CN1257700C - 估算步行时的生物数据的系统和步行频率产生器 - Google Patents

估算步行时的生物数据的系统和步行频率产生器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够以良好再现性估算步行(锻炼)时候的生物数据如脉搏的系统。通过步行之前在身体负荷量获取装置21中获取生物数据与锻炼应力级别之间的关系，在用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置22中获取步行时候的锻炼应力级别，并且在用于估算步行时候的生物数据的装置23中将步行时候的锻炼应力级别与生物数据和锻炼应力级别之间的关系相关，间接估算步行时候的生物数据。此外，还在步行量计算装置24中通过使用步行时候的生物数据来计算步行量。另外，本发明还提供一种步行频率产生器，产生能够提供步行时候的期望生物数据如脉搏速率的步行频率。

Description

估算步行时的生物数据的系统和步行频率产生器
技术领域
本发明涉及一种步行支持系统，进行与步行时候的生物数据如脉搏相关联的支持。更具体地说，涉及一种用于估算步行时候的生物数据的系统，它是一种前述步行支持系统，并且估算步行时候的生物数据。更进一步，涉及一种步行频率产生器，它是一种前述步行支持系统，并且产生步行频率以获得步行时候的期望生物数据如脉搏速率。
背景技术
作为一种与步行时候的生物数据如脉搏相关联的支持(support)，目前一种做法是测量通过步行(锻炼)改变的生物数据如脉搏。在测量通过步行(锻炼)改变的生物数据如脉搏中，每次测量时，都将能够检测通过锻炼改变的生物信号的传感器直接连至人体。
此外，作为一种与步行时候的生物数据如脉搏相关联的支持，目前存在一种步行步速产生器。该传统步行步速产生器使步行者按照与预设步行步速保持同步所产生的声音等进行步行。
然而，使用能够检测通过锻炼改变的生物信号的传感器进行测量存在一个问题是，由于传感器直接从人体接收信号，因此结果随着传感器所连位置和方式而改变，并且缺乏再现性。
同时，使步行者按照与预设步行步速保持同步所产生的声音等进行步行的系统存在一个问题是，当步行者以预设步速步行时，生物数据如脉搏根据用户的身体负荷量(体力)而可能超出预期值。
因此，鉴于进行与步行时候的生物数据如脉搏相关联的支持的步行支持系统的上述问题，本发明的目的是提供一种用于估算步行时候的生物数据的系统，它可以以良好再现性估算步行(锻炼)时候的生物数据如脉搏，以及一种步行频率产生器，它能够产生可以在步行的时候获得期望生物数据如脉搏的步行频率。
发明内容
为了实现上述目的，提供一种用于估算步行时候的生物数据的系统，该系统包括：身体负荷量获取装置；用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置；以及用于估算步行时候的生物数据的装置；其中：身体负荷量获取装置在步行之前获取生物数据与锻炼应力级别之间的关系；用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取步行时候的锻炼应力级别；并且用于估算步行时候的生物数据的装置根据由身体负荷量获取装置获取的关系，估算由用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取的锻炼应力级别所对应的步行时候的生物数据。因此，对于每次步行活动，不是直接从身体接收信号，而是通过获取几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的锻炼应力级别来间接估算生物数据，从而可以提高再现性。
此外，身体负荷量获取装置包括：步行前锻炼应力级别估算装置和生物数据测量装置，其中：步行前锻炼应力级别估算装置在步行之前估算多个不同锻炼应力级别，并且生物数据测量装置测量由步行前锻炼应力级别估算装置估算的各个不同锻炼应力级别所对应的生物数据。这样，可以根据至少两点牢靠地确定步行之前生物数据与锻炼应力级别间的关系。
此外，步行前锻炼应力级别估算装置包括：体重输入装置、高度输入装置、上/下频率产生装置、以及用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，其中：体重输入装置输入体重，高度输入装置输入平台高度，上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，并且用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，计算上下平台时候的锻炼应力级别。从而，通过输入数据以及上下平台，可以容易地估算步行之前的锻炼应力级别。
此外，用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置包括：步行步数测量装置、步行时间测量装置、步行频率计算装置、身高输入装置、步行速度计算装置、体重输入装置以及用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置，其中：步行步数测量装置测量步行时候的步行步数，步行时间测量装置测量由步行步数测量装置测量步行步数期间的步行时间，步行频率计算装置根据由步行步数测量装置测量的步行步数和由步行时间测量装置测量的步行时间来计算步行频率，身高输入装置输入身高，步行速度计算装置根据由步行频率计算装置算出的步行频率和由身高输入装置输入的身高来计算步行速度，体重输入装置输入体重，并且用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置根据由步行速度计算装置算出的步行速度和由体重输入装置输入的体重，计算步行时候的锻炼应力级别。因此，仅通过输入和步行就可以牢靠地确定几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的步行时候的锻炼应力级别。
此外，系统还包括步行量计算装置，用于通过使用由用于估算步行时候的生物数据的装置估算的生物数据来计算步行量。从而，可以根据几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的估算生物数据来获得准确的步行量。
此外，步行量是从锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里和燃烧脂肪量中所选的至少一种。从而，可以根据几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的估算生物数据来获得准确锻炼强度、准确脂肪燃烧效率、准确脂肪消耗卡路里或准确燃烧脂肪量。
此外，生物数据是脉搏速率。从而，由于脉搏速率与锻炼应力级别高度相关并且相对于锻炼应力显现显著变化，因此尤其可以进行准确和容易的估算。
为了实现上述目的，本发明还提供一种用于估算步行时候的生物数据的系统，所述系统包括：体重输入装置，高度输入装置，上/下频率产生装置，用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，脉搏测量装置，用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置，以及用于估算步行时候的生物数据的装置，其中：体重输入装置输入体重，高度输入装置输入平台高度，上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，在步行前为多个不同的级别计算上下平台时候的锻炼应力级别，脉搏测量装置对应于用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的每一个锻炼应力级别测量脉搏速率，用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取步行时候的锻炼应力级别，并且用于估算步行时候的生物数据的装置根据由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的锻炼应力级别，由脉搏测量装置测量的脉搏速率，以及由用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取的锻炼应力级别估算步行时候的脉搏速率。
此外，为了实现上述目的，本发明的步行频率产生器，包括：身体负荷量获取装置、假定生物数据获取装置、假定锻炼应力级别估算装置、体重输入装置、步行速度计算装置、身高输入装置以及步行频率计算装置，其中：身体负荷量获取装置在步行之前获取生物数据与锻炼应力级别之间的关系，假定生物数据获取装置在步行之前获取表示假定期望在步行的时候获得的生物数据的假定生物数据，假定锻炼应力级别估算装置根据由身体负荷量获取装置获取的关系估算由假定生物数据获取装置获取的假定生物数据所对应的表示假定在步行的时候获得的锻炼应力级别的假定锻炼应力级别，体重输入装置输入体重，步行速度计算装置根据由体重输入装置输入的体重和由假定锻炼应力级别估算装置估算的假定锻炼应力级别来计算步行速度，身高输入装置输入身高，并且步行频率计算装置根据由身高输入装置输入的身高和由步行速度计算装置算出的步行速度来计算步行频率。因此，通过增大或减小由假定生物数据获取装置获取的假定生物数据，可以获得在步行的时候获得期望生物数据的步行频率。
此外，身体负荷量获取装置包括：步行前锻炼应力级别估算装置和生物数据测量装置，其中：步行前锻炼应力级别估算装置在步行之前估算多个不同锻炼应力级别，并且生物数据测量装置测量由步行前锻炼应力级别估算装置估算的各个不同锻炼应力级别所对应的生物数据。这样，可以根据至少两点牢靠地确定步行之前生物数据与锻炼应力级别间的关系。
此外，步行前锻炼应力级别估算装置包括：体重输入装置、高度输入装置、上/下频率产生装置、以及用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，其中：高度输入装置输入平台高度，上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，并且用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，计算上下平台时候的锻炼应力级别。从而，通过输入数据以及上下平台，可以容易地估算步行之前的锻炼应力级别。
此外，生物数据是脉搏速率。这样，由于脉搏速率与锻炼应力级别高度相关并且相对于锻炼应力显现显著变化，因此尤其可以进行准确和容易的估算。
此外，假定生物数据获取装置包括：锻炼强度输入装置、年龄输入装置、休息脉搏速率获取装置以及假定生物数据计算装置，其中：锻炼强度输入装置输入步行时候的期望锻炼强度，年龄输入装置输入年龄，休息脉搏速率获取装置获取休息脉搏速率，并且假定生物数据计算装置根据由锻炼强度输入装置输入的锻炼强度、由年龄输入装置输入的年龄以及由休息脉搏速率获取装置获取的休息脉搏速率，计算假定期望在步行的时候获得的脉搏速率。因此，通过增大或减小由锻炼强度输入装置输入的锻炼强度，可以牢靠地获得步行时候的期望脉搏速率。
此外，休息脉搏速率获取装置根据由身体负荷量获取装置获取的关系，获取对应于锻炼应力级别0的脉搏速率作为休息脉搏速率。因此，根据已经获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系，可以容易地获得休息脉搏速率。
此外，为了实现上述目的，本发明的步行频率产生器，包括：体重输入装置，身高输入装置，上/下频率产生装置，用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，脉搏测量装置，假定生物数据获取装置，假定锻炼应力级别估算装置，步行速度计算装置，身高输入装置，以及步行频率计算装置，其中：体重输入装置输入体重，高度输入装置输入平台高度，上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，在步行前为多个不同的级别计算上下平台时候的锻炼应力级别，脉搏测量装置对应于用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的每一个锻炼应力级别测量脉搏速率，假定生物数据获取装置在步行之前获取表示假定期望在步行的时候获得的脉搏速率的假定脉搏速率，假定锻炼应力级别估算装置根据由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的锻炼应力级别，由脉搏测量装置测量的脉搏速率，以及由假定生物数据获取装置获取的假定脉搏速率估算假定锻炼应力级别，步行速度计算装置根据由体重输入装置输入的体重和由假定锻炼应力级别估算装置估算的假定锻炼应力级别来计算步行速度，身高输入装置输入身高，并且步行频率计算装置根据由身高输入装置输入的身高和由步行速度计算装置算出的步行速度来计算步行频率。
附图说明
图1是示出本发明的用于估算步行时候的生物数据的系统的功能构造的功能方框图；
图2是示出本发明的用于估算步行时候的生物数据的系统或步行频率产生器的结构构造的结构方框图；
图3是本发明的用于估算步行时候的生物数据的系统或步行频率产生器的外观的斜透视图；
图4是示出脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系的图；
图5是示出步行时候的生物数据估算(正常)模式下的过程步骤的流程图；
图6是示出体力估算模式下的过程步骤的流程图；
图7是根据年龄和性别分类的体力评估表；
图8是示出本发明的步行频率产生器的功能构造的功能方框图；
图9是示出步行(正常)模式下的过程步骤的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。
<第一实施例>
首先，将参照图1、2和3描述本发明的用于估算步行时候的生物数据的系统构造，其中，图1是示出本发明系统的功能构造的功能方框图，图2是示出该系统的结构构造的结构方框图，而图3是该系统外观的斜透视图。用于估算步行时候的生物数据的系统包括电源单元1、输入单元2、脉搏检测单元3、步行步数检测单元4、计时单元5、存储单元6、频率输出单元7、显示单元8以及CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)9。这些结构单元实现身体负荷量获取装置21、用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置22、用于估算步行时候的生物数据的装置23以及步行量计算装置24的功能。
下面将对组成产生器的各单元进行详细描述。
电源单元1供电给组成系统的其他单元。输入单元2具有位于机壳10的外表正面的5键开关，即模式切换键、显示切换键、上键、下键和设置键，并且通过操作这些键来产生不同的行为。模式切换键2a在步行时候的生物数据估算(正常)模式与体力估算模式之间切换。显示切换键2b逐一切换显示图像。上键2c增大从性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、目标步行步数等中所选的项目的数值。下键2d减小从性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、目标步行步数等中所选的项目的数值。设置键2e执行用于设置性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、目标步行步数等的切换操作，并且设置通过上键2c或下键2d所选的数值。
脉搏检测单元3包括公知的可连至耳垂的传感器12，它通过导线11连接到机壳10，并且检测上下平台时候所要测量的个人脉搏数据。步行步数检测单元4包括公知的钟摆式传感器，并且检测步行时候所要测量的个人步行步数数据。
计时单元5对上下平台或步行期间的时间周期、时间和其他时间相关数据进行计时。存储单元6存储从输入单元2输入的各种数据、在CPU 9中算出的各种数据以及各种其他数据。
频率输出单元7包括蜂鸣器7b和LED(Light Emitting Diode，发光二极管)7a，并且输出声音或光作为对于上下平台所预定的固定上/下频率(ascending/descending pitch)。显示单元8包括LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)，位于机壳10的外表面，并且显示从输入单元2输入的各种数据、在CPU 9中算出的各种数据、图形以及各种其他数据。
CPU 9根据来自输入单元2、脉搏检测单元3、步行步数检测单元4、计时单元5和存储单元6的各种输入数据，计算脉搏速率、步行步数、上下平台时候的锻炼应力级别(exercise stress level)、步行频率、步行速度、步行时候的锻炼应力级别、步行时候的脉搏速率、锻炼强度、脂肪消耗卡路里、燃烧脂肪量以及各种其他输出(中间和最终)数据，并且控制这些单元的操作。
下面将对功能构成装置进行详细描述。
身体负荷量获取装置21包括步行前锻炼应力级别估算装置25和脉搏测量装置26，并且在步行之前获取脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系。
步行前锻炼应力级别估算装置25包括体重输入装置27、高度输入装置28、上/下频率产生装置29和用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置30，并且在步行之前估算多个不同锻炼应力级别。更具体地说，组成步行前锻炼应力级别估算装置25的这些装置由组成产生器的前述单元中的输入单元2、频率输出单元7、计时单元5、存储单元6和CPU 9构成。体重输入装置27包括输入单元2，并且输入体重。高度输入装置28包括输入单元2，并且输入平台高度。上/下频率产生装置29包括存储单元6、计时单元5、CPU 9以及频率输出单元7。存储单元6预先存储固定上/下频率数据，计时单元5进行计时，CPU 9控制频率输出单元7以根据预先存储在存储单元6中的固定上/下频率数据和在计时单元5中计时的时间，产生固定上/下频率，并且频率输出单元7在CPU 9的控制下产生上下平台的固定上/下频率。用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置30包括CPU 9。CPU 9将从输入单元2输入的体重和平台高度以及存储在存储单元6中的固定上/下频率数据代入下面表达式(1)，从而计算步行之前(上下平台时候)的锻炼应力级别：
Ws＝a1×Wt×Hs×Ps+a2    ...(1)
其中，Ws表示步行之前(上下平台时候)的锻炼应力级别，Wt表示体重，Hs表示平台高度，Ps表示上/下频率，并且a1和a2表示系数。
表达式(1)基于包括将上下平台时候的势能(质量×重力加速度×高度)乘以上/下频率Ps从而确定上下平台的功率(步行前锻炼应力级别Ws)的方法，并且使用体重Wt作为势能(质量×重力加速度×高度)的质量，使用平台高度Hs作为势能的高度，并且使用系数a1和a2作为重力加速度与根据若干因素而改变的校正系数的组合。
脉搏测量装置26测量由步行前锻炼应力级别估算装置25估算的各个不同锻炼应力级别所对应的脉搏速率。更具体地说，脉搏测量装置26包括组成产生器的前述单元中的脉搏检测单元3和CPU 9。脉搏检测单元3检测并数字化脉搏数据。CPU 9根据由脉搏检测单元3数字化的脉搏数据，计算脉搏速率。
用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置22包括步行步数测量装置31、步行时间测量装置32、步行频率计算装置33、身高输入装置34、步行速度计算装置35、体重输入装置27以及用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置36，并且获取步行时候的锻炼应力级别。
步行步数测量装置31测量步行时候的步行步数。更具体地说，步行步数测量装置31包括组成系统的前述单元中的步行步数检测单元4和CPU 9。步行步数检测单元4检测和数字化步行时候的步行步数数据，并且CPU 9根据在步行步数检测单元4中数字化的步行步数数据，计算步行步数。
步行时间测量装置32测量由步行步数测量装置31测量步行步数期间的步行时间。更具体地说，步行时间测量装置32包括组成系统的前述单元中的计时单元5，并且测量在步行步数检测单元4中检测步行步数数据期间的时间。
步行频率计算装置33根据在步行步数测量装置31中测量的步行步数和在步行时间测量装置32中测量的时间来计算步行频率。更具体地说，步行频率计算装置33包括组成系统的前述单元中的CPU 9，并且通过将在CPU 9中算出的步行时候的步行步数和在计时单元5中测量的步行时间代入下面表达式(2)来计算步行频率：
Pw＝C/T    ...(2)
其中，Pw表示步行频率，C表示步行步数，并且T表示时间。
身高输入装置34包括组成系统的前述单元中的输入单元2，并且输入身高。
步行速度计算装置35根据由步行频率计算装置33算出的步行频率和由身高输入装置34输入的身高来计算步行速度。更具体地说，步行速度计算装置35包括组成系统的前述单元中的CPU 9，并且通过将在CPU 9中算出的步行频率和从输入单元2输入的身高代入下面表达式(3)来计算步行速度：
Sw＝b1×H×Pw2+b2     ...(3)
其中，Sw表示步行速度，H表示身高，Pw表示步行频率，并且b1和b2表示系数(根据若干因素而改变的校正系数)。
体重输入装置27与对步行前锻炼应力级别估算装置25所述相同。
用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置36根据由步行速度计算装置35算出的步行速度和由体重输入装置27输入的体重，计算步行时候的锻炼应力级别。更具体地说，用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置36包括组成系统的前述单元中的CPU 9，并且通过将在CPU 9中算出的步行速度和从输入单元2输入的体重代入下面表达式(4)来计算步行时候的锻炼应力级别：
Ww＝c1×Wt×Sw2+c2    ...(4)
其中，Ww表示步行时候的锻炼应力级别，Wt表示体重，Sw表示步行速度，并且c1和c2表示系数(根据若干因素而改变的校正系数)。
表达式(4)基于确定动能(质量×速度2)的方法，并且使用体重Wt作为动能(质量×速度2)的质量，步行速度Sw作为动能(质量×速度2)的速度，并且考虑根据若干因素而改变的校正系数c1和c2。
用于估算步行时候的生物数据的装置23根据由身体负荷量获取装置21获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系，估算由用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置22获取的步行时候的锻炼应力级别所对应的步行时候的脉搏速率。更具体地说，用于估算步行时候的生物数据的装置23包括组成系统的前述单元中的CPU 9，并且根据在CPU 9中算出的步行时候的锻炼应力级别和步行前锻炼应力级别以及由脉搏测量装置26算出的脉搏速率，估算步行时候的脉搏速率。例如，如图4所示，其中，图4示出脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系，当由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置30算出的步行前锻炼应力级别为W1和W2，与步行前锻炼应力级别相对应的由脉搏测量装置26测量的脉搏速率为HR1和HR2，并且由用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置36算出的步行时候的锻炼应力级别为Ww时，步行时候的脉搏速率通过将这些数据代入下面表述式(5)来计算：
HRw＝(HR2-HR1)×Ww/(W2-W1)+HR1    ...(5)
其中，HRw表示步行时候的脉搏速率，Ww表示步行时候的锻炼应力级别，W1表示步行之前的第一锻炼应力级别，W2表示步行之前的第二锻炼应力级别，HR1表示对应于W1的脉搏速率，并且HR2表示对应于W2的脉搏速率。
步行量计算装置24通过使用由用于估算步行时候的生物数据的装置23估算的步行时候的脉搏速率，计算锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里和燃烧脂肪量。更具体地说，步行量计算装置24包括组成系统的前述单元中的CPU 9、输入单元2和计时单元5。CPU 9根据已经获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系，估算休息脉搏速率RHR(在图4中为步行前脉搏速率HR1，对应于锻炼应力级别为0w的步行之前的第一锻炼应力级别W1)，然后，将休息脉搏速率RHR(HR1)、已经算出的步行时候的脉搏速率以及从输入单元2输入的年龄代入下面表达式(6)，从而计算步行时候的锻炼强度：
Ms＝(HRw-RHR)/(220-A-RHR)×100    ...(6)
其中，Ms表示锻炼强度，HRw表示步行时候的脉搏速率，RHR表示休息脉搏速率，并且A表示年龄。
此外，CPU 9还通过将算出的锻炼强度、由计时单元5测量的步行时间以及从输入单元2输入的性别、体重和身高代入下面表达式(7)来计算脂肪燃烧效率：
Fbe＝-0.41771×Ms-0.37521×RHR+0.585518×T
     -9.34669×Se+1.896506×BMI+20.83170    ...(7)
其中，Fbe表示脂肪燃烧效率，Ms表示锻炼强度，RHR表示休息脉搏速率，T表示时间、Se表示性别，并且BMI表示体型(body-mass)指数(＝体重×身高2)。
此外，CPU 9还通过将算出的脂肪燃烧效率、步行时候的锻炼应力级别和基础代谢级别代入下面表达式(8)，计算脂肪消耗卡路里。基础代谢级别根据从输入单元2输入的性别、年龄和体重以及存储在存储单元6中的公知基础代谢基准值来计算：
Fk＝0.014×Ww×Bm×Fbe/100    ...(8)
其中，Fk表示脂肪消耗卡路里，Ww表示步行时候的锻炼应力级别，Bm表示基础代谢级别，并且Fbe表示脂肪燃烧效率。
表达式(8)中的计算部分0.014×Ww表示步行所耗卡路里。
此外，CPU 9还通过将算出的脂肪消耗卡路里代入考虑每克脂肪含有9千卡热量以及纯脂肪在脂肪组织中的比例为80％的下面表达式(9)，计算燃烧脂肪量：
Fbm＝Fk/9×0.8    ...(9)
其中，Fbm表示燃烧脂肪量，并且Fk表示脂肪消耗卡路里。
下一步，将参照图5和6描述本发明的用于估算步行时候的生物数据的操作和行为，其中，图5是示出本发明系统的用于估算步行时候的生物数据的(正常)模式下的过程步骤的流程图，并且图6是示出体力估算模式下的的过程步骤的流程图。在本发明的上述构造中，本发明的系统不仅能够估算步行(锻炼)时候的脉搏速率并通过使用估算脉搏速率来确定步行量，还能够估算体力(耐力)。下面将描述这些特性。
首先，将参照图5描述步行时候的生物数据估算(正常)模式下的过程步骤。
首先，通过安装电池作为电源单元1中的电源，供电给各单元(步骤S1)。
随后，将显示用于初始化性别、年龄、体重、身高、日期和时间的显示图像。此时，通过上键2c或下键2d切换和选择数值或字符并且通过设置键2e设置所选数值或字符来以既定次序设置性别、年龄、体重、身高、日期和时间(步骤S2)。
然后，在步骤S2完成初始化之后，计时单元5开始计时，并且步行步数检测单元4开始检测步行步数数据。然后，在CPU 9中，根据在步骤S2初始化的各种数据执行下面各种过程，并且将在显示单元8(LCD8a)上显示当前日期和时间(步骤S3)。
作为要在CPU 9中执行的各种计算，首先，根据由步行步数检测单元4检测的步行步数数据计算步行步数，并且将算出的步行步数和由计时单元5计时的时间代入表达式(2)，从而计算步行频率。然后，将算出的步行频率和从输入单元2输入的身高代入表达式(3)，从而计算步行速度。然后，将算出的步行速度和由计时单元5计时的时间代入下面表达式(10)，从而计算步行距离：
D＝Sw×T    ...(10)
其中，D表示步行距离，Sw表示步行速度，并且T表示时间。
然后，将算出的步行速度和从输入单元2输入的体重代入表达式(4)，从而计算步行时候的锻炼应力级别。然后，将从输入单元2输入的年龄代入下面表达式(11)，从而计算75％HRmax(对应于75％最大脉搏速率的脉搏速率)：
E＝(220-A)×0.75    ...(11)
其中，E表示75％HRmax，并且A表示年龄。
然后，如果不执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则将在CPU 9中算出的步行时候的锻炼应力级别和75％HRmax、存储在存储单元6中的休息脉搏速率和PWC75％HRmax(与75％最大脉搏速率相对应的脉搏速率下的锻炼应力级别)代入下面表达式(12)，从而计算步行时候的脉搏速率：
HRw＝(E-RHR)×Ww/PWC+RHR    ...(12)
其中，HRw表示步行时候的脉搏速率(体力测量之前)，E表示75％HRmax，Ww表示步行时候的锻炼应力级别，PWC表示PWC75％HRmax(指定值)，并且RHR表示休息脉搏速率(指定值)。
同时，如果执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则将在CPU 9中算出的步行时候的锻炼应力级别和两个不同步行前锻炼应力级别(第一锻炼应力级别和第二锻炼应力级别)以及对应于这些锻炼应力级别的两个步行前脉搏速率(对应于第一锻炼应力级别的步行前脉搏速率和对应于第二锻炼应力级别的步行前脉搏速率)代入表达式(5)，从而计算步行时候的脉搏速率。
然后，如果不执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则将在CPU 9中算出的步行时候的脉搏速率、从输入单元2输入的年龄和存储在存储单元6中的休息脉搏速率(指定值)代入表达式(6)，从而计算锻炼强度。同时，如果执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则将算出的步行时候的脉搏速率、从输入单元2输入的年龄和基于步行之前的脉搏速率与锻炼应力级别间的关系的休息脉搏速率代入表达式(6)，从而计算锻炼强度。
然后，将算出的锻炼强度、由计时单元5测量的时间以及从输入单元2输入的性别、体重和身高代入表达式(7)，从而计算脂肪燃烧效率。然后，将算出的脂肪燃烧效率、步行时候的锻炼应力级别和基础代谢级别代入表达式(8)，从而计算脂肪消耗卡路里。此外，当计算脂肪消耗卡路里时，还计算步行单独所消耗的卡路里。然后，将算出的脂肪消耗卡路里代入表达式(9)，从而计算燃烧脂肪量。
然后，如果在日期和时间显示在显示单元8上的情况下按设置键2e(步骤S4为设置键)，则重复步骤S2。同时，如果在日期和时间显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤S4为显示切换键)，则将开始检测步行步数之后的步行步数显示在显示单元8上(步骤S5)。日期和时间保持显示在显示单元8上直到按显示切换键2b或设置键2e为止。
然后，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤S6为上键或下键)，则显示过去的步行步数(步骤S7)。更具体地说，每次按下下键2d时，显示前一天的步行步数，在回退到一星期以前之后，显示最后一个星期的总数，然后重新显示步骤S5的当前(今天)步行步数。至于上键2c，反向操作下键2d的显示切换序列。
此外，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按设置键2e(步骤S6为设置键)，则将显示屏幕图像切换到用于设置目标步行步数的屏幕图像或者用于与设定目标步行步数相比较的屏幕图像(步骤S8)。更具体地说，如果过去尚未设置每天的目标步行步数，则将显示用于设置目标步行步数的屏幕图像。在通过上键2c或下键2d逐一切换数值并选择其中一个数值并且通过设置键2e设置所选数值来设置每天的目标步行步数之后，重新执行显示当前(今天)步行步数的步骤S5。同时，如果过去已经设置每天的目标步行步数，则显示当前(今天)步行步数比每天的目标步行步数的完成率或者示出完成率的图形作为用于与每天的目标步行步数相比较的屏幕图像。在按设置键2e的情况下，重新执行显示当前(今天)步行步数的步骤S5。
同时，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤S6为显示切换键)，则在显示单元8上显示步行所耗卡路里(步骤S9)。步行步数保持显示在显示单元8上，直到按上键2c、下键2d、设置键2e或显示切换键2b为止。
然后，如果在步行所耗卡路里显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤S10为上键或下键)，则显示过去记录的步行所耗卡路里(步骤S11)。更具体地说，每次按下键2d时，显示前一天的步行所耗卡路里，在回退到一星期以前之后，显示最后一个星期的总数，然后重新显示步骤S9的当前(今天)步行所耗卡路里。至于上键2c，反向操作下键2d的显示切换序列。
同时，如果在步行所耗卡路里显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤S10为显示切换键)，则将燃烧脂肪量显示在显示单元8上(步骤S12)。步行所耗卡路里保持显示在显示单元8上直到按上键2c、下键2d、设置键2e或显示切换键2b为止。
然后，如果在燃烧脂肪量显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤S13为上键或下键)，则显示过去记录的燃烧脂肪量(步骤S14)。更具体地说，每次按下键2d时，显示前一天的燃烧脂肪量，在回退到一星期以前之后，显示最后一个星期的总数，然后重新显示步骤S12的当前(今天)燃烧脂肪量。至于上键2c，反向操作下键2d的显示切换序列。
同时，如果在燃烧脂肪量显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤S13为显示切换键)，则将步行距离显示在显示单元8上(步骤S15)。燃烧脂肪量保持显示在显示单元8上，直到按上键2c、下键2d、或显示切换键2b为止。
然后，如果在步行距离显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤S16为上键或下键)，则显示过去记录的步行距离(步骤S17)。更具体地说，每次按下键2d时，显示前一天的步行距离，在回退到一星期以前之后，显示最后一个星期的总数，然后重新显示步骤S15的当前(今天)步行距离。至于上键2c，反向操作下键2d的显示切换序列。
同时，如果在步行距离显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤S16为显示切换键)，别重新执行显示当前日期和时间的步骤S3，并且还重新执行随后的步骤。步行距离保持显示在显示单元8上，直到按上键2c、下键2d、或显示切换键2b为止。
下一步，将参照图6对体力估算模式下的过程步骤进行详细描述。
当在步行时候的生物数据估算(正常)模式下步骤S3之后的任一前述步骤按模式切换键2a时，步行(正常)模式将切换到体力估算模式(步骤T1)。
随后，将脉搏速率显示在显示单元8上。然后，休息状态下的用户(表示锻炼应力级别0)将可连至耳垂的传感器12连至其耳垂。从而，在脉搏检测单元3中检测休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏数据，并且在CPU 9中计算休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率。该休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率对应于第一锻炼应力级别(锻炼应力级别＝0)的步行前脉搏速率。
然后，将用于设置平台高度的屏幕图像显示在显示单元8上。然后，通过上键2c或下键2d逐一切换数值并且选择其中一个数值并通过设置键2e设置所选数值来设置平台高度(步骤T3)。
然后，从频率输出单元7输出对于上下平台所预定的固定上/下频率(例如，100次/分钟)(步骤T4)。
随后，用户与从频率输出单元7输出的固定上/下频率保持同步，上下其高度通过输入单元2设置的平台。从而，在脉搏检测单元3中检测用户上下平台时候的脉搏数据，并且在CPU 9中计算上下平台时候的脉搏速率(步骤T5)。该上下平台时候的脉搏速率对应于第二锻炼应力级别的步行前脉搏速率。
然后，判定在CPU 9中算出的脉搏速率是否稳定在给定范围内(步骤T6)。如果脉搏速率不稳定(步骤T6为否)，则重新执行步骤T5。同时，如果脉搏速率稳定(步骤T6为是)，则将从输入单元2输入的体重和平台高度以及存储在存储单元6中的固定上/下频率数据代入表达式(1)，从而计算上下平台时候的锻炼应力级别(步骤T7)。
然后，将在步骤T2由CPU 9算出的休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率、在步骤T6由CPU判定为稳定的上下平台时候的脉搏速率以及在步骤T7算出的上下平台时候的锻炼应力级别代入预先存储在存储单元6中的下面表达式(13)，从而计算PWC75％HRmax(步骤T8)：
PWC＝Ws×(E-RHR)/HR-RHR    ...(13)
其中，PWC表示PWC75％HRmax，Ws表示上下平台时候的锻炼应力级别，E表示75％HRmax，HR表示上下平台时候的脉搏速率，并且RHR表示休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率。
然后，CPU 9参考根据性别和年龄分类且预先存储在存储单元6中的如图7所示的体力评估表，指定与从输入单元2输入的性别和年龄以及在CPU 9中算出的PWC75％HRmax相对应的评估意见(步骤T9)，然后返回到步骤T2以测量休息脉搏速率。重复这些步骤直到再次按模式切换键2a为止。
首先，如上所述，通过从体重输入装置27和高度输入装置28输入体重和平台高度并且使用户与从上/下频率产生装置29产生的固定上/下频率保持同步上下平台，本发明的用于估算步行时候的生物数据的系统可以容易地估算步行前锻炼应力级别。
另外，通过获得多个不同步行前锻炼应力级别并且由生物数据测量装置26测量对应于各锻炼应力级别的生物数据，本发明的步行频率产生器可以根据至少两点在步行之前牢靠地获得生物数据与锻炼应力级别之间的关系。
另外，根据从身高输入装置34输入的身高、由步行步数测量装置31测量的步行时候的步行步数以及由步行时间测量装置32测量的步行时候的时间，通过经过各计算步骤如步行频率计算装置33、步行速度计算装置35和用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置36，本发明的系统可以在步行的时候牢靠地获得几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的锻炼应力级别。
另外，步行时候的生物数据由用于估算步行时候的生物数据的装置23根据所获取的步行之前的生物数据与锻炼应力级别之间的关系以及所获取的步行时候的锻炼应力级别进行估算。因此，对于每次步行活动，生物数据都是间接估算的，从而可以提高再现性。
另外，由于表示锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里或燃烧脂肪量的步行量由步行量计算装置24根据几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的步行时候的生物数据来计算，因此可以获得准确值。
在上述实施例中，通过使用户上下平台来获得生物数据与锻炼应力级别之间的关系。该关系也可以通过使用户以固定步速保持步行或者跑一定距离来获得。
此外，虽然上面是以脉搏速率作为生物数据的例子，但是也可以使用通过步行活动而改变的任何其他生物数据如血压。
此外，除锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里和燃烧脂肪量之外，步行量计算装置24还可以获得至少包括步行时候的生物数据且通过步行而改变的值作为步行量。
在本发明描述中，步行是包括跑步在内的概念，并且脉搏是包括心跳在内的概念。
如上所述，根据本发明，由于通过将用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置在步行时候所获取且几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的锻炼应力级别与身体负荷量获取装置在步行之前所获取的生物数据与锻炼应力级别之间的关系相关来间接估算步行时候的生物数据，因此可以提高再现性，并且可以总是获得可靠结果。
此外，由于生物数据测量装置测量由步行前锻炼应力级别估算装置估算的多个不同锻炼应力级别所对应的生物数据，因此可以牢靠地获得步行之前生物数据与锻炼应力级别间的关系。
此外，在步行前锻炼应力级别估算装置中，通过分别从体重输入装置和高度输入装置输入体重和平台高度，并且使用户执行简单任务即与从上/下频率产生装置产生的固定上/下频率保持同步上下平台，可以容易地估算步行前锻炼应力级别。
此外，通过从身高输入装置输入身高，由步行步数测量装置测量步行步数，由步行时间测量装置测量步行时间，并且经过各计算步骤如步行频率计算装置、步行速度计算装置和用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置，用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置可以在步行的时候牢靠地获得几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动影响的锻炼应力级别。
此外，由于表示锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里或燃烧脂肪量的步行量由步行量计算装置根据几乎不受系统所连位置和方式以及人体运动的影响的步行时候的生物数据来计算，因此可以获得准确值。
此外，通过使用与锻炼应力级别高度相关并且相对于锻炼应力显现显著变化的脉搏速率作为生物数据，尤其可以进行准确和容易的估算。
<第二实施例>
下一步，将参照图8、2和3对本发明的步行频率产生器的构造进行描述，其中，图8是示出本发明的步行频率产生器的功能构造的功能方框图，图2是示出产生器的结构构造的结构方框图，而图3是产生器外观的斜透视图。步行频率产生器包括电源单元1、输入单元2、脉搏检测单元3、步行步数检测单元4、计时单元5、存储单元6、频率输出单元7、显示单元8以及CPU(中央处理单元)9。这些结构单元实现身体负荷量获取装置41、假定生物数据获取装置42、假定锻炼应力级别估算装置43、步行速度计算装置44、身高输入装置45以及步行频率计算装置46的功能。
下面将对组成产生器的各单元进行详细描述。
电源单元1供电给组成系统的其他单元。输入单元2具有位于机壳10的外表正面的5键开关，即模式切换键、显示切换键、上键、下键和设置键，并且通过操作这些键来产生不同的行为。模式切换键2a在步行(正常)模式与体力估算模式之间切换。显示切换键2b逐一切换显示图像。上键2c增大从性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、锻炼强度、目标步行步数等中所选的项目的数值。下键2d减小从性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、锻炼强度、目标步行步数等中所选的项目的数值。设置键2e执行用于设置性别、年龄、体重、身高、日期、时间、平台高度、锻炼强度、目标步行步数等的切换操作，并且设置通过上键2c或下键2d所选的数值。
脉搏检测单元3包括公知的可连至耳垂的传感器12，它通过导线11连接到机壳10，并且检测上下平台时候的用户脉搏数据。步行步数检测单元4包括公知的钟摆式传感器，并且检测步行时候的用户步行步数数据。
计时单元5对上下平台或步行期间的时间周期、时间和其他时间相关数据进行计时。存储单元6存储从输入单元2输入的各种数据、在CPU 9中算出的各种数据以及各种其他数据。
频率输出单元7包括蜂鸣器7b和LED(发光二极管)7a，并且输出声音或光作为对于上下平台所预定的固定上/下频率或者用于步行的步行频率。显示单元8包括LCD(液晶显示器)8a，位于机壳10的外表面，并且显示从输入单元2输入的各种数据、在CPU 9中算出的各种数据、图形以及各种其他数据。
CPU 9根据来自输入单元2、脉搏检测单元3、步行步数检测单元4、计时单元5和存储单元6的各种输入数据，计算脉搏速率、步行步数、上下平台时候的锻炼应力级别、假定脉搏速率(假定生物数据)、假定锻炼应力级别、步行速度、步行频率以及各种其他输出(中间和最终)数据，并且控制这些单元的操作。
下面将对功能构成装置进行详细描述。
身体负荷量获取装置41包括步行前锻炼应力级别估算装置47和脉搏测量装置48，并且在步行之前获取脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系。
步行前锻炼应力级别估算装置47包括体重输入装置49、高度输入装置50、上/下频率产生装置51和用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置52，并且在步行之前估算多个不同锻炼应力级别。更具体地说，组成步行前锻炼应力级别估算装置47的这些装置由组成产生器的前述单元中的输入单元2、频率输出单元7、计时单元5、存储单元6和CPU 9构成。体重输入装置49包括输入单元2，并且输入体重。高度输入装置50包括输入单元2，并且输入平台高度。上/下频率产生装置51包括存储单元6、计时单元5、CPU 9以及频率输出单元7。存储单元6预先存储固定上/下频率数据，计时单元5进行计时，CPU 9控制频率输出单元7以根据预先存储在存储单元6中的固定上/下频率数据和在计时单元5中计时的时间，产生固定上/下频率，并且频率输出单元7在CPU 9的控制下产生上下平台的固定上/下频率。用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置52包括CPU 9。CPU 9将从输入单元2输入的体重和平台高度以及存储在存储单元6中的固定上/下频率数据代入下面表达式(1)，从而计算步行之前(上下平台时候)的锻炼应力级别：
Ws＝a1×Wt×Hs×Ps+a2    ...(1)
其中，Ws表示步行之前(上下平台时候)的锻炼应力级别，Wt表示体重，Hs表示平台高度，Ps表示上/下频率，并且a1和a2表示系数。
表达式(1)基于包括将上下平台时候的势能(质量×重力加速度×高度)乘以上/下频率Ps从而确定上下平台的功率(步行前锻炼应力级别Ws)的方法，并且使用体重Wt作为势能(质量×重力加速度×高度)的质量，使用平台高度Hs作为势能的高度，并且使用系数a1和a2作为重力加速度与根据若干因素而改变的校正系数的组合。
脉搏测量装置48测量由步行前锻炼应力级别估算装置47估算的各个不同锻炼应力级别所对应的脉搏速率。更具体地说，脉搏测量装置48包括组成产生器的前述单元中的脉搏检测单元3和CPU 9。脉搏检测单元3检测并数字化脉搏数据。CPU 9根据由脉搏检测单元3数字化的脉搏数据，计算脉搏速率。
假定生物数据获取装置42包括锻炼强度输入装置53、年龄输入装置54、休息脉搏速率获取装置55以及假定生物数据计算装置56，并且获取假定期望在步行的时候获得的脉搏速率(以下称作“假定脉搏速率”)。
锻炼强度输入装置53包括组成产生器的前述单元中的输入单元2，并且输入锻炼强度。年龄输入装置54包括组成产生器的前述单元中的输入单元2，并且输入年龄。
休息脉搏速率获取装置55包括组成产生器的前述单元中的CPU 9，并且根据由身体负荷量获取装置41获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系(也就是，步行之前(上下平台时候)的多个不同锻炼应力级别和均由CPU算出的这些锻炼应力级别所对应的脉搏速率)来估算休息脉搏速率(对应于锻炼应力级别0w的脉搏速率)。
假定生物数据计算装置56根据由锻炼强度输入装置53输入的锻炼强度、由年龄输入装置54输入的年龄以及由休息脉搏速率获取装置55估算的休息脉搏速率，计算假定脉搏速率。更具体地说，假定生物数据计算装置56包括组成产生器的前述单元中的CPU 9，并且通过将由CPU 9算出的休息脉搏速率和从输入单元2输入的锻炼强度和年龄代入下面表达式(2)来计算假定脉搏速率：
HRh＝Ms/100×(220-A-RHR)+RHR    ...(2)
其中，HRH表示假定脉搏速率，Ms表示锻炼强度，A表示年龄，并且RHR表示休息脉搏速率。
假定锻炼应力级别估算装置43根据由身体负荷量获取装置41获取的关系，估算由假定生物数据计算装置56获取的假定脉搏速率所对应的假定在步行的时候获得的锻炼应力级别(以下称作“假定锻炼应力级别”)。更具体地说，假定锻炼应力级别估算装置43包括组成产生器的前述单元中的CPU 9，并且根据在CPU 9中算出的步行之前(上下平台时候)的不同锻炼应力级别、对应于不同锻炼应力级别的脉搏速率以及假定脉搏速率来估算假定锻炼应力级别。例如，如图4所示，其中，图4示出脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系，当由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置52算出的不同步行前锻炼应力级别为W1和W2，与步行前锻炼应力级别W1和W2相对应的由脉搏测量装置48测量的脉搏速率为HR1和HR2，并且由假定生物数据获取装置42获取的假定脉搏速率为HRh时，假定锻炼应力级别通过将这些数据代入下面表达式(3)来计算和估算：
Wh＝(HRh-HR1)×(W2-W1)/(HR2-HR1)    ...(3)
其中，Wh表示假定锻炼应力级别，HRh表示假定脉搏速率，W1表示步行之前的第一锻炼应力级别，W2表示步行之前的第二锻炼应力级别，HR1表示对应于W1的脉搏速率，并且HR2表示对应于W2的脉搏速率。
步行速度计算装置44根据由体重输入装置49输入的体重和由假定锻炼应力级别估算装置43估算的假定锻炼应力级别来计算步行速度。更具体地说，步行速度计算装置44包括组成产生器的前述单元中的CPU 9，并且通过将在CPU 9中算出的假定锻炼应力级别和从输入单元2输入的体重代入下面表达式(4)来计算步行速度：
Sw＝b1×(Wh×Wt)1/2+b2    ...(4)
其中，Sw表示步行速度，Wh表示假定锻炼应力级别，Wt表示体重，并且b1和b2表示系数(根据若干因素而改变的校正系数)。
身高输入装置45包括组成产生器的前述单元中的输入单元2，并且输入身高。
步行频率计算装置46根据由身高输入装置45输入的身高和由步行速度计算装置44算出的步行速度计算步行频率。更具体地说，步行频率计算装置46包括组成产生器的前述单元中的CPU 9，并且通过将在CPU 9中算出的步行速度和从输入单元2输入的身高代入下面表达式(5)来计算步行频率：
Pw＝c1×(Sw×H)1/2+c2    ...(5)
其中，Pw表示步行频率，H表示身高，并且c1和c2表示系数(根据若干因素而改变的校正系数)。
下一步，将参照图9和6描述本发明的步行频率产生器的操作和行为，其中，图9是示出本发明的步行频率产生器的步行(正常)模式下的过程步骤的流程图，并且图6是示出体力估算模式下的的过程步骤的流程图。在本发明的上述构造中，步行频率产生器不仅能够产生步行时候的步行频率，还能够对步行步数计数和估算体力(耐力)。下面将描述这些特性。
首先，将参照图9详细描述步行(正常)模式下的过程步骤。
首先，通过安装电池作为电源单元1中的电源，供电给各单元(步骤P1)。
随后，将显示用于初始化性别、年龄、体重、身高、日期、时间和锻炼强度的显示图像。此时，通过上键2c或下键2d切换和选择数值或字符并且通过设置键2e设置所选数值或字符来以既定次序设置性别、年龄、体重、身高、日期、时间和锻炼强度(步骤P2)。
然后，在步骤P2完成初始化之后，计时单元5开始计时，并且步行步数检测单元4开始检测步行步数数据。然后，在CPU 9中，根据在步骤P2初始化的各种数据执行下面各种过程，并且将在显示单元8(LCD 8a)上显示当前日期和时间(步骤P3)。
作为要在CPU 9中执行的各种过程，首先，根据在步行步数检测单元4中检测的步行步数数据计算步行步数。然后，如果不执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则选择预先存储在存储单元6中的预定步行频率。同时，如果执行后面将要描述的体力估算模式下的步骤过程，则根据在身体负荷量获取装置41中获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系估算休息脉搏速率(对应于锻炼应力级别0w的脉搏速率)。然后，将估算休息脉搏速率以及从输入单元2输入的锻炼强度和年龄代入表达式(2)，从而计算假定脉搏速率。然后，将算出的假定脉搏速率、两个不同步行前锻炼应力级别(第一锻炼应力级别和第二锻炼应力级别)以及对应于这些锻炼应力级别的两个步行前脉搏速率(对应于第一锻炼应力级别的步行前脉搏速率和对应于第二锻炼应力级别的步行前脉搏速率)代入表达式(3)，从而计算假定锻炼应力级别。然后，将算出的假定锻炼应力级别和从输入单元2输入的体重代入表达式(4)，从而计算步行速度。然后，将算出的步行速度和从输入单元2输入的身高代入表达式(5)，从而计算步行频率。
随后，如果在日期和时间显示在显示单元8上的情况下按设置键2e(步骤P4为设置键)，则重复步骤P2。同时，如果在日期和时间显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤P4为上键或下键)，则以在步骤P2所选或算出的步行频率从蜂鸣器7b发声并从LED 7a发光(步骤P5)。用户可以通过与以步行频率发出的声音和/或光保持同步进行步行来获得期望的脉搏速率。同时，如果在日期和时间显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤P4为显示切换键)，则将开始检测步行步数之后的步行步数显示在显示单元8上(步骤P6)。日期和时间保持显示在显示单元8上直到按设置键2e、上键2c、下键2d或显示切换键2b为止。
然后，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按上键2c或下键2d(步骤P7为上键或下键)，则显示过去的步行步数(步骤P8)。更具体地说，每次按下下键2d时，显示前一天的步行步数，在回退到一星期以前之后，显示最后一个星期的总数，然后重新显示步骤P6的当前(今天)步行步数。至于上键2c，反向操作下键2d的显示切换序列。
此外，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按设置键2e(步骤P7为设置键)，则将显示屏幕图像切换到用于设置目标步行步数的屏幕图像或者用于与设定目标步行步数相比较的屏幕图像(步骤P9)。更具体地说，如果过去尚未设置每天的目标步行步数，则将显示用于设置目标步行步数的屏幕图像。在通过上键2c或下键2d逐一切换数值并选择其中一个数值并且通过设置键2e设置所选数值来设置每天的目标步行步数之后，重新执行显示当前(今天)步行步数的步骤P6。同时，如果过去已经设置每天的目标步行步数，则显示当前(今天)步行步数比每天的目标步行步数的完成率或者示出完成率的图形作为用于与每天的目标步行步数相比较的屏幕图像。在按设置键2e的情况下，重新执行显示当前(今天)步行步数的步骤P6。
同时，如果在步行步数显示在显示单元8上的情况下按显示切换键2b(步骤P7为显示切换键)，则重新执行显示当前日期和时间的步骤P3，并且还重新执行随后的步骤。步行步数保持显示在显示单元8上，直到按上键2c、下键2d、设置键2e或显示切换键2b为止。
下一步，将参照图6对体力估算模式下的过程步骤进行详细描述。
当在步行(正常)模式下步骤P3之后的任一前述步骤按模式切换键2a时，步行(正常)模式将切换到体力估算模式(步骤T1)。
随后，将脉搏速率显示在显示单元8上。然后，休息状态下的用户(表示锻炼应力级别0)将可连至耳垂的传感器12连至其耳垂。从而，在脉搏检测单元3中检测休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏数据，并且在CPU 9中计算休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率。该休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率对应于第一锻炼应力级别(锻炼应力级别＝0)的步行前脉搏速率。
然后，将用于设置平台高度的屏幕图像显示在显示单元8上。然后，通过上键2c或下键2d逐一切换数值并且选择其中一个数值并通过设置键2e设置所选数值来设置平台高度(步骤T3)。
然后，从频率输出单元7输出对于上下平台所预定的固定上/下频率(例如，100次/分钟)(步骤T4)。
随后，用户与从频率输出单元7输出的固定上/下频率保持同步，上下其高度通过输入单元2设置的平台。从而，在脉搏检测单元3中检测用户上下平台时候的脉搏数据，并且在CPU 9中计算上下平台时候的脉搏速率(步骤T5)。该上下平台时候的脉搏速率对应于第二锻炼应力级别的步行前脉搏速率。
然后，判定在CPU 9中算出的脉搏速率是否稳定在给定范围内(步骤T6)。如果脉搏速率不稳定(步骤T6为否)，则重新执行步骤T5。同时，如果脉搏速率稳定(步骤T6为是)，则将从输入单元2输入的体重和平台高度以及存储在存储单元6中的固定上/下频率数据代入表达式(1)，从而计算上下平台时候的锻炼应力级别(步骤T7)。
然后，将在步骤T2算出的休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率、在步骤T6判定为稳定的上下平台时候的脉搏速率以及在步骤T7算出的上下平台时候的锻炼应力级别代入下面表达式(6)，从而计算PWC75％HRmax(步骤T8)：
PWC＝Ws×(E-RHR)/HR-RHR    ...(6)
其中，PWC表示PWC75％HRmax，Ws表示步行之前(上下平台时候)的锻炼应力级别，E表示75％HRmax，HR表示上下平台时候的脉搏速率，并且RHR表示休息时候(即，当锻炼应力级别为0时)的脉搏速率。
然后，CPU 9参考根据性别和年龄分类且预先存储在存储单元6中的例如图7所示的体力评估表，指定与从输入单元2输入的性别和年龄以及在CPU 9中算出的PWC75％HRmax相对应的评估意见(步骤T9)，然后返回到步骤T2以测量休息脉搏速率。重复这些步骤直到再次按模式切换键2a为止。
首先，如上所述，通过从体重输入装置49和高度输入装置50输入体重和平台高度并且使用户与从上/下频率产生装置51产生的固定上/下频率保持同步上下平台，本发明的步行频率产生器可以容易地估算步行前锻炼应力级别。
另外，通过获得多个不同步行前锻炼应力级别并且由生物数据测量装置48测量对应于各锻炼应力级别的生物数据，本发明的步行频率产生器可以根据至少两点在步行之前牢靠地获得生物数据与锻炼应力级别之间的关系。
另外，根据由锻炼强度输入装置53输入的锻炼强度、从年龄输入装置54输入的年龄以及由休息脉搏速率获取装置55获取的休息脉搏速率，通过调整假定生物数据计算装置56计算假定脉搏速率中的锻炼强度，本发明的步行频率产生器可以牢靠地获得步行时候的期望脉搏速率。
另外，根据在假定生物数据计算装置56中算出的假定脉搏速率以及在身体负荷量获取装置41中获取的生物数据与锻炼应力级别之间的关系，通过经过各计算步骤如假定锻炼应力级别估算装置43、步行速度计算装置44和步行频率计算装置46，本发明的步行频率产生器可以获得提供步行时候的期望脉搏速率的步行频率。
在上述实施例中，通过使用户上下平台来获得生物数据与锻炼应力级别之间的关系。该关系也可以通过使用户以固定步速保持步行或者跑一定距离来获得。
此外，虽然上面是以脉搏速率作为生物数据的例子，但是也可以使用通过步行活动而改变的任何其他生物数据如血压。
如上所述，根据本发明，通过将在假定生物数据获取装置中调整锻炼强度从而使其为步行时候的期望脉搏速率而获得的假定脉搏速率与身体负荷量获取装置在步行之前所获得的生物数据与锻炼应力级别之间的关系相关来估算假定锻炼应力级别，并且可以通过考虑体重和身高以及假定锻炼应力级别来获得提供步行时候的期望脉搏速率的步行频率。这样，用户可以在适当的负荷下步行。
此外，由于生物数据测量装置测量由步行前锻炼应力级别估算装置估算的多个不同锻炼应力级别所对应的生物数据，因此可以牢靠地获得步行之前生物数据与锻炼应力级别间的关系。
此外，在步行前锻炼应力级别估算装置中，通过分别从体重输入装置和高度输入装置输入体重和平台高度，并且使用户执行简单任务即与从上/下频率产生装置产生的固定上/下频率保持同步上下平台，可以容易地估算步行前锻炼应力级别。
此外，通过使用与锻炼应力级别高度相关并且相对于锻炼应力显现显著变化的脉搏速率作为生物数据，尤其可以进行准确和容易的估算。
此外，在休息脉搏速率获取装置中，可以根据已经在身体负荷量获取装置中获取的脉搏速率与锻炼应力级别之间的关系来获得休息脉搏速率，从而允许便于其使用。

Claims (9)

1.一种用于估算步行时候的生物数据的系统，所述系统包括：
体重输入装置，
高度输入装置，
上/下频率产生装置，
用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，
脉搏测量装置，
用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置，以及
用于估算步行时候的生物数据的装置，
其中：
体重输入装置输入体重，
高度输入装置输入平台高度，
上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，
用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，在步行前为多个不同的级别计算上下平台时候的锻炼应力级别，
脉搏测量装置对应于用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的每一个锻炼应力级别测量脉搏速率，
用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取步行时候的锻炼应力级别，并且
用于估算步行时候的生物数据的装置根据由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的锻炼应力级别，由脉搏测量装置测量的脉搏速率，以及由用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置获取的锻炼应力级别估算步行时候的脉搏速率。
2.如权利要求1所述的系统，其中，用于获取步行时候的锻炼应力级别的装置包括：
步行步数测量装置，
步行时间测量装置，
步行频率计算装置，
身高输入装置，
步行速度计算装置，
所述体重输入装置，以及
用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置，
其中：
步行步数测量装置测量步行时候的步行步数，
步行时间测量装置测量由步行步数测量装置测量步行步数期间的步行时间，
步行频率计算装置根据由步行步数测量装置测量的步行步数和由步行时间测量装置测量的步行时间，计算步行频率，
身高输入装置输入身高，
步行速度计算装置根据由步行频率计算装置算出的步行频率和由身高输入装置输入的身高，计算步行速度，
体重输入装置输入体重，并且
用于计算步行时候的锻炼应力级别的装置根据由步行速度计算装置算出的步行速度和由体重输入装置输入的体重，计算步行时候的锻炼应力级别。
3.如权利要求1所述的系统，还包括步行量计算装置，用于通过使用由用于估算步行时候的生物数据的装置估算的脉搏速率来计算步行量。
4.如权利要求2所述的系统，还包括步行量计算装置，用于通过使用由用于估算步行时候的生物数据的装置估算的脉搏速率来计算步行量。
5.如权利要求3所述的系统，其中，步行量是从锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里和燃烧脂肪量中所选的至少一种。
6.如权利要求4所述的系统，其中，步行量是从锻炼强度、脂肪燃烧效率、脂肪消耗卡路里和燃烧脂肪量中所选的至少一种。
7.一种步行频率产生器，包括：
体重输入装置，
身高输入装置，
上/下频率产生装置，
用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置，
脉搏测量装置，
假定生物数据获取装置，
假定锻炼应力级别估算装置，
步行速度计算装置，
身高输入装置，以及
步行频率计算装置，
其中：
体重输入装置输入体重，
高度输入装置输入平台高度，
上/下频率产生装置产生用来上下平台的固定上/下频率，
用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置根据由体重输入装置输入的体重、由高度输入装置输入的平台高度以及由上/下频率产生装置产生的固定上/下频率，在步行前为多个不同的级别计算上下平台时候的锻炼应力级别，
脉搏测量装置对应于用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的每一个锻炼应力级别测量脉搏速率，
假定生物数据获取装置在步行之前获取表示假定期望在步行的时候获得的脉搏速率的假定脉搏速率，
假定锻炼应力级别估算装置根据由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的锻炼应力级别，由脉搏测量装置测量的脉搏速率，以及由假定生物数据获取装置获取的假定脉搏速率估算假定锻炼应力级别，
步行速度计算装置根据由体重输入装置输入的体重和由假定锻炼应力级别估算装置估算的假定锻炼应力级别来计算步行速度，
身高输入装置输入身高，并且
步行频率计算装置根据由身高输入装置输入的身高和由步行速度计算装置算出的步行速度来计算步行频率。
8.如权利要求7所述的步行频率产生器，其中，假定生物数据获取装置包括：
锻炼强度输入装置，
年龄输入装置，
休息脉搏速率获取装置，以及
假定生物数据计算装置，
其中：
锻炼强度输入装置输入步行时候的期望锻炼强度，
年龄输入装置输入年龄，
休息脉搏速率获取装置获取休息脉搏速率，并且
假定生物数据计算装置根据由锻炼强度输入装置输入的锻炼强度、由年龄输入装置输入的年龄以及由休息脉搏速率获取装置获取的休息脉搏速率，计算假定期望在步行的时候获得的脉搏速率。
9.如权利要求8所述的步行频率产生器，其中，休息脉搏速率获取装置根据由用于计算上下平台时候的锻炼应力级别的装置计算的锻炼应力级别以及由脉搏测量装置测量的脉搏速率之间的关系，获取对应于锻炼应力级别0的脉搏速率作为休息脉搏速率。
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