運動量監控儀的製作方法
2023-09-23 01:23:00 1
專利名稱：運動量監控儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於運動心率監測儀器，特別是一種用心率監測、提示來達到指導調節運動量的訓練用監控儀器和運動中心血管循環安全監控用保健儀器。
運動醫學理論認為，心率是運動強度和運動量監測的最適用的指標。目前，這類儀器中的指測式脈率儀，僅以測量計數為目的而採用，由於不能設置運動中的目標心率範圍和感知其範圍，對於指導訓練，控制運動量仍感到不方便，而且它在運動中的實時測量準確度也不高。
本實用新型的目的在於提供一種新型的具有自動顯示心率計數、可設置目標運動心率(靶心率)範圍、音響信號提示，以及資料存貯功能的運動量監控儀。它可以實現實時紀錄顯示，音響提示報警，反映實時心率是否達到、超過設置的目標運動心率的設定值範圍，該值範圍可因人置宜，自行設定。
本實用新型的技術方案以下述方式給出它由套在手指頭上的光電指脈傳感器獲得反映心臟博動的光電波動信號，經過電路放大、濾波、整形，進入單片機電路進行數據處理，再輸給液晶顯示器顯示，指示心率的實時數值，同時存貯器還貯存運動過程中的心率數據資料，供事後通過液晶顯示器查閱；另外，當心率達到設定的目標運動心率範圍，輸出信號到蜂鳴器，發出與心跳節奏一致的提示聲音，當心率加速而超過設定值上限時發出音樂報警聲音，告知當時的心率狀態，以實現運動員的自我監控。
本運動量監控儀，主要由光電指脈傳感器的指套，液晶數碼顯示器、電源開關、按鍵、蜂鳴器、機殼和裝在機殼內的電路裝置組成。電路裝置包括；一個放大濾波電路。它接在光電指脈傳感器的輸出端，對該輸出的光電波動信號進行放大、濾波、整形，得到一個準方波電壓信號；一個數據處理電路，它接在放大濾波電路的後面，對輸入的準方波脈衝電壓信號進行計數、運算和存貯；一個液晶數碼顯示電路，其輸入端與數據處理電路的輸出端相連，對經過處理後的數據脈衝信號進行顯示；其特徵在於電路裝置還包括一個音響提示報警電路，它由按鍵、單片機、電子開關、音樂晶片和蜂鳴器構成，按鍵接在單片機I／O口的引腳上，由單片機I／O口的另一個引腳接向電子開關。按鍵與單片機配合，用於設置目標運動心率上下限範圍，用於查詢存貯在存貯器中的運動心率資料。上下限範圍顯示，心率資料顯示通過顯示器進行。上下限範圍的實時監控，乃由單片機輸到電子開關的電平信號決定，輸出高電平，導通電子開關，接通音樂晶片工作電源，驅動蜂鳴器發出音響或音樂。發出的短促聲響表示為運動心率正常的提示，對應運動心率在設定的上下限範圍之內，而音樂聲響對應運動心率已超過以上設定範圍的上限值，為運動心率處於過速狀態，作為報警，告知需要減低運動量才能保證安全、適度。
本實用新型的積極效果是1、由於採用了過飽和放大、濾波、整形電路，使得後面的單片機電路工作計數準確、穩定、可靠。克服了不同個體微循環博動強度和不同皮膚透光度差異的影響，克服了運動幹擾產生的影響。
2、通過三個按鍵K1、K2、K8的操作，可以方便地設置目標運動心率，並通過蜂鳴器發出達到目標運動心率的聲響提示和超過目標運動心率的音樂報警。
3、所設的存貯器可以存貯較長時間內的運動心率資料，以供研究分析之用。
4、本機採用了低功耗、價格的單片機集成塊，使整個系統的設計得到簡化，外圍元件少，可靠性高，還增加了貯存資料的功能，體積小，便於攜帶，能滿足實時監控的需要。
5、應用範圍進一步拓寬。可以作為心腦血管類疾病患者的運動安全用監控儀器，作為體育鍛練或運動訓練的最佳運動量監控用器材，也可以用作體檢設備。
以下結合實施例及其附圖作進一步說明
圖1是實施例的外形結構示意圖。
圖2電源開關的電路接線圖。
圖3是電路原理圖。
如
圖1所示，機殼1的面板上設有液晶顯示器2、蜂鳴器5、電源開關6(Ko)、按鍵7(K1、K2、K8)，機殼內部設有電路裝置4，機殼1的右側部位是帶指脈傳感器的指套3。本可攜式結構可以抓在手上，背後用套帶扣在手背和手腕上，使用、攜帶十分方便。
參照圖2、圖3，本儀器的直流電源採用Vcc4.5－6V電池，Ko是雙道電源開關，通過它向電路提供Vcc(5V)，1／2Vcc(2.5V)的工作電源。
圖3所示的電路現按下述七個部分進行分述一、指脈傳感器信號發生電路。指頭的一面是紅外發光管D1，R1為限流電阻，D1發出的紅外光線透過手指頭，由紅外光敏二極體D2接收，形成電流，得到電壓信號，該電壓信號反映了手指微循環隨心跳節奏的變化。
二、放大濾波電路。它由四運放集成電路ICL7641對檢測到的電壓信號進行過飽和放大(AMP1－AMP4)，AMP2做成低通濾波器，第三級AMP3使強信號飽和(即信號基本被放大為高電平或低電平)，第四級AMP4使弱信號也放大飽和，輸出為過飽和的準方波信號。
三、整形電路。為了消除餘峰及幹擾脈衝的影響，再由R14、C4進行低通濾波處理，然後輸給時基電路NE555，由此輸出方波信號，接到單片機的外部中斷O引腳INTo。
四、單片機電路。以上方波信號已能準確地反映心率博動變化的次數而又能排除由於不同個體造成的脈博強度不同的影響。將方波信號送到單片機80C31的INTo腳。單片機電路由單片機80C31，數據鎖存器74HC373，只讀存貯器EPROM27C16和C6、C7，晶振蕩電路組成，C5與電源開關Ko組成上電復位電路。單片機測量兩個相鄰方波的下降沿時間間隔，取倒數×60即得到瞬時心率，再取最鄰近的八個瞬時心率平均形成實時心率，在每個方波的下降沿處驅動液晶實時顯示；單片機還對從INTo輸入的每分鐘方波進入個數進行計數，得到每分鐘心率數據存入存貯器，以供運動結束後查閱。單片機也可採用8OC51，電路組成尚可進一步簡化。本電路從單片機的P1.0、P1.1、P1.3腳輸出，輸向液晶顯示電路。
五、液晶顯示電路。它由三位BCD碼計數器MC14553、反向器CD4069、三個BCD碼解碼驅動器MC14543和液晶顯示器組成。P1。0腳和P1.1腳分別與MC14553的CLK腳，Mr腳相接，單片機的P1.8腳提供MC14553掃描頻率，造通三個MC14543輪流工作，驅動液晶顯示器顯示。
六、按鍵電路。由R15、R16、R17和K1、K2、K3組成。K1接單片機的INT1腳，主發生中斷和進入設置查詢狀態，並驅動顯示上、下限初值，K2主累加，K3主累減。另外，Ko電源開關鍵主重置。
七、音響報警電路。由開關三極體BG1、音樂晶片MC(MX－01)和壓電蜂鳴器5組成。當實時運動心率低於設定的靶心率下限時，單片機的P1.2腳輸出低電平，BG1截止，音樂晶片和蜂鳴器不發聲。當實時運動心率超過設定的靶心率上限時，單片機的P1.2腳送出高電平，BG1導通，音樂苡片接通，播出音樂曲子。當實時心率介於所設定的上下限範圍之內時，單片機的P1.2腳輸出與INTo一致的方波信號，使音樂晶片按心跳節奏導通而驅動蜂鳴器發出短促聲響。
電路工作和按鍵操作的過程簡述如下先將光電指脈傳感器的指套戴在手指上，按下電源開關Ko。監控儀開始工作。這時，指頭上的微循環脈博跳動信號經傳感器轉化成電壓信號，通過對電壓信號放大、濾波、整形，進入單片機電路處理，將反映實時心率的數位訊號輸到液晶顯示器上進行顯示。同時將既往心率隨時間的變化過程以數據形式存貯起來。假定目前已設置的初置值範圍為上限130，下限100，則當所測實際心率處在此範圍內時，儀器報出與心跳節奏一致的短促間響，如果超出此設定範圍的上限，可聽到音樂晶片的音樂信號報警。上述設定值範圍可根據個體情況不同隨時設定，即按運動目的，運動水平，健康狀況，病情調整其目標心率範圍。操作方法為1)按K1鍵第一下。顯示上限，再按K2鍵，上限示數增加；若按K3鍵，則上限示數減少。
2)按K1鍵第二下。顯示下限，其它操作同1)。
3)按K1鍵第三下。系統進入查詢狀態。
4)按K1鍵第四下。系統回到檢測的使用狀態，開始對運動心率監控。
5)查詢既往運動心率。操作為按K1鍵三次，使之先處在上述查詢狀態，再按K2鍵，每按一次對應顯示時間為1分鐘，從Ko合上時的時間開始，每按一次，對應時間加1，依次增加，直到最後的1分鐘，顯示運動時間完畢後再返回到第1分鐘。在相應的時間，只要再按K8即顯示出當時的心率。
權利要求1.一種運動量監控儀，主要由帶光電指脈傳感器的指套(3)，液晶數碼顯示器(2)，電源開關(6)，按鍵(7)，蜂鳴器(5)，機殼(1)和裝在機殼內的電路裝置(4)組成，電路裝置包括一個放大濾波電路，接在光電指脈傳感器的輸出端，對傳感信號進行放大、濾波、整形；一個數據處理電路，接在放大濾波電路的後面，對輸入的脈衝電壓信號進行計數、運算和存貯；一個液晶數碼顯示電路，其輸入端與數據處理電路的輸出端相連，對經過處理後的數據脈衝信號進行顯示；其特徵在於電路裝置還包括一個音響提示報警電路，它由按鍵(7K1、K2、K3)、單片機(80C31)、電子開關(BG1)，音樂晶片(MCMX-0.1)和蜂鳴器構成，按鍵接在單片機I/O的引腳(INT1、P1.5、P1.6)，由單片機I/O口的一個引腳(P1.2)接向電子開關(BG1)，按鍵與單片機配合，用於設置目標運動心率上下限範圍，用於查詢存貯在存貯器中的運動心率資料，單片機通過引腳(P1.2)輸出高電平，導通電子開關，接通音樂晶片，驅動蜂鳴器發出音響或音樂。
2.根據權利要求1所述的運動量監控儀，其特徵在於所說的放大濾波電路為過飽和放大濾波電路，輸出準方波電壓信號。
3.根據權利要求1所述的運動量監腔儀，其特徵在於所述的數據處理電路採用的單片機為80C31或80C51，前者組成的單片機電路包括單片機80C31、數碼鎖存器74HC373，存貯器27C16，用以完成把瞬時心率處理成平均實時心率信號，並對單位時間內輸入的方波進行計數，然後存在存貯器中。
4.根據權利要求1所述的運動量監控儀，其特徵在於在數據處理電路與放大濾波電路之間還設有一級由時基電路(NE555)構成的整形電路，輸出方波脈衝信號接到單片機的外部中斷O引腳(INTo)。
專利摘要本實用新型公開了一種運動量監控儀器。主要由電指脈傳感器，顯示器，開關，按鍵，蜂鳴器，機殼和電路裝置組成。電路裝置包括放大、濾波、整形、數據處理，顯示，音響提示報警電路。可顯示和查詢心率資料。可設定目標運動心率，被測心率與之比較，即可通過聲響指示實時心率狀態，據此可對運動量進行自我調整和監控。本機廣泛適用於運動訓練中運動量的選擇與監控，或者運動安全監護。本機為可攜式結構，小巧實用、準確方便。
文檔編號A61B5/024GK2169371SQ9324082
公開日1994年6月22日 申請日期1993年10月1日 優先權日1993年10月1日
發明者吳人照, 趙勇 申請人:吳人照, 趙勇