专利名称：无线心率监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种心率监测系统。尽管并非唯一地，但本发明尤其与无线传输心率监测器有关，该监测器包括体安装型心跳检测器和可以戴在身上(例如像手表一样围在佩戴者手腕周围)的远程接收器/显示单元。
背景技术：
传统的心率监测器包括体安装型检测器，比如胸带，当检测到每一次心跳时该检测器就把信号传输到远程显示单元。远程显示单元接收这些信号，然后计算ECG(心电图)脉冲数以便显示出来。这些装置在不受到干扰的情况下一般是可靠的，所说的干扰可能是由来自附近的传输设备(比如移动电话或电力线)的辐射而引起的。这个问题已经在美国专利号5611346和5632279中提出来了。
在前一份文献中，由每一个体安装型发送器产生两个识别脉冲，从而识别脉冲之间的整个计时对应于被确定为到达发送器-接收器对的特定时间间隔，在该特定时间间隔的基础上接收器识别为它指定的测量脉冲。在后一份文献中，用发送器/接收器单元的频率或频率顺序特性对心跳信号(猝发脉冲)进行调幅，在此基础上接收器识别仅为它指定的猝发脉冲。
在已知的现有技术中，心率监测器包括以上所引用的美国专利中所披露的那些，将要显示的实际心率数据(通常是指每分钟的心跳数)不在安装于身体的检测器单元内部进行计算，而是在远程显示位置处例如通过戴在手腕上的腕表型主单元来计算。此外，可以说，由发送器发送到接收器的无线电信号是以ECG猝发脉冲的形式在无线传输的接收端被计算的。因此，在局部范围彼此邻近的多个使用者—比方说在医院或运动场所—佩戴着体安装型发送器的情况下，一定会使用复杂且不可靠的方法以试图辨别各个传输。
发明内容
本发明的一个目的是克服或充分改善以上缺陷和/或更一般地提供一种改进的无线心率监测器。
根据本发明，提供一种无线心率监测系统，该系统包括检测单元和显示单元，这两个单元是分离的且通过无线电线路协同操作进行通信。检测单元包括外壳、在外壳上的用于把外壳连接在使用者身上的连接装置、在外壳上的用于检测所述使用者的ECG脉冲的心率检测器、在外壳内的基于心率检测器所检测到的ECG脉冲计算心率的微处理器、以及在外壳上的用于将表示心率的无线电信号发送至显示单元的发送器，其中所述心率由微处理器计算出来。显示单元包括外壳、在外壳上的用于接收来自检测单元的所述无线电信号的接收器、以及在外壳上的用于显示接收器所接收到的心率的显示器。
优选地，连接装置包括用于缚绕所述使用者胸部的一条或多条带。
优选地，显示单元是腕安装型的。
优选的是，发送器包括射频发送器，而接收器包括射频接收器。
优选的是，发送器由微处理器控制以基本固定的时间间隔发送所述无线电信号。
在优选实施例中，检测单元包括计时装置，用于控制它的发送器在不同于附近另一检测单元的发送时间的时间发送所述无线电信号。
更优选地，发送器由微处理器控制以基本固定的时间间隔发送所述无线电信号，且计时装置包括从所述固定时间间隔划分的一系列时间间隙，这些时间间隙中的一个分配给发送器以发送所述无线电信号。
更优选地，检测单元包括操作器，该操作器的连续压下使所述无线电信号的传输时间从一个时间间隙切换到下一个时间间隙直至到达空的时间间隙。
在优选实施例中，所述无线电信号包括编码数据包，该数据包包括表示由微处理器计算出来的心率的数据。
更优选地，编码数据包还包括识别检测单元的代码。
现在通过举例方式、参考附图更详细地描述本发明，其中图1是根据本发明的无线心率监测系统实施例的前视图，包括胸带型检测单元和腕安装型显示单元；图2是图1所示的发送和接收单元的示意性功能框图；图3A至3C是对本发明与现有技术之间的传输协议进行比较的示意性波形图；以及图4A至4C是由检测单元传输到显示单元的信号的示意性波形图。
具体实施例方式
首先参考附图的图1和图2，表示了具体实施本发明的无线心率监测系统10，其包括两个分离的单元，即检测单元11和显示单元13，它们通过无线电线路20相互通信以便操作。
检测单元11是胸带的形式，包括用于缚绕使用者胸部的一条或多条带以便检测他/她的心跳。显示单元13类似于腕表，其外壳上有LCD显示面板23以便显示所测量的心率。
检测单元11具有外壳12和心率检测器14，该心率检测器被支撑在背面上以便挤靠着使用者的胸部来检测他/她的心跳。放大器15、施密特触发器(Smitt trigger)16、MCU(微处理器控制单元)17、5.3kHz调制器19和RF(射频)发送器18容纳在外壳12内并从检测器14开始串联起来。
所检测到的心跳、ECG信号将由放大器15放大，然后由施密特触发器16转换成脉冲以便由MCU 17进行后续处理。与一般触发器相比，施密特触发器16提供这样的优点它能更好地控制可能由噪声引起的错误触发信号。
其中，MCU 17被编好程序以在施密特触发器16输入的心跳脉冲的基础上计算心率(每分钟的心跳数)，然后把计算出的心率变换为编码数据包。除了计算出的心率以外，MCU 17还使编码数据包中包括能实际识别出检测单元11的使用者ID码、同样由MCU 17作为辅助功能而确定的使用者的移动速度和/或行走距离、以及误差校正位。
编码数据包通过调制器19送至发送器18，从而在微处理器17的控制下作为无线RF信号以5.3kHz的共振由发送器18发送之前通过该调制器进行调制，以便由显示单元13接收。
显示单元13包括用于接收来自检测单元11的RF信号(即编码数据包)的RF接收器21，以及它自有的用于控制的MCU 22，这种控制包括解调和处理编码数据包以从中提取编码数据，即计算得出的心率和移动速度和/或距离(如果包括在内的话)，以便显示在LCD面板23上。
图3A表示典型的心率序列30，该序列中波形的每一个脉冲表示一次心跳。用于传统无线心率监测器的典型RF协议31如图3B所示，根据该协议，每一次检测到心跳时发送一个猝发脉冲。然后在远程显示单元处计算心率并显示出来。由于猝发脉冲在结构上相当基本，因此它们的传输对其他RF源的干扰很敏感，且有时这会导致心率读取不正确。
通过使用本主题的监测系统10，完全在检测单元11处完成心率计算，然后由检测单元11将计算得出的心率作为包括使用者ID的编码数据包(即图3C所示的改进RF协议)发送出去，从而确保了数据的完整性。
图4A表示由“0”和“1”组成的脉冲模式，依据它们的长度来辨别这些脉冲模式。图4B表示用于传输的针对由检测单元11的MCU 17产生的心率信息信号的数据格式，其包括2位的使用者ID以便识别使用者(可达到四位使用者)。紧接着2位使用者ID之后，有8位心率读数，然后跟随着2位奇数奇偶校验位。
图4C表示基本上相同的用于传输信号的数据格式，但扩展至携带心率信息和速度信息。数据串以起始位开始，跟随着相同的2位使用者ID，8位心率读数和2位奇数奇偶校验位，然后是4位速度/距离信息，1位奇数奇偶校验位和停止位。
编码数据包包含附带有使用者ID码的计算出的心率值，并包括误差校正位。一旦接收到损坏的数据包，则腕表型接收器13会译解误差校正位并通过例如在显示器23上闪烁图标来发出存在外部干扰的警告。显示器23可以保持当前的显示屏，直到再次接收到正确信号，或者如果干扰持续存在，那么接收器13可邀请使用者通过例如使读数降至零来改变位置。
心跳信号由嵌入缚到使用者身上的胸带单元11内的MCU 17收集并计算，然后，按每分钟心跳数计的计算得出的心率被传输到腕安装型单元13上以便显示。由于ECG脉冲的收集和计算完全都在与使用者身体(心脏)紧密接触的胸带单元11处进行，因此使干扰降至最低。来自胸带单元11的计算得出的心率作为编码数据包以固定的时间间隔(比如每两秒)发送出去，该数据包带有包含使用者ID、按每分钟心跳数计的心率、校验和以及误差防护位的信息，以便确保该数据被正确地发送、接收和显示。
本主题的无线心率监测系统10支持多个使用者的操作，以避免同一邻近区域中使用者之间的信号干扰，其中每一个使用者都使用一对检测和显示单元11和13。这通过在序列中的不同时间间隙或时路从单独的使用者分时多路发送心率传输而实现。
优选的是，时间间隙从连续的数据包发送之间的前述固定时间间隔(比如两秒)划分而成的相等时间周期，从而不同的检测单元11可在不同的时间发送数据，而不会使数据发生碰撞。为了适应四位使用者，对于两秒的检测单元发送时间间隔，每一个时间间隙可以是半秒长。
在每一个检测单元11中，有计时电路或计数器，其优选地嵌入微处理器17中或由微处理器17执行，以确定针对发送的一个时间间隙。该计时电路与设置在检测单元11前部上的按钮(或按键或其他任何形式的操作器)相关，以便手动操作来改变发送时间间隙。
在实践中，当腕表型接收器13接收到如闪烁图标指示的损坏数据包(由于干扰所致)时，使用者就应连续按下检测单元11上的所述按钮以触发计时电路来开关或切换数据发送时间至下一时间间隙，直至到达开放的或空的时间间隙(即，干扰终止)。
当在胸带单元11内部计算心率时，远程显示单元13可以是仅仅用来接收和显示数据的非常简单的设备。通过利用数据包传输协议上的相关设计，显示单元13可以接收和显示来自任何其他种类的数据传输设备的数据，比如体脂测量仪、血压计和步程计、等等，从而能制造一类健康护理监测系统。
应该了解，修改和/或变更所述实施例对本领域熟练技术人员是显而易见的，不应被认为超出了本发明的范围。例如，双向无线通信线路可用在检测和显示单元之间。此外，通过包含用于数据解码或转换的必要电路，显示单元可以设计成识别和接收来自市场上发现的由其他制造商制造的不同心跳检测单元的信号，等等。
权利要求
1.一种无线心率监测系统，包括检测单元和显示单元，这两个单元是分离的且通过无线电线路协同操作进行通信；检测单元包括外壳；在外壳上的用于把外壳连接在使用者身上的连接装置；在外壳上的用于检测所述使用者的ECG脉冲的心率检测器；在外壳内的基于心率检测器所检测到的ECG脉冲计算心率的微处理器；以及在外壳上的用于将表示心率的无线电信号发送至显示单元的发送器，其中所述心率由微处理器计算出来；显示单元包括外壳；在外壳上的用于接收来自检测单元的所述无线电信号的接收器；以及在外壳上的用于显示接收器所接收到的心率的显示器。
2.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，连接装置包括用于缚绕所述使用者胸部的一条或多条带。
3.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，显示单元是腕安装型的。
4.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，发送器包括射频发送器，而接收器包括射频接收器。
5.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，发送器由微处理器控制，以基本固定的时间间隔发送所述无线电信号。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的监测系统，其特征在于，检测单元包括计时装置，用于控制它的发送器在不同于附近另一检测单元的发送时间的时间发送所述无线电信号。
7.如权利要求6所述的监测系统，其特征在于，发送器由微处理器控制以基本固定的时间间隔发送所述无线电信号，且计时装置包括从所述固定时间间隔划分的一系列时间间隙，这些时间间隙中的一个分配给发送器来发送所述无线电信号。
8.如权利要求7所述的监测系统，其特征在于，检测单元包括操作器，该操作器的连续压下使所述无线电信号的传输时间从一个时间间隙切换到下一个时间间隙，直至到达空的时间间隙。
9.如权利要求1至5中任意一项所述的监测系统，其特征在于，所述无线电信号包括编码数据包，该数据包包括表示由微处理器计算出来的心率的数据。
10.如权利要求9所述的监测系统，其特征在于，编码数据包还包括识别检测单元的代码。
全文摘要
一种无线心率监测系统(10)包括检测单元(11)和显示单元(13)，这两个单元是分离的且通过无线电线路协同操作进行通信。检测单元(11)包括外壳(12)、用于把外壳(12)连接在使用者身上的带、用于检测使用者的ECG脉冲的心率检测器(14)、基于检测到的ECG脉冲计算心率的微处理器(17)、以及用于将表示计算出来的心率的无线电信号发送至显示单元(13)的发送器(18)。显示单元(13)具有外壳、用于接收来自检测单元(11)的无线电信号的接收器(21)、以及用于显示接收器(21)所接收到的心率的显示器(23)。
文档编号G08C17/00GK1853559SQ20061000667
公开日2006年11月1日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年4月29日
发明者陈炜文 申请人:万威科研有限公司