專利名稱：人體運動能量消耗監測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監測儀，特別是指一種人體運動能量消耗監測儀。
背景技術：
隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，與生活方式密切相關的慢性非傳染性疾病已成為危害人們健康的頭號殺手。增強體力活動是預防和治療這些疾病主要方法之一，但是，過小的運動起不到治療疾病的作用，過量的運動又會導致某些疾病并發癥的產生，因此指導人們如何進行適量運動已經成為防治慢性病的首要問題。現有的能夠間接測量人體運動能量消耗的儀器有計步器和心率儀，現有的計步器和心率儀需要進行步數或心率的轉換才能查看運動能量值，因此精度很低。現有計步器和心率儀需要進行步數或心率的轉換才能查看運動能量值，因此精度很低。現有計步器和心率儀均沒有考慮用運動強度和運動時間來指導患者如何進行適量運動。并且現有計步器只有顯示功能，無法將數據輸出的計算機進行準確的數據分析，醫生只能給用戶一個很籠統的指導，用戶也只能慢慢摸索適合于自己的運動量。
實用新型內容本實用新型的目的是提出一個小巧的測量人體運動能量消耗強度值的儀器，根據輸入的人體參數值，設定適合不同用戶的運動強度和時間及目標運動量，具有報警功能，并能夠將采集的用戶數據傳輸給計算機做精確地分析。
本實用新型提出的人體運動能量消耗監測儀由以下幾部分組成單片機M，升壓電源U1，采集運動強度的加速度傳感器S，雙運算放大器U4，液晶顯示器LCD，蜂鳴器F、數據輸出端口N，單片機M內置A/D轉換器和LCD驅動電路。加速度傳感器S的輸出電壓輸入第一運算放大器U4A；第一運算放大器U4A與電阻R6、R7、R8、電容C11組成有源低通濾波器；有源低通濾波器輸出經電容C10、電阻R4輸入第二運算放大器U4B；電容C9、電阻R3和第二運算放大器U4B構成帶通濾波器；由第二運算放大器U4B的帶通濾波器的輸出端腳與一個主要包括A/D轉換器、算法處理電路、控制電路和LCD驅動器的單片機M的腳29連接，加速度傳感器S輸出電壓，經濾波放大，直接經單片機M的腳8輸入單片機M內的A/D轉換器，轉換成數字信號，通過算法處理電路中的不同算法計算出運動強度值并根據時間進行累計，計算結果輸入單片機M內的LCD驅動電路，LCD驅動電路與液晶顯示器LCD連接，直接顯示人體運動強度累計值；單片機M的4個I/O端腳39、40、41、42分別接4個按鍵S1、S2、S3、S4。另外，單片機M的腳35通過電阻R9，三極管T2與蜂鳴器F連接，單片機M的腳25、26與第一晶體U2連接，腳21、22與第二晶體U3連接，第一晶體U2與電容C12、C13組成第一頻率振蕩電路，第二晶體U3與電容C1、C2組成第二頻率振蕩電路，另外，所述的電源由一節1.5伏AAA電池、集成器件U1、肖特基二極管T1、電容C3、C4以及電感L1組成，其中，電感L1與肖特基二極管T1的正極相連，肖特基二極管T1的負極依次連接電容C4、C3，集成器件U1具有三個輸出端，其中的兩個輸出端分別與肖特基二極管T1的正極和負極相連，另外一個輸出端連接于電容C4、C3。
人體運動時，加速度傳感器S上輸出電壓信號，該信號輸入到第一運算放大器U4A，由第一運算放大器U4A與電阻R6、R7、R8、電容C11組成的有源低通濾波器，對信號進行第一次放大和濾波。經過放大和濾波處理的信號再經電容C10、電阻R4輸入到由電容C9、電阻R3和第二運算放大器U4B構成的帶通濾波器進行第二次放大和濾波。第二運算放大器U4B的帶通濾波器的輸出端直接與單片機M相連，信號通過單片機M內的A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號。單片機M內的算法處理器通過計算將數字信號計算為運動消耗強度值和運動量值，并將計算結果輸入單片機M內的LCD驅動電路，LCD驅動電路與液晶顯示器LCD連接，由LCD直接顯示運動量。單片機的4個輸出端腳39、40、41、4分別連接4個按鍵S1、S2、S3、S4，4個按鍵能夠輸入人體參數值和預警時間。信號經單片機內的算法處理電路計算出符合該人的目標運動量，到預警時間時如果實際運動量小于目標運動量，則單片機內的控制電路控制蜂鳴器F進行音響報警，提醒用戶運動量不足；如果到一定時刻實際運動量大于目標運動量，則單片機內的控制電路控制蜂鳴器F進行音響報警，提醒用戶運動過量。
本實用新型體積小便于攜帶，采集數據精確，具有報警功能且能夠將采集到的數據傳輸到計算機。
圖1為本實用新型電路圖；具體實施例如圖1所示，人體運動能量消耗儀采用一節1.5伏電池，通過型號為BLM9533C的集成器件U1升壓成所需的3.3伏電壓。集成器件U1同電容C3、C4、電感L1、型號為M745b122p的肖特基二極管T1組成監測儀的電源部分，輸入為1.5伏電池電壓，輸出為3.3伏直流電壓。其A點同時作為系統的模擬地，B點電壓為3.3伏。由壓電材料組成的加速度傳感器S和電阻R5并聯后接入到型號為ICL7621的雙運算放大器中的第一運算放大器U4A的腳5端，其腳6、7同電阻R6、可調電位器R8、電容C11、電阻R7組成有源低通濾波器，對傳感器S輸出信號進行放大、濾波。可調電位器R8用來調整放大倍數，從而校正傳感器S因安裝等原因而引起的誤差。
第二運算放大器U4B的腳2、3與電阻R3、R4及電容C9、C10構成帶通濾波器，濾除輸入信號中的直流部分和高頻部分，并對信號進行適當的放大。運算放大器U4B的腳1與單片機M的腳29連接，將信號輸入單片機M中的A/D轉換器。
單片機M型號為MB89P485L，單片機M主要包括A/D轉換器、算法處理電路，控制電路和LCD驅動器。
U2、U3為石英晶體，其工作頻率分別可為4.2MHz和32.768KHz，分別和電容C12、C13及C1、C2組成晶體振蕩電路，為單片機M提供不同的工作頻率。液晶顯示器LCD采用動態驅動方式，占空比為1/4，偏壓為1/3。
單片機M的腳52、56接電源部分的B端；腳27、34接地，腳25、26與第一晶體U2連接組成第一頻率振蕩電路；腳21、22與第二晶體U3連接組成第二頻率振蕩電路。第一運算放大器U4A腳6和腳7之間并聯電阻R7、電容C11，腳6與電源部分A端之間串聯電阻R6和可調電位器R8組成有源低通濾波器；運算放大器U4B的腳1和腳2之間并聯電阻R3、電容C9，腳2和腳7之間串聯電容C10和電阻R4，腳3通過電阻R2與電源部分A端構成帶通濾波器。四個按鍵S1、S2、S3、S4分別為功能鍵、增加鍵、減小鍵和確認鍵。
本實用新型人體運動能量消耗監測儀是將加速度傳感器輸出的電壓經濾波放大后，通過A/D轉換器直接轉換成數字信號進行運動能量的計算和分析的，因此工作效率很高，僅用一節1.5伏電池，三個集成器件U1，U4和M，有源器件靜態電流極小，正常工作時平均電源電流低于1mA。
權利要求1.一種人體運動能量消耗監測儀，包括電源、加速度傳感器(S)、雙運算放大器U4、液晶顯示器LCD，加速度傳感器(S)的輸出電壓輸入第一運算放大器(U4A)；第一運算放大器(U4A)與電阻(R6)、(R7)、(R8)、電容(C11)組成有源低通濾波器；有源低通濾波器輸出經電容(C10)、電阻(R4)輸入第二運算放大器(U4B)；電容(C9)、電阻(R3)和第二運算放大器(U4B)構成帶通濾波器；其特征在于由第二運算放大器(U4B)的帶通濾波器的輸出端腳與一個主要包括A/D轉換器、算法處理電路、控制電路和LCD驅動器的單片機(M)的腳(29)連接，加速度傳感器(S)輸出電壓，經濾波放大，直接經單片機(M)的腳8輸入單片機(M)內的A/D轉換器，轉換成數字信號，通過算法處理電路中的不同算法計算出運動強度值并根據時間進行累計；計算結果輸入單片機(M)內的LCD驅動電路，LCD驅動電路與液晶顯示器(LCD)連接，直接顯示人體運動強度累計值；單片機(M)的4個I/O端腳(39)、(40)、(41)、(42)分別接4個按鍵(S1)、(S2)、(S3)、(S4)。
2.根據權利要求1所述的人體運動能量消耗監測儀，其特征在于單片機(M)的腳(35)通過電阻(R9)，三極管(T2)與蜂鳴器(F)連接。
3.根據權利要求1所述的人體運動能量消耗監測儀，其特征在于單片機(M)的腳(25)、(26)與第一晶體(U2)連接，單片機(M)的腳(21)、(22)與第二晶體(U3)連接，第一晶體(U2)與電容(C12)，(C13)組成第一頻率振蕩電路，第二晶體(U3)與電容(C1)，(C2)組成第二頻率振蕩電路。
4.根據權利要求1所述的人體運動能量消耗監測儀，其特征在于，電源由一節1.5伏AAA型號電池、集成器件(U1)、肖特基二極管(T1)、電容(C3)、(C4)以及電感(L1)組成，其中，電感(L1)與肖特基二極管(T1)的正極相連，肖特基二極管(T1)的負極依次連接電容(C4)、(C3)，集成器件(U1)具有三個輸出端，其中的兩個輸出端分別與肖特基二極管(T1)的正極和負極相連，另外一個輸出端連接于電容(C4)、(C3)。
專利摘要本實用新型涉及一種人體運動能量消耗監測儀，由顯示器、按鍵、蜂鳴器、數據傳輸口、機殼和電路裝置組成。電路裝置包括加速度傳感器、放大電路、控制電路、算法處理電路和顯示電路。加速度傳感器輸出信號經放大電路濾波、放大后輸入單片機，再經過單片機內的A/D轉換器轉換為數字信號。單片機連接控制電路、顯示電路和數據輸出電路。數據輸出電路能夠通過數據傳輸口將收集的數據傳輸到計算機。蜂鳴器能夠提示用戶是否達到目標運動量。本實用新型提出的人體運動能量消耗監測儀體積小、方便攜帶、耗電少、精度高、方便實用。
文檔編號A61B5/00GK2820082SQ20052001834
公開日2006年9月27日 申請日期2005年5月8日 優先權日2005年5月8日
發明者張德偉, 鄭立安 申請人:北京耀華康業科技發展有限公司