CN202086487U - 人体运动量监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人体运动量监测技术，提供一种人体运动量监控系统，该系统由便携式测量装置和计算机数据处理装置组成;所述便携式测量装置由传感器信号采集处理控制器分别与加速度传感器、温度传感器、脉搏传感器、无线信号发送模块相连而成；所述通过无线连接的计算机数据处理装置由计算机和与计算机相连的无线信号接收模块组成；所述便携式运动测量装置和计算机数据处理装置通过无线相互连接。本实用新型系统可以实现实时监测人体运动状态、能量消耗以及脉搏、温度的目的。

Description

人体运动量监控系统

技术领域

本实用新型涉及人体运动量监测技术，特别涉及一种人体运动量监控系统。

背景技术

近年来，尽管居民的营养水平和形态发育不断提高，但是，人体的部分体能素质指标中的肺活量水平、体能素质持续下降，体能素质中的速度素质和力量素质连续10年下降，而耐力素质则连续20年下降；超重和肥胖人体的比例迅速增加，城市男生已达到24%，人体体质健康成为全社会关注的焦点。调查研究显示，忽视体育锻炼、缺乏营养知识，是导致人体体质下降的主因。大量研究结果表明，科学合理的体育锻炼对人体体质健康将产生积极的影响。

综上所述，要实现运动的科学性必须对人体运动情况进行实时的监控，在此基础上，进行分析和评价。而实现实时监控的关键在于开发高精度、便携和低廉的运动量监控设备。目前，关于运动量监控设备大多是国外产品，其评价参数是根据欧洲人身体条件制定，不适用于我们中国大人体的体质情况。

因此，研发高精度、便携和低廉的人体运动量监控设备，通过对人体每天参加一小时运动时间的监控及对人体的体质状况进行长期有效的跟踪记录，将对人体体育的开展有着重要的意义。

 在目前，能耗测试常用心率监测法，该方法主要利用心率与能耗具有的线性关系，但心率只能作为评估人体运动强度的客观参考指标，主要原因为：（1）个体的忍耐力不同，心率与氧气摄入量的关系也在变化；（2）个体的心率与氧气的摄入量与运动状态有关；（3）心率与身体状况、情感、环境有关。另一种能耗常用科学测试方法是气体代谢分析法，但是，该方法成本昂贵，需要特定的苛刻的测试环境，还需要复杂的测试流程，因而它只能用在实验室内，无法实现个体在日常生活中简单地实现能量消耗和监测。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种人体运动量监控系统，通过该系统可以实现实时监测人体运动状态、能量消耗以及脉搏、温度的目的。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：人体运动量监控系统，该系统由便携式测量装置和计算机数据处理装置组成; 所述便携式测量装置由传感器信号采集处理控制器分别与加速度传感器、温度传感器、脉搏传感器、无线信号发送模块相连而成；所述通过无线连接的计算机数据处理装置由计算机和与计算机相连的无线信号接收模块组成；所述便携式运动测量装置和计算机数据处理装置通过无线相互连接。

在上述技术方案中，所述便携式测量装置设有大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口，所述大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口与传感器信号采集处理控制器的数据口相连。

在上述技术方案中，所述三维加速度传感器内置于便携式测量装置中，脉搏传感器和温度传感器设置于便携式测量装置的底板上。

本实用新型结构简单，操作方便，测试成本低，且具有超低功耗，通过快速的数据处理，可对个体提供合理化的健康运动指导。本人体运动量监控系统通过测量三维加速度的波形，识别人体的运动类型，建立了人体运动的能耗与运动类型、以及加速度、脉搏/体温、身高、年龄、性别等的运动能耗的数学模型和基本关系，能自动选择对应的数学模型进行实时监控并计算运动能耗。 

附图说明

图1是本实用新型提供的人体运动量监控系统的原理框图。

图2是本实用新型中人体运动量监控系统的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实施例人体运动量监控系统由便携式测量装置和计算机数据处理装置组成; 所述便携式测量装置由传感器信号采集处理控制器分别与三维数字加速度传感器、温度传感器、红外脉搏传感器、无线信号发送模块相连而成；所述通过无线连接的计算机数据处理装置由计算机和与计算机相连的无线信号接收模块组成；所述便携式运动测量装置和计算机数据处理装置通过无线相互连接。

上述便携式测量装置还设有大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口，所述大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口与传感器信号采集处理控制器的数据口相连。

上述三维数字加速度传感器内置于便携式测量装置中，红外脉搏传感器和温度传感器设置于便携式测量装置的底板上。

上述计算机数据处理装置对通过无线接收或USB接收的数据首先写入数据库进行管理，分别进行能耗分析、运动姿态分析、健康顾问等，并结合脉搏、体温进行健康运动状态的分析处理，提供个性化的健康运动建议，如建议运动类型，时间等。

以下是对电路图中各部分的说明。

1、三维数字加速度传感器：三维数字加速度传感器是检测人体运动加速度的关键器件。本实施例采用三维数字加速度传感器MMA7660，通过SPI总线或IIC总线与传感器信号采集处理控制器相连，可设置定时采集运动加速度数值。

2、本实用新型的传感器信号采集处理控制器采用MSP430F4270芯片，该芯片的特点是具有极低功耗，特别适合便携式仪表。同时，芯片管脚数目适中，体积小。

3、温度传感器：温度传感器采集人体体表温度。本实施例采用DS18B20数字温度传感器，通过IIC总线与传感器信号采集处理控制器相连，直接读取温度值。

4、红外脉搏传感器：红外脉搏传感器采集人体手指脉搏。本实施例采用HKG-07A红外脉搏传感器，并通过放大电路，输入传感器信号整形得到标准脉冲信号，并通过数字滤波和处理获得脉搏值。

5、大容量存储器：便携式测量装置实时采集大量数据，一方面进行实时处理，获得各运动参数供本地显示，同时对采集的数据进行存储，以便上传给计算机，作进一步处理分析。本实施例采用25VF080 FLASH存储器，容量达到8Mbit。

 6、USB接口：便携式测量装置采集的数据需要发送给计算机系统作进一步处理分析。本实施例采用CP2102接口，将数据通过USB接口发送给计算机。 

 7、键盘与液晶显示：在本实施例中，共设有四个控制按键，复位键、测量键、上移键、下移键。测量键被按下标志测量开始；上移键、下移键与测量键组合使用，可作为数据预置使用，如预置身高、体重，时间校准。液晶显示采用LCM12864，可显示时间、脉搏、体温和累计能耗。

8、无线信号发送、接收模块：便携式测量装置采集的数据既可以通过USB接口传输给计算机，还可以通过无线发送与接收电路进行传输。发送端若接收到请求信号，则发送已采集的数据，并根据计算机的回复确定是否继续发送数据。本实施例采用CC1100通信接口，将数据通过无线方式发送给计算机。 

如图2所示，为本实施例中所述传感器信号采集处理控制器与外围器件的连接图。其中三维加速度传感器MMA7660的5脚、6脚、7脚信号线分别接MSP430F4270的39脚、38脚、37脚，温度传感器DS18B20的2脚接MSP430F4270的22脚，红外脉搏传感器HKG-07A的信号端2脚接MSP430F4270的21脚，无线信号发送模块CC1100的5脚、6脚分别接微处理器MSP430F4270的13脚、14脚，大容量的FLASH存储器25VF080的1脚、2脚、3脚、5脚、6脚、7脚分别接微处理器MSP430F4270的28脚、27脚、24脚、25脚、24脚、23脚， 显示液晶LCM12864为串行工作模式，其1脚、 2脚、3脚、5脚、 6脚分别接微处理器MSP430F4270的44脚、43脚、42脚、41脚、40脚，USB接口采用CP2102芯片，可以通过USB提供的5V电压对电池充电，同时提供USB数据传输方式，其25脚、26脚分别接微处理器MSP430F4270的15脚）、16脚；系统设置了4个按键，分别为复位按键S0，接微处理器MSP430F4270的5脚，操作键S1、S2、S3分别接微处理器MSP430F4270的17脚、18脚、19脚，S1为功能切换键，S2、S3为输入数据调整键，为功能复用的组合键实用。

Claims (3)

1.人体运动量监控系统，其特征在于：该系统由便携式测量装置和计算机数据处理装置组成; 所述便携式测量装置由传感器信号采集处理控制器分别与加速度传感器、温度传感器、脉搏传感器、无线信号发送模块相联而成；所述通过无线连接的计算机数据处理装置由计算机和与计算机相联的无线信号接收模块组成；所述便携式运动测量装置和计算机数据处理装置通过无线相互连接。

2.根据权利要求1所述的人体运动量监控系统，其特征在于：所述便携式测量装置设有大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口，所述大容量存储器、键盘与液晶显示器、USB接口与传感器信号采集处理控制器的数据口相联。

3.根据权利要求1所述的人体运动量监控系统，其特征在于：所述三维加速度传感器内置于便携式测量装置中，脉搏传感器和温度传感器设置于便携式测量装置的底板上。

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