CN2169371Y - 运动量监控仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运动量监控仪器。主要 由电指脉传感器，显示器，开关，按键，蜂鸣器，机壳和 电路装置组成。电路装置包括放大、滤波、整形、数据 处理，显示，音响提示报警电路。可显示和查询心率 资料。可设定目标运动心率，被测心率与之比较，即 可通过声响指示实时心率状态，据此可对运动量进行 自我调整和监控。本机广泛适用于运动训练中运动 量的选择与监控，或者运动安全监护。本机为便携式 结构，小巧实用、准确方便。

Description

本实用新型属于运动心率监测仪器，特别是一种用心率监测、提示来达到指导调节运动量的训练用监控仪器和运动中心血管循环安全监控用保健仪器。

运动医学理论认为，心率是运动强度和运动量监测的最适用的指标。目前，这类仪器中的指测式脉率仪，仅以测量计数为目的而采用，由于不能设置运动中的目标心率范围和感知其范围，对于指导训练，控制运动量仍感到不方便，而且它在运动中的实时测量准确度也不高。

本实用新型的目的在于提供一种新型的具有自动显示心率计数、可设置目标运动心率（靶心率）范围、音响信号提示，以及资料存贮功能的运动量监控仪。它可以实现实时纪录显示，音响提示报警，反映实时心率是否达到、超过设置的目标运动心率的设定值范围，该值范围可因人置宜，自行设定。

本实用新型的技术方案以下述方式给出：它由套在手指头上的光电指脉传感器获得反映心脏博动的光电波动信号，经过电路放大、滤波、整形，进入单片机电路进行数据处理，再输给液晶显示器显示，指示心率的实时数值，同时存贮器还贮存运动过程中的心率数据资料，供事后通过液晶显示器查阅；另外，当心率达到设定的目标运动心率范围，输出信号到蜂鸣器，发出与心跳节奏一致的提示声音，当心率加速而超过设定值上限时发出音乐报警声音，告知当时的心率状态，以实现运动员的自我监控。

本运动量监控仪，主要由光电指脉传感器的指套，液晶数码显示器、电源开关、按键、蜂鸣器、机壳和装在机壳内的电路装置组成。电路装置包括；一个放大滤波电路。它接在光电指脉传感器的输出端，对该输出的光电波动信号进行放大、滤波、整形，得到一个准方波电压信号；一个数据处理电路，它接在放大滤波电路的后面，对输入的准方波脉冲电压信号进行计数、运算和存贮；一个液晶数码显示电路，其输入端与数据处理电路的输出端相连，对经过处理后的数据脉冲信号进行显示；其特征在于电路装置还包括：一个音响提示报警电路，它由按键、单片机、电子开关、音乐芯片和蜂鸣器构成，按键接在单片机I／O口的引脚上，由单片机I／O口的另一个引脚接向电子开关。按键与单片机配合，用于设置目标运动心率上下限范围，用于查询存贮在存贮器中的运动心率资料。上下限范围显示，心率资料显示通过显示器进行。上下限范围的实时监控，乃由单片机输到电子开关的电平信号决定，输出高电平，导通电子开关，接通音乐芯片工作电源，驱动蜂鸣器发出音响或音乐。发出的短促声响表示为运动心率正常的提示，对应运动心率在设定的上下限范围之内，而音乐声响对应运动心率已超过以上设定范围的上限值，为运动心率处于过速状态，作为报警，告知需要减低运动量才能保证安全、适度。

本实用新型的积极效果是

1、由于采用了过饱和放大、滤波、整形电路，使得后面的单片机电路工作计数准确、稳定、可靠。克服了不同个体微循环博动强度和不同皮肤透光度差异的影响，克服了运动干扰产生的影响。

2、通过三个按键K₁、K₂、K₈的操作，可以方便地设置目标运动心率，并通过蜂鸣器发出达到目标运动心率的声响提示和超过目标运动心率的音乐报警。

3、所设的存贮器可以存贮较长时间内的运动心率资料，以供研究分析之用。

4、本机采用了低功耗、价格的单片机集成块，使整个***的设计得到简化，***元件少，可靠性高，还增加了贮存资料的功能，体积小，便于携带，能满足实时监控的需要。

5、应用范围进一步拓宽。可以作为心脑血管类疾病患者的运动安全用监控仪器，作为体育锻练或运动训练的最佳运动量监控用器材，也可以用作体检设备。

以下结合实施例及其附图作进一步说明：

图1是实施例的外形结构示意图。

图2电源开关的电路接线图。

图3是电路原理图。

如图1所示，机壳1的面板上设有液晶显示器2、蜂鸣器5、电源开关6（Ko）、按键7（K₁、K₂、K₈），机壳内部设有电路装置4，机壳1的右侧部位是带指脉传感器的指套3。本便携式结构可以抓在手上，背后用套带扣在手背和手腕上，使用、携带十分方便。

参照图2、图3，本仪器的直流电源采用Vcc4.5－6V电池，Ko是双道电源开关，通过它向电路提供Vcc（5V），1／2Vcc（2.5V）的工作电源。

图3所示的电路现按下述七个部分进行分述：

一、指脉传感器信号发生电路。指头的一面是红外发光管D₁，R₁为限流电阻，D₁发出的红外光线透过手指头，由红外光敏二极管D₂接收，形成电流，得到电压信号，该电压信号反映了手指微循环随心跳节奏的变化。

二、放大滤波电路。它由四运放集成电路ICL7641对检测到的电压信号进行过饱和放大（AMP₁－AMP₄），AMP₂做成低通滤波器，第三级AMP₃使强信号饱和（即信号基本被放大为高电平或低电平），第四级AMP₄使弱信号也放大饱和，输出为过饱和的准方波信号。

三、整形电路。为了消除余峰及干扰脉冲的影响，再由R₁₄、C₄进行低通滤波处理，然后输给时基电路NE555，由此输出方波信号，接到单片机的外部中断O引脚INTo。

四、单片机电路。以上方波信号已能准确地反映心率博动变化的次数而又能排除由于不同个体造成的脉博强度不同的影响。将方波信号送到单片机80C31的INTo脚。单片机电路由单片机80C31，数据锁存器74HC373，只读存贮器EPROM27C16和C₆、C₇，晶振荡电路组成，C₅与电源开关Ko组成上电复位电路。单片机测量两个相邻方波的下降沿时间间隔，取倒数×60即得到瞬时心率，再取最邻近的八个瞬时心率平均形成实时心率，在每个方波的下降沿处驱动液晶实时显示；单片机还对从INTo输入的每分钟方波进入个数进行计数，得到每分钟心率数据存入存贮器，以供运动结束后查阅。单片机也可采用8OC51，电路组成尚可进一步简化。本电路从单片机的P_1.0、P_1.1、P_1.3脚输出，输向液晶显示电路。

五、液晶显示电路。它由三位BCD码计数器MC14553、反向器CD4069、三个BCD码译码驱动器MC14543和液晶显示器组成。P_1。0脚和P_1.1脚分别与MC14553的CLK脚，Mr脚相接，单片机的P_1.8脚提供MC14553扫描频率，造通三个MC14543轮流工作，驱动液晶显示器显示。

六、按键电路。由R₁₅、R₁₆、R₁₇和K₁、K₂、K₃组成。K₁接单片机的INT₁脚，主发生中断和进入设置查询状态，并驱动显示上、下限初值，K₂主累加，K₃主累减。另外，Ko电源开关键主重置。

七、音响报警电路。由开关三极管BG₁、音乐芯片MC_{（MX－01）}和压电蜂鸣器5组成。当实时运动心率低于设定的靶心率下限时，单片机的P_1.2脚输出低电平，BG₁截止，音乐芯片和蜂鸣器不发声。当实时运动心率超过设定的靶心率上限时，单片机的P_1.2脚送出高电平，BG₁导通，音乐苡片接通，播出音乐曲子。当实时心率介于所设定的上下限范围之内时，单片机的P_1.2脚输出与INTo一致的方波信号，使音乐芯片按心跳节奏导通而驱动蜂鸣器发出短促声响。

电路工作和按键操作的过程简述如下：

先将光电指脉传感器的指套戴在手指上，按下电源开关Ko。监控仪开始工作。这时，指头上的微循环脉博跳动信号经传感器转化成电压信号，通过对电压信号放大、滤波、整形，进入单片机电路处理，将反映实时心率的数字信号输到液晶显示器上进行显示。同时将既往心率随时间的变化过程以数据形式存贮起来。假定目前已设置的初置值范围为上限130，下限100，则当所测实际心率处在此范围内时，仪器报出与心跳节奏一致的短促间响，如果超出此设定范围的上限，可听到音乐芯片的音乐信号报警。上述设定值范围可根据个体情况不同随时设定，即按运动目的，运动水平，健康状况，病情调整其目标心率范围。操作方法为

1）按K₁键第一下。显示上限，再按K₂键，上限示数增加；若按K₃键，则上限示数减少。

2）按K₁键第二下。显示下限，其它操作同1）。

3）按K₁键第三下。***进入查询状态。

4）按K₁键第四下。***回到检测的使用状态，开始对运动心率监控。

5）查询既往运动心率。操作为按K₁键三次，使之先处在上述查询状态，再按K₂键，每按一次对应显示时间为1分钟，从Ko合上时的时间开始，每按一次，对应时间加1，依次增加，直到最后的1分钟，显示运动时间完毕后再返回到第1分钟。在相应的时间，只要再按K₈即显示出当时的心率。

Claims (4)

1、一种运动量监控仪，主要由带光电指脉传感器的指套(3)，液晶数码显示器(2)，电源开关(6)，按键(7)，蜂鸣器(5)，机壳(1)和装在机壳内的电路装置(4)组成，电路装置包括一个放大滤波电路，接在光电指脉传感器的输出端，对传感信号进行放大、滤波、整形；

一个数据处理电路，接在放大滤波电路的后面，对输入的脉冲电压信号进行计数、运算和存贮；

一个液晶数码显示电路，其输入端与数据处理电路的输出端相连，对经过处理后的数据脉冲信号进行显示；其特征在于：电路装置还包括一个音响提示报警电路，它由按键(7K₁、K₂、K₃)、单片机(80C31)、电子开关(BG₁)，音乐芯片(MC_MX-0.1)和蜂鸣器构成，按键接在单片机I/O的引脚(INT₁、P_1.5、P_1.6)，由单片机I/O口的一个引脚(P_1.2)接向电子开关(BG1)，按键与单片机配合，用于设置目标运动心率上下限范围，用于查询存贮在存贮器中的运动心率资料，单片机通过引脚(P_1.2)输出高电平，导通电子开关，接通音乐芯片，驱动蜂鸣器发出音响或音乐。

2、根据权利要求1所述的运动量监控仪，其特征在于所说的放大滤波电路为过饱和放大滤波电路，输出准方波电压信号。

3、根据权利要求1所述的运动量监腔仪，其特征在于所述的数据处理电路采用的单片机为80C31或80C51，前者组成的单片机电路包括单片机80C31、数码锁存器74HC373，存贮器27C16，用以完成把瞬时心率处理成平均实时心率信号，并对单位时间内输入的方波进行计数，然后存在存贮器中。

4、根据权利要求1所述的运动量监控仪，其特征在于在数据处理电路与放大滤波电路之间还设有一级由时基电路（NE555）构成的整形电路，输出方波脉冲信号接到单片机的外部中断O引脚（INTo）。