检测芯片的型号设置为AD5933，阻抗检测芯片配置有频率发生器、DAC模块、放大电路、电流转电压电路、ADC模块和DSP模块，频率发生器用于激励外部阻抗，外部阻抗响应电流信号经由电流转电压电路转换过程通过ADC模块完成A/D转换过程，传送至DSP模块计算得到外部阻抗的数值。称重电极4采用的是电阻应变式压力传感器，当称重电极4受到外力作用时，全桥电路的输出电压与受到的外力成正比。因此可通过检测全桥电路的响应电压信号，结合对应的标定公式计算实际待测者的体重。
在本实施例中，进一步地，开关阵列电路的型号设置为ADG1604。通过设置开关阵列电路用以测量人体若干不同回路构成的人体阻抗值。在实际检测过程中，根据需要测量的人体回路，通过开关阵列电路选取对应的心电电极和恒流源的接口导通和对应的称重电极和电压测量接口导通，进而实现多个回路的人体阻抗的监测，
在本实施例中，进一步地，缓冲电路配置有电容C11、电容C12、电容C13和电容C14用以提高输入阻抗。人体响应信号经缓冲电路、信号放大电路后送入阻抗检测芯片进行采样，并由DSP模块进行运算处理得到人体响应信号，并通过I2C将该信号发送至MCU主控单元，MCU主控单元根据增益系数校正得出实际待测人体指定回路的阻抗值，在接收端加入电压跟随器作为缓冲电路用以提高输入阻抗，其中C11、C13作为隔直电容，C12、C14作为反馈电容，由于人体阻抗响应信号是通过两个电极得到的双端差分信号，而阻抗检测芯片所需要的输入信号为单端信号，因此将双端差分信号变为单端信号。
在本实施例中，进一步地，信号放大电路型号设置为AD8422。AD8422型号的信号放大器具有高精度的优势，能够放大人体阻抗响应信号，这是出于人体阻抗响应信号一般较为微弱的实际情况考虑选用的。
在本实施例中，进一步地，体重检测单元包括全桥电路和A/D转换电路，全桥电路和A/D转换电路电性连接，称重电极4的数量设置为四个，称重电极4构成全桥电路，称重电极4用于采集用户的体重数据，全桥电路用于根据称重电极4的体重数据生成响应电压并输出至A/D转换电路，经由A/D转换电路的信号调理和A/D转换过程将信号传输至MCU主控单元。A/D转换电路的型号采用的是HX711，该型号的A/D转换电路具有转换精度高、功耗低以及良好的抗干扰能力等优点，应用范围较为广泛。
在本实施例中，进一步地，移动终端APP应用程序配置有账号管理功能，账号管理功能包括用户的注册、登陆、密码修改以及用户信息更改。
本发明的工作原理和工作过程如下：使用时，用户点击并启动移动终端APP应用程序，首先进入主界面，系统请求用户打开蓝牙，用户需先完成登陆操作后再进行后续操作，若用户已注册账号，则直接输入相应的用户名和密码即可登陆系统；若用户没有注册，注册后即可登陆。用户在注册界面指定位置输入用户名、密码、姓名、身高、出身年月等信息后，点击注册，移动终端APP应用程序调用云端服务器的用户注册接口实现用户的注册操作过程，待账号注册完成跳转到登陆界面，用户输入已经注册的用户名和密码调用云端服务器的用户登陆接口，由云端服务器判断请求的用户名和密码是否与数据库中的对应内容一致，完成登陆操作。用户登录后，若仅查询历史体重、体脂率等历史信息则直接点击相应的模块即可进行查看；若用户要进行体重、体脂率测量，则需与体重体脂检测模块通过蓝牙进行匹配连接方可操作。点击主界面下方的蓝牙按钮，跳转蓝牙设备扫描界面，用户点击指定蓝牙设备后，待连接配对成功后，系统通过已开启蓝牙服务并借助蓝牙模块实现智能体脂秤与移动终端APP应用程序之间的通信。
待体脂称和移动终端配对成功后用户赤脚站立到称重区2上，双脚的位置分别位于两组称重电极4处，称重电极4采集用户的体重体脂数据，并将数据传输至MCU主控单元中进行数据运算处理，MCU主控单元控制显示屏15将体重数值显示出来以便用户查看，通过蓝牙模块将体脂称采集到的体重数据上传到移动终端，同时在移动终端的人机交互界面显示以便用户及时查看，测量结果可以在手机终端APP应用程序的数据云端。如用户需要测量心率数据，则一手拨动弧形槽13上的把手握杆7，另一手将适配块12脱离弹性卡扣11，以使把手握杆7从容置槽孔10中取出，用户的双手握住把手握杆7，双手紧贴心率采集电极9，心率采集电极9采集获取用户的心率数据，并将该心率数据发送到MCU主控单元进行数据处理，根据用户事先输入包括年龄、身高、性别在内的个人信息，MCU主控单元通过数据运算处理得到反映身体健康指标的各项数值，各项数值包括身体得分、身体年龄、理想体脂率、BMI、脂肪率、肌肉量、基础代谢率、水分率、内脏脂肪等级、骨盐量、蛋白质、骨骼肌量、压力指数、心率、身体类型、理想体重、静态心率在内的多项数据指标，多次测量的数据结果能够在应用app中形成连续数据的线性统计图，以使数据的观察更加直观方便。不进行心率检测功能使用时，用户将把手握杆7放回容置槽孔10中，通过适配块12和弹性卡扣11二者之间的相互配合能够有效保证了把手握杆7较为牢固地放置于容置槽孔10内，避免移动或存放过程由于晃动产生的把手握杆7与体脂称面壳1脱离的问题，便于把手握杆7的使用和收放，不进行心率检测时把手握杆7和体脂称面壳1能够在视觉上成为一体，体脂称的外形线条更加流畅，从而提高用户对体脂称的整体观感和用户体验感。体脂称面壳1的底部可拆卸设置有电源盒盖16，电源盒盖16扣合有供电装置，供电装置和MCU主控单元电性连接。供电装置采用的是四节七号干电池，电源盒盖16可拆卸设置在体脂称面壳1的底部能够起到对干电池的保护作用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，包括智能体脂秤，集成在所述智能体脂秤上的健康采集模块、移动终端APP应用程序和云端服务器，所述健康采集模块用于采集用户的体重、生物电阻抗信息，然后将采集到的该信息通过蓝牙模块发送到所述移动终端APP应用程序，所述移动终端APP应用程序根据接收的体重、生物电阻信息计算得出用户的体脂率、BMI、基础代谢率指标，经由所述移动终端APP应用程序显示出来，数据通过网络发送至所述云端服务器进行储存和数据分析。
2.根据权利要求1所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述智能体脂秤的硬件部分包括MCU主控单元、阻抗检测单元、体重检测单元、心率采集单元、显示单元和电源管理单元，所述阻抗检测单元、所述体重检测单元、心率采集单元、所述显示单元、所述电源管理单元和所述MCU主控单元均为电性连接，所述MCU主控单元用于控制协调各个单元并通过蓝牙模块实现与所述移动终端APP应用程序之间的数据通信，所述体重检测单元配置有称重电极，所述阻抗检测单元通过称重电极向用户施加指定频率的恒定安全电流，经由所述称重电极测量用户的电势差，所述电势差对应匹配人体的阻抗值，所述心率采集单元配置有心率采集电极，所述心率采集电极用于采集获取用户的心率数据，并将该心率数据发送到MCU主控单元进行数据处理，所述显示单元用于对用户的身体健康检测指标结果的显示。
3.根据权利要求2所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述智能体脂秤的硬件部分还包括ZIGBEE单元，所述ZIGBEE单元和所述MCU主控单元电性连接，所述ZIGBEE单元用于与外接的健康监测模块组网实现共享数据。
4.根据权利要求2所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述阻抗检测单元包括阻抗检测芯片、滤波电路、电压转电流电路、开关阵列电路、缓冲电路和信号放大电路，所述阻抗检测芯片和所述MCU主控单元通过I2C实现数据传输，所述阻抗检测芯片和所述滤波电路电性连接，所述滤波电路和所述电压转电流电路电性连接，所述电压转电流电路和所述开关阵列电路电性连接，所述开关阵列电路和所述缓冲电路电性连接，所述缓冲电路和所述信号放大电路电性连接，所述信号放大电路和所述阻抗检测芯片电性连接。
5.根据权利要求4所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述阻抗检测芯片的型号设置为AD5933，所述阻抗检测芯片配置有频率发生器、DAC模块、放大电路、电流转电压电路、ADC模块和DSP模块，所述频率发生器用于激励外部阻抗，外部阻抗响应电流信号经由所述电流转电压电路转换过程通过ADC模块完成A/D转换过程，传送至所述DSP模块计算得到外部阻抗的数值。
6.根据权利要求4所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述开关阵列电路的型号设置为ADG1604。
7.根据权利要求4所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述缓冲电路配置有电容C11、电容C12、电容C13和电容C14用以提高输入阻抗。
8.根据权利要求4所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述信号放大电路型号设置为AD8422。
9.根据权利要求2所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述体重检测单元包括全桥电路和A/D转换电路，所述全桥电路和所述A/D转换电路电性连接，所述称重电极的数量设置为四个，所述称重电极构成所述全桥电路，所述称重电极用于采集用户的体重数据，所述全桥电路用于根据所述称重电极的体重数据生成响应电压并输出至所述A/D转换电路，经由所述A/D转换电路的信号调理和A/D转换过程将信号传输至所述MCU主控单元。
10.根据权利要求1所述的具有测量心率体脂功能一体的检测系统，其特征在于，所述移动终端APP应用程序配置有账号管理功能，所述账号管理功能包括用户的注册、登陆、密码修改以及用户信息更改。
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