CN2600052Y

CN2600052Y - 腕式健康监视器

Info

Publication number: CN2600052Y
Application number: CNU022311815U
Authority: CN
Inventors: 黄念江; 岑家耀
Original assignee: YUIMING MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: YUIMING MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2004-01-21
Anticipated expiration: 2012-04-15
Also published as: US20020151810A1; EP1250887A3; EP1250887A2

Abstract

一种腕式健康监视器，可以是腕式手表(24)，它是腕式结构，可戴在手腕上，成为腕式手表(24，24’)，它包括：圈数检测电路部件(12)，与微控制器(10)相连接，用于检测和输出运动圈数信号，并将输出信号传输至微控制器(10)；步数检测电路部件(14)，与微控制器(10)相连接，用于检测和输出运动步数信号，并将输出信号传输至微控制器(10)；微控制器(10)，将信号处理结果送至显示器(18)显示；键盘(22)，与微控制器(10)相连；以及计时器。其优点是，本腕式健康监视器不要求用户的定期干预，可以提供分段时间，而不论在跑步或游泳事件之前或之后都不必不断地按动启动/停止按钮。

Description

腕式健康监视器

技术领域

本实用新型涉及腕式健康监视器，更具体地说，涉及能够监视与运动和/或生理学有关的一种或几种功能的手表式仪器。

背景技术

已知在进行体育和其他健康活动的过程中，利用诸如停表等腕式健康监视器来跟踪诸如该活动所经过的时间等某些性能的测量。没有手表功能的其他腕式健康监视器可以既包括健康活动功能，诸如步数计测量，又包括一种生理功能，诸如心率监视器。例如，共同转让的美国专利5,891,042公开一种具有心率无线监视器连同步数计的健康监视器。这样一种仪器包括微处理器控制装置，后者显示所指示的功能。该装置可以，例如，是腕式装置或钳式装置。

在诸如步行/慢跑/跑步和游泳等某些健康活动中，如果他或她的体能需要测量或改善，则有某些关键的测量值是参与者很感兴趣的。在健康活动中这些重要的测量值中最基本的一些是该活动的重复次数或经过的时间。正如前面讨论的，计数器或停表是通用的仪器，它们在体育和健康训练中得到广泛的应用，并能用来跟踪若干种重复次数或经过的时间。但是，这些已知的计数器或停表一般在其操作中都需要人工干预，诸如在事件发生之前或之后，都要在准确的时刻按启动/停止按钮。圈数自动计数电路也是共同转让的美国专利5,661,398和5,844,960公开了的，其说明书附此作参考。

尽管有上述已知的健康监视器，但还需要一种健康监视器，它可以把与健康有关的活动与手表型定时功能和/或生理功能结合在一起。

发明内容

本实用新型腕式健康监视器满足了这些或其他要求，它提供一种腕式健康监视器，其中包括若干种以前从未包括的若干功能的易用易读的腕式仪器。

本实用新型的目的是这样实现的，采用这样一种腕式健康监视器，其特征在于，

它是腕式结构，可戴在手腕上，成为腕式手表(24，24’)，

它包括：

圈数检测电路部件(12)，与微控制器(10)相连接，用于检测和输出运动圈数信号，并将输出信号传输至微控制器(10)，

步数检测电路部件(14)，与微控制器(10)相连接，用于检测和输出运动步数信号，并将输出信号传输至微控制器(10)，

微控制器(10)，按予定程序处理输入信号，将信号处理结果送至显示器(18)显示，

显示器(18)，与微控制器(10)相连，用以显示所述信号，

键盘(22)，与微控制器(10)相连，

以及计时器。

它还可以包括心率无线接收器(16)，作为心率无线监视器，与微控制器(10)相连接，并将检测的心率输出信号传输给微控制器(10)，经微控制器(10)处理后，可在显示器(18)上显示。

所述步数检测电路部件(14)可以是游泳时采用的划水次数检测电路部件(14’)。所述圈数检测电路部件(12)包括用以测定所述用户的运动方向的霍尔效应传感器元件(26)。所述步数检测电路部件(14)包括压电传感器(34)。所述圈数、所述距离和所述时间之间的关系之一是分段时间。所述圈数检测电路部件(12’)包括电压控制振荡器。它可以是手表和微控制器(10，10’)，圈数检测电路部件(12，12’)，步数检测电路部件(14)和/或划水次数检测电路部件(14’)，和/或心率无线接收器(16，16’)，显示器(18，18’)的各种组合。这样，就实现了本实用新型的目的。

本实用新型的优点是，在一个有利的实施例中，本实用新型腕式健康监视器提供一种健康监视手表，以提供计时功能，同时结合跑步圈数和步数计数器或游泳圈数或划水次数计数器。上述组合中的任何一种都可以更有利地与心率监视器结合，以便提供一种完全的健康监视装置，它不仅监视与健康有关的活动，而且还监视参与者生理状况。通过把参与者在活动期间的心率水平作为一个因素考虑，把心率监视器包括在手表内可以更有效地进行训练。

本实用新型腕式健康监视器有利地利用微控制器，后者从感测/监视电路接收输入信号，并向显示装置和/或其他指示器输出信号。微处理器有利地编程以便把检测的信息处理成有用的活动信息，诸如完成的圈数，移动距离和达到的心率。

结合考虑附图阅读对本实用新型的以下详细描述，将明白本实用新型的其他目的、优点和新型特征。

附图说明

图1是举例说明按照本实用新型的腕式健康监视器的腕式手表的跑步圈数和步数计数心率手表型健康监视器第一实施例的总体结构方框说明图；

图2是举例说明图1中的圈数检测电路的电路简图的一例；

图3是按照本实用新型的腕式健康监视器的一般的步数或划水次数检测电路的电路简图的一例；

图4是举例说明按照本实用新型的腕式健康监视器结合心率无线监视器的圈数和划水次数计数检测健康监视器另一实施例腕式手表的总体结构方框说明图；

图5是本实用新型的腕式健康监视器使用的心率无线接收器的示意图；

图6是举例说明按照本实用新型的腕式健康监视器的跑步传感器步数和圈数处理的流程图；

图7a和7b是举例说明按照本实用新型腕式健康监视器的游泳传感器划水次数和圈数处理的流程图；以及

图7c是举例说明7a方向处理子程序的流程图。

具体实施方式

参见图1，其中示出按照本实用新型的腕式健康监视器实施例的跑步圈数和步数计数心率手表24的第一实施例的结构的方框说明图，图中示出，本实用新型的该腕式手表24的主要组件包括微控制器10，圈数检测电路部件12，步数检测电路部件14，心率无线接收器16，键盘22，作为指示器的显示器18和/或蜂鸣器20，上述各个部件分别与作为中央控制器的微控制器10相连接，微控制器10可采用先有技术中的和现市售的各种微处理器集成电路IC，微控制器10从圈数检测电路部件12、步数检测电路部件14和心率无线接收器16接收输入信号。键盘22作为键输入装置也向微控制器10提供输入信号。微控制器10按照予先输入的予定程序工作，处理输入信息，以便至少向显示器18或诸如蜂鸣器20等其他指示器提供输出信号。结果，健康监视腕式手表装置24通过与人身体育活动有关的传感器部件，亦即作为圈数和步数传感器的圈数检测电路部件12和步数检测电路部件14监视用户身体的运动，而同时本腕式健康监视器的本实施例腕式手表24还把这样被监视的运动诸如典型的手表/停表等计时装置包括在其中，以便测量在活动过程中参与者有用的体能细节/计时记录。圈数和步数传感器可以用来自动地记录训练成绩，诸如圈数和分段时间等。

本实用新型最好还包括心率监视器，用以检测参与者的生理状况，以便更有效地进行活动。

键盘22用于用户按键显示所要显示的信息，显示器18用于显示各种信息，步数信息，圈数信息等等。

参阅图2，图2是圈数检测电路部件12构成实施例说明图。圈数检测电路部件12基于同步电压受控振荡圈数计数电路，以便把地球的地磁分解成诸如北、东北、东、东南、南、西南、西和西北等8个定向方位。圈数检测电路部件12用于检测运动圈数信号，并将信号传给微控制器10，圈数检测电路部件12主要包括有霍尔效应传感器元件26，缓冲放大器28，差动放大器30，电压控制振荡器32及若干电阻电容，按图中电路连接方式相连接，其中霍尔效应传感器元件26用电源V_CC激励，以便让电流通过霍尔效应传感器元件26。结果，当在霍尔效应传感器两端、在与激励电流流动方向和地球磁场方向都垂直的方向上产生霍尔效应电压时，霍尔效应电压信号输出的幅值和方向变为霍尔效应传感器与磁场相对对齐程度的函数。

响应地球磁场，亦即外部的地磁的磁场强度，霍尔效应传感器元件26提供一个差动电压输出信号。该差动电压输出信号通过电阻R1、R2提供给缓冲放大器部分的缓冲放大器28的正输入端。电容C1，C2串联在各自电阻和地电位之间。缓冲放大器28起保持来自霍尔效应传感器26的差动电压输出信号的作用。

来自缓冲放大器28的差动电压输出信号通过各自的电阻作为正输入和负输入提供给差动放大器30。差动放大器30以一定增益把输入信号转换成单一的输出信号。来自差动放大器30的放大后的单一输出信号作为输入提供给电压控制振荡器32。电压控制振荡器32可以是，例如，4046VCO型号。电压控制振荡器32以数字脉冲序列的形式提供输出信号，其频率随其输入端接收的模拟输入信号的电平而线性变化。来自电压控制振荡器32的输出信号提供给微控制器10(图1)进行处理。与本发明具有共同拥有者的美国专利5,844,960和5,661,398给出了按照本发明工作的圈数检测电路的详细说明，其说明书附此作参考。

总而言之，由霍尔效应传感器元件检测的地球磁场方位，以电压电平表示，经过电压-频率转换，以增大分辨率。按照步/划水频率确定/选通方位方向、以便在所采样的磁场方位和用户的协调前向运动之间实现同步。在以普通方式完成8个方位的循环时，确认圈数计数。再次参见美国专利5,844,960和5,661,398，以便更详细地了解适用于本发明的圈数检测电路的详情。

参阅图3，图3是步数检测电路部件14的实施例说明图，步数检测电路部件14主要包括电压跟随电路ICIA，压电传感器34，放大电路ICIB，放大电路ICIC，阈值检测电路ICID，及相配合的若干电阻和电容，这些器件按图3中示出的电路连接方式相互连接，构成步数检测电路部件14，用于检测运动步数的信息并将信息传输给微控制器10。图3中公开了输出表示用户身体特定运动的信号的步数/划水次数检测电路。在以下的描述中，该电路也将被称为用于检测用户步数的步数计电路。当然，用作游泳划水次数传感器时，对来自该电路的输出信号的不同处理可以用来检测用户游泳的划水次数。步数检测电路部件14基于压电传感器34，它响应每一步用户身体的运动。压电传感器34由电压跟随电路ICIA中间偏置。压电传感器34用众所周知的方式工作，以便响应所检测的用户身体的运动输出压电传感器信号。来自压电传感器34的输出信号提供给放大电路ICIB进行放大。然后放大后的输出信号用放大电路ICIC进一步放大，并限制其高频。进一步放大后的信号馈送到阈值检测电路ICID，以便消除无关信号。结果得到输出信号36，提供给微控制器10。

来自步数计传感器电路的输出信号36有两个主要功能。首先，输出信号起步数计数作用，使处理器可以检测步数，以计算诸如所走距离等有用信息。其次，步数计输出信号36用来利用磁场方位分解电路(图2)获取与每一步点方向的同步。这使微控制器10可以计算所完成的圈数。

参阅图5，图5是心率无线接收器16-实施例结构说明图，该心率无线接收器16接收例如来自胸带发送器的心跳信号。在具有共同拥有者的美国专利5,891,042中可以发现无线发送的心跳信号的一个例子及其在健康监视器的微控制器中的接收，其说明书附此作参考。

图5的心率无线接收器16主要包括ASIC(专用集成电路)和相配合的电阻，电容，电感，晶体管等器件，该心率无线接收器16从胸带发送器接收调制脉冲信号，并在ASIC芯片78输出端上提供编码后的数字脉冲信号。这个信号首先由L51和C51产生的5KHz调谐的LC振荡槽路拾取，被晶体三极管TRI缓冲和放大，然后被馈送到接收器ASIC的输入端口(引腿6)。该ASIC的其他外部引腿用来设置用于噪音滤波的该芯片的采样频率脉冲宽度辨别。该ASIC芯片在混频信号处理、滤波和在该芯片引腿13(DETECT)上提供编码的数字脉冲输出中采用最新的芯片工艺。然后把这种脉冲输出信号馈送到微处理器，用于心率计算。

来自心率无线接收器16的输出信号馈送到微控制器10。

参阅图6，现将就图6描述微控制器的操作。作为微控制器10的中央控制单元，通常采用适当的市售的微处理器集成电路IC，将予定控制程序予先输入进微处理器中，运行时，它就会按予定程序进行控制，本实施例中，该图举例说明用于把跑步传感器步数和圈数信号处理成用户有用信息的软件程序的操作。

在图6中，跑步传感器步数/划水次数和圈数处理操作如下。

开始后(步骤50)，划水计数加一(步骤52)，然后确定划水计数是否表示这是用户所作的第一次划水(步骤54)。若是，则过程返回开始框(步骤50)。因此，在用户最初进行第一次划水，开始活动之后，在下一次划水时划水计数器52将加一，然后指示已经有两次划水。在框54，将给出否定的答案，在这种情况下，在框58软件从电压控制振荡器(VCO，见图2)读出方向值。接着，该处理查询这是否用户的第二次划水(步骤60)。在本情况下，这将得到肯定的答复，在这种情况下，该处理过程进到框62，并设置最大VCO，最小VCO，并将起始VCO设置成等于当前的VCO值。然后如返回框64所示该处理过程返回。

上述初始化之后，下一次划水将在查询框60处得到否定的答案。因此，判断是否在框66处设置了(例如设置为1的值)一个标志(标识为标志1)。若否，则该处理过程判断当前VCO值是否大于最大VCO值(步骤68)。若否，则下一步判断当前VCO是否小于最小VCO(步骤70)。再次，若否，则判断最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步骤72)。若上述没有任何一个查询(步骤68-72)的结果得肯定的答案，则该过程返回开始框50(步骤80)，在这种情况下该标志没有设置。这表明用户没有改变他的磁场取向，在直线上跑步就是这种情况。但若当前VCO大于最大VCO(步骤68)，则该过程把最大VCO设置为当前VCO(步骤74)，然后查询最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步骤72)。类似地，若当前VCO小于最小VCO(步骤70)，则该过程把最小VCO设置为等于当前的VCO(步骤76)，然后判断最大VCO是否大于最小VCO的1.5倍(步骤72)。

上述过程一直重复到用户改变他的磁场取向，诸如最大VCO大于最小VCO的1.5倍(步骤72)。此刻，设置所述标志(步骤78)。这样，下一次划水之后，该过程将在步骤66获得肯定的答案，在这种情况下，判断当前VCO是否大于开始VCO值的90％(步骤82)。若否，则该过程返回开始框50(步骤88)。但若得到肯定的答案，则下一步判断当前VCO是否小于开始VCO的110％(步骤84)。若否，则该过程再次返回开始框50。但若是，则该过程把划水计数器复位为0，并肯定新的一圈开始了(步骤86)。

在图4所示的实用新型的腕式健康监视器的另一个实施例中(其中类似组件被赋予类似的标号)，腕式手表24’也包括微控制器10’、圈数检测电路部件12’、替代上例的步数检测部件14的划水次数检测电路部件14’、心率无线接收器16’、作为指示装置的显示器18’和键盘22’。其中各部件与微控制器10’相连接，微控制器10’按予定程序对各相连部件进行控制。因为腕式手表24’用作游泳圈数和划水计数心率手表式装置，所以，图1描述的声响指示器用连接到微控制器10’的振动指示器19代替。与音响蜂鸣器相反，游泳时振动指示器更可能受到用户注意。

本质上，游泳圈数和划水计数心率手表的操作类似于跑步圈数和步数计数心率手表的操作，只是圈数传感器寻找磁场取向的180°的改变(检测翻转点)。此外，尽管步数和划水次数检测电路都利用阈值检测操作，但是利用不同的波特征来识别划水次数还是步数，以便随后的编码。步数还是划水次数的识别由驻留在微控制器10’中的软件完成。其余各部件的结构与功能和前述实施例的相应部件相应。

图7a-7c举例说明游泳传感器划水次数和圈数处理操作。参见图7a，其中，计数器1：该计数器用来限制检测新来回的时间，计数器2：该计数器是队列指针，计数器3：对新来回确认的计数，Tn：这次划水的时间间隔，Tn-1：上次划水的时间间隔，从起始框90开始，每一次划水划水次数计数器加一(步骤92)。然后判断方向是否被确认(步骤94)。若是，然后判断划水的时间间隔是否大于上一次划水的时间间隔的1.5倍(步骤96)。若否，则判断第一计数器是否等于0(步骤98)。若是，则该过程返回开始框90。但若否，则第一计数器减一(步骤104)，而且该处理按图7b所描述的继续。

返回步骤94，若方向没有得到确认，则将第一计数器设置为0(步骤108)，并读出VCO的方向值(步骤110)。将该值保存在队列中(步骤112)。然后，检查队列指针计数器是否具有数值3(步骤114)。若否，则第二计数器加一(步骤116)，并再次检查其值(步骤118)。若第二计数器的值仍旧不等于3，则该过程返回开始框90(步骤122)。

再次通过处理步骤108-118之后，指向队列的第二计数器有可能不是在步骤114就是在步骤118返回肯定的判断。在那种情况下，该处理过程调用方向处理子程序(步骤120)。下面将就图7c描述方向处理子程序120。

参见图7c的方向处理子程序120，其操作由判断一系列条件中是否有任何一个得到满足(步骤126-130)的第一判断开始。若否，则计算平均VCO值(步骤132)，然后设置方向确认标志(步骤134)。然后该处理过程返回到图7a的流程图。VCO1，VCO2和VCO3是3个依次读出的VCO读数(作为变量储存)，用以计算平均取向。

一旦图7a和7c的操作得出方向确认标志被设置的结果，则方向是否得到确认(步骤94)的查询将得出肯定的结果。在这种情况下，该处理过程将通过步骤96-106进行，并且如下面所述参考图7b所描述的继续进行。

图7b举例说明图7a的继续部分。在步骤140，判断VCO减去平均VCO的绝对值是否大于平均VCO值的12.5％。若否，则进行计数以证实新的一圈的第三计数器被设置为0(步骤146)，而且该过程返回开始框90。但若是，则第三计数器加一(步骤142)，然后检查该值是否等于3(步骤144)。若否，则该过程再次返回(步骤148)。但是，若在步骤144得到肯定的答案，则把划水次数值设置为等于其值减3的值(步骤150)。然后，清除方向确认标志，把划水次数存入划水次数缓冲区，把新一圈划水次数(new lap stroke)设置为等于3(步骤152)。然后将这个数据发送给腕式装置(步骤154)，然后该过程返回开始处(步骤156)。最后产品是游泳手表，该手表上附有圈数和划水次数传感器适配器。该适配器具有板上微处理器，以便在通告游泳手表以更新计数之前，检查圈数和划水次数数据。这样，有单独的电池分别用于手表和传感器，以便易于进行电池维护。

本实用新型的健康监视装置不限于这里公开的特定的实施例，而是可以包括任何数目与健康相关的功能和/或生理测量功能的组合。例如，可以提供结合的手表-步数计/游泳划水次数监视器，在这种情况下，按照软件控制，某些电路可以用于双重目的。这种与健康有关的功能的组合可以包括在手表中，带有或不带有心率监视器。当然，按照本实用新型，在腕式装置中可以实现手表、步数计、游泳划水次数监视器、圈数计数器和心率监视器功能的其他组合，以便易于使用，并使用户得到最多的信息。

提出上述公开只是要举例说明本实用新型，而不打算是限制性的。因为本专业的技术人员可以对包括本发明的精神和本质的所公开的实施例作出修改，本实用新型应该设想为包括后附权利要求书及等同物的范围内的一切。

Claims

1.一种腕式健康监视器，其特征在于，

它是腕式结构，可戴在手腕上，成为腕式手表(24，24’)，

它包括：

显示器(18)，与微控制器(10)相连，用以显示所述信号，

键盘(22)，与微控制器(10)相连，

以及计时器。

2.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：它还可以包括心率无线接收器(16)，作为心率无线监视器，与微控制器(10)相连接，并将检测的心率输出信号传输给微控制器(10)，经微控制器(10)处理后，可在显示器(18)上显示。

3.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：所述步数检测电路部件(14)可以是游泳时采用的划水次数检测电路部件(14’)。

4.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：所述圈数检测电路部件(12)包括用以测定所述用户的运动方向的霍尔效应传感器元件(26)。

5.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：所述步数检测电路部件(14)包括压电传感器(34)。

6.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：所述圈数、所述距离和所述时间之间的关系之一是分段时间。

7.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：所述圈数检测电路部件(12’)包括电压控制振荡器。

8.如权利要求1所述的腕式健康监视器，其特征在于：它包括及可以是手表和微控制器(10，10’)，圈数检测电路部件(12，12’)，步数检测电路部件(14)和/或划水次数检测电路部件(14’)，和/或心率无线接收器(16，16’)，显示器(18，18’)的各种组合。