CN202069586U

CN202069586U - 一种对运动员心率动态监测的装置

Info

Publication number: CN202069586U
Application number: CN2010206534476U
Authority: CN
Inventors: 张爱平; 冯丽丽
Original assignee: 邵明省
Priority date: 2010-12-12
Filing date: 2010-12-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-12

Abstract

运动员心率动态监测装置包括心率传感器、心率信号处理芯片、显示装置、接口装置、反馈报警装置。心率传感器对心率信号进行采集，心率信号处理芯片对采集到的信号放大、滤波、数模转换，最后输出反映心跳频率的方波信号。显示装置对心脏信号进行数值显示，接口装置对心率的数据存储包括测量日期与时间，如果运动员的心率值没有在正常范围内，反馈报警装置则给运动员提升，以便保护运动员。本实用新型装置克服现有心率监测无法动态测量的缺点，同时采用USB接口电路，外扩了心率数据存储量，本装置使用非常简便。

Description

一种对运动员心率动态监测的装置

技术领域

本实用新型涉及一种动态心率监测装置，尤其是对运动员心率测量。

背景技术

目前运动员监测心率的主要手段是通过心电监护仪，适用于静息状态下，缺点是一旦运动员移动将对测量产生误差；而若采用腕式心率表，缺点是需运动员自身去观看，这样在特殊情况下会影响比赛成绩或者测量数据的统计。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服运动员心率装置无法动态监测的不足，提供一种新式监测装置，测试过程简单，精确测量出心跳次数，实现数据显示和上、下限报警功能，并能储存测量结果。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：这种心率动态监测装置，包括心率传感器、心率信号处理芯片、显示装置、接口装置、反馈报警装置。

所述的心率传感器对运动员心率搏动信号采集；

所述的心率信号处理芯片对采集后的心率信号处理，最终确定为方波信号；

所述的显示装置对D/A转换后的数据进行波形显示，确定心率信号；

所述的接口装置对显示的心率信号通过USB接口外扩TF卡使用；

所述的报警装置对心率信号不在正常范围内搏动的结果，提示运动员，同时通过并报警给运动员。

所述的心率信号检测处理装置包括心率传感器、信号处理芯片。所述的心率传感器采集人体手指心率信号，通过所述的信号处理芯片对信号放大、滤波、数模转换。

所述的显示装置为观测者实时显示运动员心率搏动情况。

所述的接口装置为通过储存卡存储数据测量日期与时间，以便日后统计。

所述的反馈报警装置为若运动员心率超除设定的范围，给运动员提示，以便保护运动员的生命。

所述的心率信号检测处理装置装置为环状，可佩带于运动手指、手腕、颈部、脚骨处，同时也可根据运动员的习惯佩带于身体其他部位。

附图说明

图1是本实用新型的外观示意图；

图2是心率波动检测电路图；

图3是心率信号放大、整形电路图；

图4是控制电路图；

图5是计数显示电路图；

图6是USB接口电路图；

图7是报警电路图。

具体实施方式为：

如图1所示为本实用新型的示意图，心率传感器对心率信号采集，心率信号处理芯片对微弱的心率信号进行滤波、放大、模数转换，显示装置对运动员搏动心率显示，若不在正常范围内则反馈报警给运动员，接口装置可对运动员的心率搏动信号大容量储存，以便日后数据统计处理。测量原理是脉搏信号主要由动脉血的充盈引起，而血液中还原血红蛋白和氧合血红蛋白含量变化将造成透光率的变化，当氧合血红蛋白和还原血红蛋白对光的吸收量相等时，透射光的强度将主要由动脉血管的收缩和舒张引起的，此时能够比较准确地反映出脉搏信号，通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。如图2所示为心率波动检测电路，心率传感器TCRT5000解决了在动态情况下检测心率的有效性和准确性，将TCRT5000置于检测部位两侧，当动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张，动脉血管的血液容积随之发生变化时，红外接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号，通过图2中的C1送给心率信号放大、整形电路。

如图3所示为心率信号放大、整形电路，心率信号处理芯片为LM741型号，图3中的R3接收图2中的C1传送信号，把心率传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波信号。

IC₂、IC₃、IC₄都为LM741型号，因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。图3中A₁、A₂的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。

A₁、A₂与周围元件组成二级放大电路，放大倍数A_uf为：

A_uf＝(R₄/R₃)×(R₈/R₆)＝66×66＝4000

由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经过V₃检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。R₉、V₄组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V₄就会按心跳的强度而改变亮度，因此V₄正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A₃的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A₃是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A₃的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A₃的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A₃输出一个反应心跳频率的方波信号。

如图4所示控制电路，当接通电源的时候，+12V电源电压通过R₁₅对电容C₄进行充电，芯片NE555的2脚的电压马上变成12V(“1”电平)，触发器FF被置“0”，即555的3脚输出“0”电平。V₆截止，V₆的C极为高电位，所以计数器MC14553不计数，此时V₅不亮。当按下S₁按钮时，2脚电压为0V，低于1/3电源电压。555内部CMP₂输出高电平(参见图6(a))，触发器FF被置“1”，即3脚输出“1”电平，V₆饱和导通，V₅发光，V₆集电极输出低电平，使计数器MC14553清零，开始计数。同时555内场效应管截止，12V电压通过R₁₇给C₆充电，C₆的电压逐渐增高。当C₆的电压充到2/3电源电压的时候，555内CMP₁输出高电平，触发器置“0”，3脚输出低电平，V₆集电极输出高电平，因此计数器MC14553的11脚变为高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容C₆通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的状态，定时结束。

脉宽TW可根据下式计算：T_w＝R₁₇C₆In{V_DD/(V_DD-0.67V_DD)}＝R₁₇C₆In3＝1.1R₁₇C₆

图5为计数显示电路，IC6为计数器MC14553型号；IC7为背光驱动芯片CD4543，夜间可显示背光效果。IC6的DS₁～DS₃输出为方波。当按下图4中的S₁时，V₅饱和导通，V₅的C极为低电平，MC14553的11脚变为低电平，计数器开始对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进行计数，最大计数为999，计数结果以BCD码的形式从Q₀～Q₃输出。11脚不管是高电平还是低电平，DS₁～DS₃始终是方波。当DS₃是低电平的时候，个位显示器被选中，Q₀～Q₃输出个位要显示的数值；当DS₂是低电平的时候，十位显示器被选中，Q₀～Q₃输出十位要显示的数值；当DS₁是低电平的时候，百位显示器被选中，Q₀～Q₃输出百位要显示的数值。IC7的引脚有四个输入端：A、B、C、D，与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：a～g，驱动共阴、共阳两种数码管，使用时，只要将PH引脚接高电平，即可驱动共阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。

图6为USB接口电路，图6中的R4、R5分别和图4中的6、7脚相连，IC8芯片为 TI公司的TUSB3210型号，这样就可以外接U盘或者TF卡。

图7为报警电路，图7中的V+若对运动员的心率数值没有在设定的范围内，则通过比较器驱动蜂鸣器发出声音，以更好的保护运动员。

本实用新型装置具有以下有益效果：检测部位可依运动员习惯任意放置，体积些，携带方便，操作简单；30秒快速检测；24小时动态监护模式，可存贮不少于72H心率值，可回放存贮的心电趋势图20个，可回放存贮的心电波形6分种随时测量；测量范围为20～200跳/分钟，测量误差小于0.01％；具有心电波形、心率值、监测结果、电池电量和背光显示功能；具有省电设置模式，60秒无操作自动关机，4节7号碱性电池可做500次测量；可根据监测数据自动评估。储存卡TF最大支持4GB，数据存储包括测量日期与时间；常规测量条数≥50000条；模式记录时间≥25天。输入阻抗≥5M欧姆，带宽1～25HZ，共模抑制比≥60db，AD转换精度12Bit，采样频率250HZ，显示方式320*240彩色，重量约125克。

Claims

1.一种对运动员心率动态监测的装置，其特征在于：包括心率传感器、心率信号处理芯片、显示装置、接口装置、反馈报警装置，所述的心率传感器包括红外接收探头单元，所述的心率信号处理芯片对采集后的心率信号处理，最终确定为方波信号；所述的显示装置对D/A转换后的数据进行波形显示，确定心率信号；所述的接口装置对显示的心率信号通过USB接口外扩TF卡使用；所述的报警装置对心率信号不在正常范围内搏动的结果，提示运动员，同时通过并报警给运动员。

2.根据权利要求1所述的对运动员心率动态监测的装置，其特征在于，所述的心率信号检测处理装置包括心率传感器、信号处理芯片，所述的心率传感器为采集人体手指心率信号，通过所述的信号处理芯片对信号放大、滤波、数模转换，所述的显示装置为观测者实时显示运动员心率搏动情况，所述的接口装置为通过储存卡存储数据测量日期与时间，以便日后统计，所述的反馈报警装置为若运动员心率超除设定的范围，给运动员提示，以便保护运动员的生命。

3.根据权利要求2所述的所述的心率信号检测处理装置，其特征在于，检测处理装置为环状，可佩带于运动手指、手腕、颈部、脚骨处，同时也可根据运动员的习惯佩带于身体其他部位。