CN204698533U - 户外锻炼环境参数与脉率检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了户外锻炼环境参数与脉率检测仪，包括生理信号采集模块、环境数据采集模块、双限比较器、单片机、液晶显示模块、警报模块；生理信号采集模块包括PVDF压电薄膜、生理信号预处理电路；PVDF压电薄膜、生理信号预处理电路、双限比较器、单片机依次连接；环境数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器；温度传感器、湿度传感器连接到单片机；单片机分别连接到液晶显示模块和警报模块。本实用新型可以同时或分别检测环境温湿度以及人体脉率或脉搏波形，并可将检测的环境温湿度数据转换为环境锻炼指数，方便户外锻炼者使用，也可以用于独居老人的室内身体状况检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种户外锻炼环境参数与脉率检测仪。
背景技术
目前，随着社会的发展，人们的生活节奏加快，越来越多的人身体都处于亚健康状态，户外锻炼成为多数人选择的一种锻炼方式。然而环境状况对户外锻炼质量有着很大的影响，如在雾霾天气就不宜锻练，雾滴中含有许多有害物质，锻练时必将大量吸入有害物，越是活动吸入越多，不但起不到健身效果反而有相反效果；如果气温低，易诱发感冒，支气管炎急性发作，心绞痛及脑卒中，或心肌梗等疾病；冬季日出前，地面温度低，空气中CO,CO2等污染物含量高，在这种环境下活动，吸入过多会出现：乏力、头晕、喉炎等、危害身体健康。严重者则会引起对心脑血管急病，基于此，为户外锻炼者检测周围环境是否适合锻炼尤为重要。
脉搏是人体的生理参数之一，而脉搏的强度、次数等都与人体的健康状况有着密切的关系，一些常见病，如心脏病炎等一系列疾病都会在脉率上加以反映。脉搏的频率一般来说与身体的负荷量成正比，即身体的负荷越大，脉搏频率越高，反之则越低。用测脉率的方法来掌握运动量可适用于男女老幼。如果运动过度，可能会出现体内升糖激素水平升高，使血糖升高；同时过量的运动还可脂肪分解产生酮题，在胰岛素不足时，导致酮症酸中毒。所以适时检测脉率值，控制锻炼程度很有必要。
现已公布的关于户外锻炼环境参数与脉率检测的专利，大多是单一的检测环境状况，如中国专利申请号93211005.3公开的便携式环境综合检测报警仪，或者是单一的检测脉率，如中国专利申请号201120277183.3公开的一种单片机控制的脉搏计数仪，以及中国专利申请号200720311215.0公开的智能脉搏仪。但是将两者智能化的考虑在一起的极少。
基于此，我们提出了同时从环境状况和生理信号两个方面为户外锻炼者进行实时检测，重点设计了脉率获取电路及环境状况检测模块，形成一个完整的系统，方便户外锻炼者锻炼。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种户外锻炼环境参数与脉率检测仪。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：户外锻炼环境参数与脉率检测仪，包括生理信号采集模块、环境数据采集模块、双限比较器、单片机、液晶显示模块、警报模块；
生理信号采集模块包括PVDF压电薄膜、生理信号预处理电路；
PVDF压电薄膜传感脉搏波信号，通过生理信号预处理电路对脉搏波信号进行调整，同时分两路输入给单片机，一路直接送给单片机的片上A/D，另一路通过双限比较器将模拟信号变换成数字量输入给单片机数字输入口；
环境数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器；温度传感器、湿度传感器采集环境的温度、湿度数字量信号并传送到单片机；
单片机接收脉搏波信号进行A/D转换，同时接收对应脉率的数字信号、温湿度数字信号，通过数字去噪、滤波处理，然后计算出脉率值和环境锻炼指数，存储对应脉搏波形可供实时显示或回放；
液晶显示模块实时显示脉率、环境锻炼指数，以及脉搏波波形；
一旦脉率值或者环境变量严重超标，单片机将发出报警信号传送到警报模块，由警报模块进行声光报警提示。
作为优选，生理信号预处理电路由电荷放大电路、一级放大电路、低通滤波电路、50Hz陷波电路、二级放大电路依次连接而成。
作为进一步优选，电荷放大电路采用TI公司的零漂移高精确度低功耗的轨至轨OPA2333放大器。
作为进一步优选，低通滤波电路为截止频率30Hz的六阶巴特沃兹有源低通滤波器。
作为进一步优选，一级放大电路和二级放大电路采用的放大器为AD620。
作为优选，单片机采用TI低功耗系列的MSP430单片机。
作为优选，液晶显示模块包括触摸式液晶屏。
作为优选，温度传感器、湿度传感器器采用温湿度数字传感器AM2302。
本实用新型的有益效果是：
可以同时或分别检测环境温湿度以及人体脉率或脉搏波形，并可将检测的环境温湿度数据转换为环境锻炼指数，方便户外锻炼者使用，也可以用于独居老人的室内身体状况检测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的结构框图；
图2为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的生理信号采集模块的结构图；
图3为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的电荷放大电路原理图；
图4为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的低通滤波电路原理图；
图5为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的50Hz陷波电路原理图；
图6为本实用新型户外锻炼环境参数与脉率检测仪实施例的一级或二级放大电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，户外锻炼环境参数与脉率检测仪，由生理信号采集模块、环境数据采集模块、双限比较器、单片机、液晶显示模块、警报模块组成。
生理信号采集模块用于采集人体脉搏波信号，由PVDF压电薄膜采集脉搏波信号，并通过生理信号预处理电路对脉搏波信号进行调整，同时分两路输入给单片机。一路直接送给单片机的片上A/D；另一路通过双限比较器将模拟信号变换成数字量输入给单片机数字输入口。这两种方式分别为低信噪比和高信噪比下的脉率检测服务。
环境数据采集模块由温湿度传感器采集环境的温度、湿度信号。
单片机接收脉搏波信号进行A/D转换，同时接收对应脉率的数字信号、温湿度数字信号，通过数字去噪、滤波处理，然后计算出脉率值和环境锻炼指数，存储对应脉搏波形可供实时显示或回放。
液晶显示模块用于实时显示脉率和环境锻炼指数，及脉搏波波形，并给出清晰易懂的提示。
警报模块可以在一旦脉率值或者环境参数严重超标的情况下，单片机将发出报警信号传送到警报模块，由警报模块进行声光报警提示。
由于在户外锻炼环境参数与脉率检测仪在使用过程中，脉搏传感器采集信号后，因为脉搏信号中会掺杂各种噪音，所以要通过生理信号预处理电路，滤除噪声干扰、放大有用信号。
如图2所示，生理信号预处理电路由电荷放大电路、一级放大电路、低通滤波电路、50Hz陷波电路、二级放大电路依次连接而成。处理后的信号同时分两路输入给单片机。一路直接送给单片机的片上A/D；另一路通过双限比较器将模拟信号变换成数字量输入给单片机数字输入口。
在图3中，电荷放大电路的作用是将PVDF压电薄膜的高阻抗输出变成低阻抗输出,同时放大PVDF压电薄膜输出的弱信号。由于PVDF压电薄膜输出的电荷量小,且自身阻抗高,抗电磁干扰能力差，因此运放U1采用TI公司的零漂移高精确度低功耗的轨至轨OPA2333放大器。
电阻R2是避免电流过大烧坏运算放大器，电容C3是为了避免电阻R2与集成运放的输入电容给电路增加一个附加极点并产生90度的相移，使放大电路不稳定产生自激振荡，电容C1是为防止因传感器内阻过小而产生零点漂移。
该电荷放大电路输出电压与输入电荷的关系为下式所示:
Uout=ΔQmp/C2
上式中：Uout为电路输出端的电压，Qmp为PVDF压力传感元件产生的电荷，C2为跨接在放大器输入端与输入端之间的反馈电容。
在图4中，低通滤波电路为截止频率30Hz的六阶巴特沃兹有源低通滤波器。巴特沃兹有源低通滤波器具有很陡的过渡带，幅度波动很密，滤波效果好，适用于低频信号的滤波。由于人体的脉搏信号频率非常低，为1Hz左右，因此本设计中巴特沃兹低通滤波器的截止频率为30Hz，通带增益为1，采用的方法为级联法，相当于级联三个二阶滤波器构成。
在图5中，50Hz陷波电路由双T网络、高阻抗输入级和集成运算放大器组成。U5用作放大器，其输出端作为整个电路的输出。U6用作电压跟随器，与输出端组成电压反馈电路。
电容C10～C12、电阻R12～R14主要用于确定陷波器的中心频率的值，可以通过改变这些电阻与电容来选择需要滤除的频率值。R15变阻器可改变反馈量，从而改变Q值。
在图6中，一级放大电路的放大倍数为10倍，二级放大电路的放大倍数可调，采用的放大器U7为AD620。电阻R18用于调节放大倍数。
单片机采用TI低功耗系列的MSP430G2553。
温湿度传感器采用数字传感器AM2302。
使用方法：
使用时，首先是检测环境状况，使用者将该检测仪带到户外锻炼环境，开启后便能得到该环境下的环境锻炼指数，根据环境锻炼指数及相关提示即可判断是否适合户外锻炼。
然后是检测户外锻炼者锻炼前后的生理状况，主要是检测脉搏波信号，使户外锻炼者自己可以根据提示控制锻炼程度。使用时将该检测仪的脉搏传感器用绑带系在使用者的手腕处并贴近脉搏最强处，即可实时在液晶屏上显示脉搏波波形和脉率。
如有需要，该检测仪也可以对人体脉搏或环境状况进行单独检测。
该检测仪同样适用于独居老人的室内环境状况及生理状况检测。
以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：包括生理信号采集模块、环境数据采集模块、双限比较器、单片机、液晶显示模块、警报模块；
所述生理信号采集模块包括PVDF压电薄膜、生理信号预处理电路；
所述PVDF压电薄膜传感脉搏波信号，通过生理信号预处理电路对脉搏波信号进行调整，同时分两路输入给单片机，一路直接送给单片机的片上A/D，另一路通过双限比较器将模拟信号变换成数字量输入给单片机数字输入口；
所述环境数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器；所述温度传感器、湿度传感器采集环境的温度、湿度数字量信号并传送到单片机；
所述单片机接收脉搏波信号进行A/D转换，同时接收对应脉率的数字信号、温湿度数字信号，通过数字去噪、滤波处理，然后计算出脉率值和环境锻炼指数，存储对应脉搏波形可供实时显示或回放；
液晶显示模块实时显示脉率、环境锻炼指数，以及脉搏波波形；
一旦脉率值或者环境变量严重超标，单片机将发出报警信号传送到警报模块，由警报模块进行声光报警提示。
2. 根据权利要求1所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述生理信号预处理电路由电荷放大电路、一级放大电路、低通滤波电路、50Hz陷波电路、二级放大电路依次连接而成。
3. 根据权利要求2所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述电荷放大电路采用TI公司的零漂移高精确度低功耗的轨至轨OPA2333放大器。
4. 根据权利要求2所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述低通滤波电路为截止频率30Hz的六阶巴特沃兹有源低通滤波器。
5. 根据权利要求2所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述一级放大电路和二级放大电路采用的放大器为AD620。
6. 根据权利要求1所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述单片机采用TI低功耗系列的MSP430单片机。
7. 根据权利要求1所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述液晶显示模块包括触摸式液晶屏。
8. 根据权利要求1所述的户外锻炼环境参数与脉率检测仪，其特征在于：所述温度传感器、湿度传感器器采用温湿度数字传感器AM2302。
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| CN201520109374.7U CN204698533U (zh) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | 户外锻炼环境参数与脉率检测仪 |
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Publications (1)
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|---|---|
| CN204698533U true CN204698533U (zh) | 2015-10-14 |
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Family Applications (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN204698533U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105894386A (zh) * | 2016-03-26 | 2016-08-24 | 重庆大学 | 一种锻炼场所环境指标分享方法 |
| WO2017193320A1 (zh) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | 深圳市赛亿科技开发有限公司 | 一种睡眠监测仪 |
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2015
- 2015-02-13 CN CN201520109374.7U patent/CN204698533U/zh active Active
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