CN210018105U - 一种智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能穿戴设备，包括主机、底座和手环带，主机可拆卸地安装于底座，底座通过手环带佩戴于人体，所述主机内设置有第一控制模块、电池、无线电力发射电路，所述电池向所述无线电力发射电路输入电信号，所述底座内设置有第二控制模块、心率检测模块、无线电力接收电路以及整流电路，所述无线电力发射电路的交流信号通过电磁感应耦合到所述无线电力接收电路上，并由所述整流电路整流成直流信号为所述底座内的其他用电器件供电。本实用新型的智能穿戴设备，通过将心率检测模块设置在手环带上，解决了装配在主机上需要在手环的底壳开洞所带来的一系列问题，且只需在主机端设置供电电源即可，无需再设置一块供电电池，减小了底座的体积。

Description

一种智能穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及一种智能可穿戴设备，具体地说，是涉及一种带心率检测的智能穿戴设备。

背景技术

现有带有心率健康检测功能的智能通话手环加一般采取如下三种实现方案：

1、将心率功能模块集成在主机上，为了能够在使用心率检测功能时检测光线照射在用户皮肤表面，需要在手环的底壳开洞。该种实现方案的弊端在于：导致主机重量和体积增大，主机佩戴时易脱落，影响佩戴舒适性。此外，在智能穿戴设备的底壳开洞，防水不好做。

2、心率功能集成在智能穿戴设备的底壳上，主机与底壳通过pin脚接触，pin脚实现供电及心率数据的上传。该种实现方案的弊端在于：采用pin脚连接，主机的外露pin脚很容易被汗液腐蚀，导致阻抗变化及接触不良。

3、心率功能集成在智能穿戴设备上，采用双电池为智能穿戴设备供电，智能穿戴设备与主机通过BLE、zigbee等无线通信方式进行数据通信。该种实现方案的弊端在于：双电池导致智能穿戴设备尺寸变的厚重，同样大小空间，双电池的容量要小于单电池，双电池的电量利用率低。此外，双电池的方案使得充电电路设计变的复杂。

发明内容

本实用新型为了解决现有带有心率检测功能的智能通话手环所存在的技术问题，提出了一种智能穿戴设备，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种智能穿戴设备，包括主机、底座和手环带，所述主机可拆卸地安装于所述底座，所述底座通过所述手环带佩戴于人体，其特征在于，所述主机内设置有第一控制模块、电池、无线电力发射电路，所述电池向所述无线电力发射电路输入电信号，所述底座内设置有第二控制模块、心率检测模块、无线电力接收电路以及整流电路，所述无线电力发射电路的交流信号通过电磁感应耦合到所述无线电力接收电路上，并由所述整流电路整流成直流信号为所述底座内的其他用电器件供电。

进一步的，所述主机还包括耦合电路，所述耦合电路接受所述第一控制模块的控制，将心率模块控制信号耦合在所述电池为所述无线电力发射电路所提供的电信号上，所述底座内还设置有用于检测耦合信号的第一检测单元，所述第一检测单元将检测的耦合信号发送至所述第二控制单元，所述第二控制单元将耦合信号解析，生成用于直接控制所述心率模块的控制信号并发送至所述心率模块。

进一步的，所述耦合电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及第一电容，所述第一开关和第三开关相串联后分别连接在所述电池的两端，所述第二开关与所述第一开关相并联，所述第一电容连接在所述第一开关和第二开关之间，所述第一开关与所述第二开关组成的并联电路通过第八开关与所述无线电力发射电路连接。

进一步的，所述第一检测单元包括并联在所述无线电力接收电路两端的第六电容和用于检测所述第六电容两端电压的电压检测电路，所述电压检测电路将所检测的电压发送至所述第二控制模块。

进一步的，所述第一电容为电解电容，所述电解电容的正极端与所述第二开关连接，负极端连接在所述第一开关和第二开关之间。

进一步的，所述底座内还设置有负载调制电路，所述负载调制电路连接在所述无线电力接收电路的后端，所述心率检测模块将检测的心率信号发送至所述第二控制模块，所述第二控制模块生成负载调制信号并发送至所述负载调制电路，所述无线电力发射电路还连接有用于检测负载调制信号的第二检测单元，所述第二检测单元与所述第一控制模块连接。

进一步的，所述无线发送电路包括用于将直流信号转换为交流信号的半桥逆变电路和第一LC电路，所述负载调制电路包括第七电容和与所述第七电容相串联的第七开关，所述负载调制电路并联在所述无线电力接收电路的两端，所述第二检测单元用于检测所述第一LC电路中电感线圈两端的电压和电流。

进一步的，所述无线发送电路包括用于将直流信号转换为交流信号的半桥逆变电路和第一LC电路。

进一步的，所述电池与所述无线电力发射电路之间设置有第九开关，所述第九开关的控制端与USB电压侦测端连接，所述USB电压侦测端的侦测电压用于控制所述第九开关的导通状态。

进一步的，所述主机通过蓝牙芯片与智能终端进行蓝牙无线通信。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的智能穿戴设备，首先，通过将心率检测模块设置在手环带上，解决了装配在主机需要在手环的底壳开洞所带来的一系列问题，其次，只需在主机端设置供电电源即可，并通过无线电力的方式，主机端的电源为手环带端的用电电路及器件供电，解决了手环带端为了供电问题需要再设置一块供电电池，导致手环带的体积增加，笨重不易携带的技术问题。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的智能穿戴设备的一种实施例结构示意图；

图2是本实用新型所提出的智能穿戴设备的一种实施例原理方框图；

图3是本实用新型所提出的智能穿戴设备的一种实施例电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一，本实施例提出了一种智能穿戴设备，如图1所示，包括主机11、底座12和手环带13，主机11可拆卸地安装于底座12，底座12通过手环带13佩戴于人体，如图2、图3所示，主机11内设置有第一控制模块MCU1、电池BAT、无线电力发射电路Transmitter，电池BAT向无线电力发射电路Transmitter输入电信号，无线电力发射电路将电池所提供的电信号转换为无线场信号并发送，底座内设置有第二控制模块MCU2、心率检测模块、无线电力接收电路Receiver以及整流电路，无线电力发射电路的交流信号通过电磁感应耦合到所述无线电力接收电路上，并由所述整流电路整流成直流信号为所述底座内的其他用电器件供电，其中，底座内的其他用电器件包含但不限于第二控制模块MCU2、心率检测模块、无线电力接收电路等。本实施例的智能穿戴设备中的主机可带有无线通信模块，能够与智能终端通过无线通信，本智能穿戴设备同时设置有心率检测模块，能够进行心率检测，与传统的带有心率检测功能的通话手环相比，首先，通过将心率检测模块设置在手环带上，解决了现有将心率检测模块装配在主机上需要在手环的底壳开洞所带来的一系列问题，其次，主机为主要的用电器件，只需在主机端设置供电电源即可，并通过无线电力供电的方式，将主机端的电源为手环带端的用电电路及器件供电，无需再为手环端另外配置供电电池，解决了手环带端为了供电问题需要再设置一块供电电池，导致手环带的体积增加，笨重不易携带的技术问题。

主机可以为蓝牙耳机，其能够通过蓝牙芯片BT与智能终端进行蓝牙无线通信，当然主机不限于为蓝牙耳机，也可以为其他能够实现一定功能的智能模块。

该智能穿戴设备可以是智能手环、智能臂环、智能手表等智能可佩带于人体的可穿戴设备。

一般情况下，主机与底座之间需要进行通信，实现控制信号的下发以及检测数据的上传等，为了实现两者通信，传统的实现方案是单独另外设置无线通信模块，如蓝牙模块、近场磁感应模块、zigbee模块等，这无疑将会增加产品的硬件成本，本实施例中为了实现主机与底座之间的通信，不再另外设置无线通信模块，由于主机可以与智能终端进行无线连接，而且较多的控制命令由智能终端发出，智能终端无法与腕带模组直接通信，需要主机将控制信号转发或者由主机自主产生控制信号并发送至底座，具体实现方案为：主机还包括耦合电路，耦合电路接受第一控制模块MCU1的控制，将心率模块控制信号耦合在电池为无线电力发射电路所提供的电信号上，底座内设置有用于检测耦合信号的第一检测单元，第一检测单元将检测的耦合信号发送至所述第二控制单元，第二控制单元将耦合信号解析，生成用于直接控制心率模块的控制信号并发送至心率模块，也即，本方案中通过将主机向底座发送的通信信号耦合加载在主机端向底座端发送的无线电力场信号中，底座内设置有用于检测耦合信号的第一检测单元，在解决底座端供电的同时，又能够解决主机向腕带模组发送控制信号的问题，无需另外增设无线通信模块，有利于降低硬件成本。

作为一个优选的实施例，如图2所示，该耦合电路包括第一开关Ctrl1、第二开关Ctrl2、第三开关Ctrl3以及第一电容c1，第一开关Ctrl1和第三开关Ctrl3相串联后分别连接在电池BAT的两端，第二开关Ctrl2与第一开关Ctrl1相并联，第一电容c1连接在第一开关Ctrl1和第二开关Ctrl2之间，第一开关Ctrl1与所述第二开关Ctrl2组成的并联电路通过第八开关Ctrl8与无线电力发射电路连接。本耦合电路的工作原理是：当第二开关Ctrl2和第八开关Ctrl8导通时，倍压电路不工作，输出电压是Vbat。当第一控制模块MCU1控制第二开关Ctrl2和第三开关Ctrl3导通时，电池通过第二开关Ctrl2和第三开关Ctrl3为第一电容c1充电，充满后第一电容c1两端的电压等于电池电压，然后第一控制模块MCU1控制断开第二开关Ctrl2和第三开关Ctrl3，导通第一开关Ctrl1和第八开关Ctrl8，这样相当于电池与第一电容c1串联后为后端供电，输出给后端的电压就实现了倍压2Vbat。如此，通过控制输入给无线电力发射电路电压的幅度，实现控制信号的耦合。本方法中通过改变输出信号幅度的方式耦合控制信号，电路结构搭建简单，仅需几颗能够受控改变通断状态的电子开关以及一个电容即可实现，同时，采用电压幅度的方式对信号接收端的检测模块要求较低，无需搭建较复杂的检测电路，只需检测接收电压即可，且信号传递稳定性强，易于被主机中的第二控制模块MCU2检出。

无线发送电路包括用于将直流信号转换为交流信号的半桥逆变电路和第一LC电路。其中，第一LC电路包括第四电容c4和第一电感L1，第四电容c4和第一电感L1串联谐振在200khz，通过计算可以得出线圈两端电压是Q*V（Q是第一电感L1的Q值）。由于第四电容c4和第一电感L1谐振，这样加在L1上的电压即为200khz的正旋波，幅值为Q倍的电压V，V可以是Vbat也可以是2Vbat，这样发射端通过改变控制V的大小，即可携带数据信息。

如图2所示，半桥逆变电路包括相串联的第二电容c2和第三电容c3，第一LC电路与第二电容c2并联，第二电容与第一LC电路之间连接有第四开关Ctrl4，第三电容c3与第一LC电路之间连接有第五开关Ctrl5，第一控制模块通过控制Ctrl4和Ctrl5的导通状态实现直流转交流。

在本实施例中，如图所示，第一检测单元包括并联在无线电力接收电路两端的第六电容c6和用于检测第六电容两端电压的电压检测电路，电压检测电路将所检测的电压发送至第二控制模块MCU2。也即，基于本实施例中前面所记载的耦合电路的耦合信号的形式简单，因此，对于信号接收端的检测耦合信号的检测电路要求相对较低，只需检测出信号的电压幅值即可，因此，本方案中第一检测单元仅采用一颗第六电容c6和一个电压检测电路，电压检测电路用于检测第六电容c6两端的电压，即可完成耦合信号的检测并由第二控制模块MCU2解析，把元器件的使用数量降到最低，进而可以节约硬件成本。

第一电容c1为可以采用电解电容实现，电解电容的正极端与第二开关连接，负极端连接在第一开关和第二开关之间。可以确保第一电容c1在充满电释放电压时能够与电池的电压相叠加，得到二倍压并输出至无线电路发射电路。

由于心率检测模块位于主机端，为了便于底座端向主机端发送心率检测模块所检测的心率信号，本方案仍然无需另设无线通信模块，本实施例中的底座内还设置有负载调制电路，负载调制电路连接在无线电力接收电路的后端，心率检测模块将检测的心率信号发送至第二控制模块MCU2，第二控制模块MCU2生成负载调制信号并发送至负载调制电路，无线电力发射电路还连接有用于检测负载调制信号的第二检测单元，第二检测单元与第一控制模块连接。通过负载调制的方式，向主机端发送检测信号。

无线电力接收电路包括第二LC电路，该第二LC电路由第二电感L2和第五电容c5组成，第二电感L2和第五电容c5串联谐振在200khz，这样腕带端通过检测Cd两端的电压变化，进行解析，便可获得发射端传递的信息。

优选的，负载调制电路包括第七电容c7和与第七电容c7相串联的第七开关Ctrl7，负载调制电路并联在无线电力接收电路的两端，第二检测单元用于检测第一LC电路中电感线圈两端的电压和电流。第二控制模块MCU2通过控制第七开关Ctrl7来改变负载，由于L1、L2两个线圈互感的存在，当负载发生变化时，L1上的电压和电流也会发生特定的变化。第二检测单元用于检测第一LC电路中电感线圈两端的电压和电流，并发送至第一控制模块MCU1，第一控制模块MCU1通过检测L1上的电压、电流波动，可以解析出负载的变化，进而实现由接收端向发射端传递信息的目的。

电池与无线电力发射电路之间设置有第九开关Q1，第九开关Q1的控制端与USB电压侦测端连接，USB电压侦测端的侦测电压用于控制第九开关Q1的导通状态。本实施例中第九开关采用一PMOS管实现，当未插入USB时，主机自带的电池给整个系统供电。当USB插入时，Q1的栅极是Vusb，源极是电池电压，Vgs大于0，PMOS截止。整个系统断电，心率不工作，保证充电效率及充电安全，又防止了光污染。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能穿戴设备，包括主机、底座和手环带，所述主机可拆卸地安装于所述底座，所述底座通过所述手环带佩戴于人体，其特征在于，所述主机内设置有第一控制模块、电池、无线电力发射电路，所述电池向所述无线电力发射电路输入电信号，所述底座内设置有第二控制模块、心率检测模块、无线电力接收电路以及整流电路，所述无线电力发射电路的交流信号通过电磁感应耦合到所述无线电力接收电路上，并由所述整流电路整流成直流信号为所述底座内的其他用电器件供电，所述底座内还设置有负载调制电路，所述负载调制电路连接在所述无线电力接收电路的后端，所述心率检测模块将检测的心率信号发送至所述第二控制模块，所述第二控制模块生成负载调制信号并发送至所述负载调制电路，所述无线电力发射电路还连接有用于检测负载调制信号的第二检测单元，所述第二检测单元与所述第一控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述主机还包括耦合电路，所述耦合电路接受所述第一控制模块的控制，将心率模块控制信号耦合在所述电池为所述无线电力发射电路所提供的电信号上，所述底座内还设置有用于检测耦合信号的第一检测单元，所述第一检测单元将检测的耦合信号发送至所述第二控制模块，所述第二控制模块将耦合信号解析，生成用于直接控制所述心率模块的控制信号并发送至所述心率模块。

3.根据权利要求2所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述耦合电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及第一电容，所述第一开关和第三开关相串联后分别连接在所述电池的两端，所述第二开关与所述第一开关相并联，所述第一电容连接在所述第一开关和第二开关之间，所述第一开关与所述第二开关组成的并联电路通过第八开关与所述无线电力发射电路连接。

4.根据权利要求3所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述第一检测单元包括并联在所述无线电力接收电路两端的第六电容和用于检测所述第六电容两端电压的电压检测电路，所述电压检测电路将所检测的电压发送至所述第二控制模块。

5.根据权利要求3所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述第一电容为电解电容，所述电解电容的正极端与所述第二开关连接，负极端连接在所述第一开关和第二开关之间。

6.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述无线电力发射电路包括用于将直流信号转换为交流信号的半桥逆变电路和第一LC电路，所述负载调制电路包括第七电容和与所述第七电容相串联的第七开关，所述负载调制电路并联在所述无线电力接收电路的两端，所述第二检测单元用于检测所述第一LC电路中电感线圈两端的电压和电流。

7.根据权利要求1-5任一项所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述无线电力发射电路包括用于将直流信号转换为交流信号的半桥逆变电路和第一LC电路。

8.根据权利要求1-6任一项所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述电池与所述无线电力发射电路之间设置有第九开关，所述第九开关的控制端与USB电压侦测端连接，所述USB电压侦测端的侦测电压用于控制所述第九开关的导通状态。

9.根据权利要求1-6任一项所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述主机通过蓝牙芯片与智能终端进行蓝牙无线通信。

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