CN211409040U - 一种可穿戴式有氧运动监护仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可穿戴式有氧运动监护仪，包括穿戴部、壳体以及设于壳体内的集成系统，所述的集成系统包括电源管理模块及分别与电源管理模块连接的心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、微处理器和触控式可编程模块，所述的微处理器分别连接心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、触控式可编程模块，所述的触控式可编程模块包括E2PROM和触控式LCD，所述的E2PROM连接微处理器，所述的触控式LCD与E2PROM连接。与现有技术相比，本实用新型具有操作智能、体积小、成本低、灵活性好等优点。

Description

一种可穿戴式有氧运动监护仪

技术领域

本实用新型涉及医疗监护设备领域，尤其是涉及一种可穿戴式有氧运动监护仪。

背景技术

脉搏是由心脏搏动而引起，经动脉和血流传至远端的桡动脉处，它携带有丰富的人体健康状况信息。通过对脉搏信号的采集能得到心率信号和血氧参数。

有氧运动的特点是强度低、有节奏、持续时间较长。要求每次锻炼的时间不少于30分钟，每周坚持3到5次。这种锻炼，氧气能充分燃烧(即氧化)体内的糖分，还可消耗体内脂肪，增强和改善心肺功能，预防骨质疏松，调节心理和精神状态，是健身的主要运动方式。心率保持在150次/分钟的运动量为有氧运动，因为此时血液可以供给心肌足够的氧气。但是无氧运动增加人体内的白细胞，对身体素质的提高产生不利影响，剧烈有氧运动对内脏的氧转运能力要求高于非剧烈有氧运动对内脏的要求，剧烈有氧运动对内脏的损伤程度大于非剧烈有氧运动，损伤程度与有氧运动的剧烈程度有关，所以，要想锻炼充分又不伤身，有一个监测仪显得尤为重要。现有的可穿戴式运动监测仪大多为运动手环形式，该种运动手环只包含运动时能量、步数的记录功能，无法反应人体生理参数，而血氧监护仪又不能实时反应运动过程中的生理参数，因此，提供一种智能化记录生理参数及运动监测的装置显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可穿戴式有氧运动监护仪。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可穿戴式有氧运动监护仪，包括穿戴部、壳体以及设于壳体内的集成系统，所述的集成系统包括电源管理模块及分别与电源管理模块连接的心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、微处理器和触控式可编程模块，所述的微处理器分别连接心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、触控式可编程模块，所述的触控式可编程模块包括E2PROM和触控式LCD，所述的E2PROM连接微处理器，所述的触控式LCD与E2PROM连接，所述的微处理器采用stm32单片机。

优选地，所述的心率信号采集及处理模块包括红外双波长光电传感器、信号处理电路和整形电路，所述的红外双波长光电传感器连接信号处理电路，所述的整形电路的输入端连接信号处理电路，所述的整形电路的输出端连接微处理器。

优选地，所述的信号处理电路包括依次连接的前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、后置放大器，所述的前置放大器的输入端连接红外双波长光电传感器的输出端，所述的后置放大器的输出端连接整形电路。

优选地，所述的生物反馈模块包括分别与微处理器连接的第一发光二极管、第一蜂鸣器和第一语音提示单元。

优选地，所述的声光报警模块包括分别与微处理器连接的第二发光二极管、第二蜂鸣器和第二语音提示单元。

优选地，所述的整形电路包括电平抬升电路和比较电路，所述的电平抬升电路的输出端与比较电路的输入端连接，所述的比较电路的输出端连接微处理器。

优选地，所述的计步模块包括分别与stm32单片机的输入端连接的加速度传感器、后级信号采集与分析电路，所述的加速度传感器的输出端与后级信号采集与分析电路的输入端连接。

优选地，所述的运动计时模块采用DS3231时钟模块，该DS3231时钟模块与 stm32单片机双向连接。

优选地，所述的红外双波长光电传感器采用反射式布置。

优选地，所述的第一语音提示单元，所述的第二语音提示单元采用ISD4002 语音芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型的有氧运动监护仪为可穿戴式，通过微处理器连接心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块，心率信号采集及处理模块设有红外双波长光电传感器在使用过程中能实时监测心率、血氧、运动步数与频率，并实时显示在触控式可编程模块的触控式LCD上，微处理器根据获取的数据控制报警模块发出声光提示，操作智能、体积小、成本低；

2)实用新型采用触控式可编程模块作为人机交互方式，可提供不同生理参数的设置模式，便于专业人员根据不同运动者选用不同的预设值，控制精度高、灵活性好；

3)本实用新型的触控式可编程模块可动态地显示运动过程中的各种参数，生物反馈模块设有第一发光二极管、第一蜂鸣器和第一语音提示单元，根据生理指标可发出不同频次的蜂鸣信号，配以不同闪烁频次的第一发光二极管，从而在听觉和视觉上反馈给运动者，使其能更直观地了解自身运动状态下生理参数的大小，提供了一种直观、高效的生物反馈的方式，增加了运动的趣味性和安全性；

4)心率信号采集及处理模块红外双波长光电传感器采用反射式布置，与透射式相比，降低了因运动产生的指甲对光的反射以及环境的干扰，更准确地测量心率及血氧信号；

5)心率信号采集及处理模块的后置放大器后设有整形电路，通过电平抬升和比较电路，将脉搏信号转化为电脉冲信号，有利于stm32单片机的计数；

6)本实用新型设置了用于获取累计时间的运动计时模块，运动计时模块与stm32单片机，双向连接，一方面可接收单片机输出的计时触发信号，另一方面可将累计时间信号输出至stm32单片机，有助于对获取的患者运动的情况进行更加准确的判断。

附图说明

图1为本实用新型实施例的有氧运动监护仪的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例的心率信号采集及处理模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的整形电路中电平抬升电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的整形电路中比较电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例

本实用新型涉及一种可穿戴式有氧运动监护仪，包括穿戴部、壳体以及设于壳体内的集成系统。穿戴部可采用现有运动手环形式，即采用绑带或腕带。壳体与穿戴部固接。

如图1所示，壳体内的集成系统包括心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、微处理器、电源管理模块和触控式可编程模块。

微处理器分别连接心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、触控式可编程模块。电源管理模块与其他各个模块连接，用于为整体可穿戴有氧运动监护仪提供电力。触控式可编程模块包括E2PROM和触控式LCD，E2PROM连接微处理器，触控式LCD连接E2PROM。微处理器采用stm32单片机。

计步模块主要包括加速度传感器、后级信号采集与分析电路，加速度传感器的输出与后级信号采集与分析电路的输入相连接，后级信号采集与分析电路的输出二者分别与stm32单片机的输入连接。人在走动时会产生一定规律性的往复式加速度信号，加速度传感器可以将加速度信号转换为相应的电信号；后级信号采集与分析电路可以检测往复运动的过零点，从而计算出人所行走的步数。需要说明的是，后级信号采集与分析电路为现有技术的电路结构，在此不做过多叙述。

心率信号采集及处理模块主要包括红外双波长光电传感器、信号处理电路、整形电路。红外双波长光电传感器采用反射式布置，与透射式相比，降低了因运动产生的指甲对光的反射以及环境的干扰，更准确地测量心率及血氧信号。信号处理电路由前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、后置放大器组成，参见图2。前置放大器连接红外双波长光电传感器，前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、后置放大器依次连接，后置放大器连接微处理器。考虑到脉搏电信号的幅值范围在2μV 到5mV，势必受到各种背景噪声和人体其它生理电信号的共模干扰；其次，红外双波长光电传感器与皮肤不能紧密贴合，会导致环境光对信号采集产生大量干扰，因此设计了高共模抑制比、低噪声、低漂移、高输入阻抗的前置放大器。经过后置放大的电信号，在stm32单片机上较难实现计数，因此采用了整形电路，整形电路的输入端连接信号处理电路。整形电路包括电平抬升电路(如图3所示)和比较电路(如图4所示)。电平抬升电路的输出与比较电路的输入相连，比较电路的输出与stm32单片机的输入相连。通过电平抬升和比较电路，将脉搏信号转化为电脉冲信号，以便于stm32单片机的计数。

为了实现有氧运动监护仪的生物反馈与声光报警提示功能，本实用新型设置了生物反馈模块和声光报警模块。

其中，生物反馈模块包括第一发光二极管、第一蜂鸣器和第一语音提示单元。第一发光二极管、第一蜂鸣器和第一语音提示单元的输入分别与stm32单片机相连接。stm32单片机的存储器中存放了生理参数不同范围对应发光二极管闪烁频率频次以及、蜂鸣频率频次以及不同的提示语音。触控式LCD提供了友好的人机交互界面，在界面上可显示提供了不同生理参数的设置模式选择按钮，运动者可借助人机界面选择声音反馈模式、信号灯反馈模式、声光反馈模式、语音反馈模式的任意一种方式，旨在为运动者提供生物反馈，增加运动的趣味性。当选择声音反馈模式， stm32单片机读取触控式LCD下传的模式，驱动第一蜂鸣器发出提示音的频次随着采集到的心率信号的增大而增大；当选择信号灯反馈模式，stm32单片机读取触控式LCD下传的模式，驱动第一发光二极管的闪烁频次随着采集到的心率信号增大而增大；当选择声光反馈模式，stm32单片机读取触控式LCD下传的模式，同时驱动第一蜂鸣器发出提示音的频次和第一发光二极管的闪烁频次随着采集到的心率信号增大而增大；当选择语音反馈模式，stm32单片机读取触控式LCD下传的模式，第一语音提示单元输出不同心率信号对应的提示语音。

声光报警模块用于对运动者的运动强度进行提醒，包括第二发光二极管、第二蜂鸣器和第二语音提示单元。第二发光二极管、第二蜂鸣器和第二语音提示单元的输入分别与stm32单片机连接。当心率信号采集及处理模块获取的实时生理参数超出stm32单片机的预设阈值1后，stm32单片机控制声光报警模块进行实时响应，第二发光二接管以某一颜色常亮(如设置红灯常亮)，且第二蜂鸣器持续鸣叫，以提醒运动者降低运动强度，实现运动锻炼的智能化，提高运动的安全性。优选地，第一语音提示单元和第二语音提示单元均采用ISD4002语音芯片。

此外，当stm32单片机读取到的心率信号采集与处理模块的输出信号超出了E2PROM中的预设值2，识别出患者开始一定强度的运动后，将会启动运动计时模块，运动计时模块用于获取累计时间，运动计时模块采用DS3231时钟模块，其与单片机双向连接，一方面接收单片机输出的计时触发信号，另一方面将累计时间信号输出至单片机。在累计运动时间到达E2PROM中的预设值3后，stm32单片机控制第二发光二接管以另一颜色灯常亮(如设置黄灯常亮)，并控制第二语音提示单元输出语音，提醒运动者进行休息。

在上述各构成模块中，电源管理模块将外接直流稳压电源或电池电压转换为各电路模块所需的电压等级。有氧运动监护仪上电初始化后，首先读取存放在 E2PROM中的预设参数值，同时，实时读取心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块的输出，并获取运动者的心率、血氧、运动步数与频率，显示在触控式可编程模块的触控式LCD上。若参数值超过E2PROM中的设定阈值，可通过微处理器控制报警模块发出声光提示。

本实用新型有氧运动监护仪在监测到患者的累计运动时间达到E2PROM中的设定值后，利用指示灯和语音提醒运动者进行休息，以免过度的运动对患者造成不良影响。本实用新型体积小、安全可靠、造价低廉。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可穿戴式有氧运动监护仪，包括穿戴部、壳体以及设于壳体内的集成系统，其特征在于，所述的集成系统包括电源管理模块及分别与电源管理模块连接的心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、微处理器和触控式可编程模块，所述的微处理器分别连接心率信号采集及处理模块、计步模块、运动计时模块、声光报警模块、生物反馈模块、触控式可编程模块，所述的触控式可编程模块包括E2PROM和触控式LCD，所述的E2PROM连接微处理器，所述的触控式LCD与E2PROM连接，所述的微处理器采用stm32单片机。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的心率信号采集及处理模块包括红外双波长光电传感器、信号处理电路和整形电路，所述的红外双波长光电传感器连接信号处理电路，所述的整形电路的输入端连接信号处理电路，所述的整形电路的输出端连接微处理器。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的信号处理电路包括依次连接的前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、后置放大器，所述的前置放大器的输入端连接红外双波长光电传感器的输出端，所述的后置放大器的输出端连接整形电路。

4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的生物反馈模块包括分别与微处理器连接的第一发光二极管、第一蜂鸣器和第一语音提示单元。

5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的声光报警模块包括分别与微处理器连接的第二发光二极管、第二蜂鸣器和第二语音提示单元。

6.根据权利要求2所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的整形电路包括电平抬升电路和比较电路，所述的电平抬升电路的输出端与比较电路的输入端连接，所述的比较电路的输出端连接微处理器。

7.根据权利要求1所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的计步模块包括分别与stm32单片机的输入端连接的加速度传感器、后级信号采集与分析电路，所述的加速度传感器的输出端与后级信号采集与分析电路的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的运动计时模块采用DS3231时钟模块，该DS3231时钟模块与stm32单片机双向连接。

9.根据权利要求2所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的红外双波长光电传感器采用反射式布置。

10.根据权利要求5所述的一种可穿戴式有氧运动监护仪，其特征在于，所述的第一语音提示单元，所述的第二语音提示单元采用ISD4002语音芯片。

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