专利名称：一种便携式运动生理参数监护仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式运动生理参数监护仪，特别涉及一种能监测血乳酸浓 度变化和心率变化以反应人体运动状态的便携式运动生理参数监护仪。
背景技术：
运动是人们增进心肺功能，获得强健体魄的主要途径，一般认为，以强身健体为目 的的运动应采取适度的有氧运动。但绝大多数人在锻炼时，由于缺乏必要的指导和监测手 段，往往导致无法判断自己的运动锻炼强度是否适度，而锻炼强度是否适度，直接影响到锻 炼效果，尤其对于某些特殊群体，例如老年人、心血管疾病患者等，甚至还会因为运动过度 而严重影响身体状况，甚至威胁生命。因此，在运动之前制定有效的锻炼计划以及在运动过 程中采用适当的生理指标监测手段是非常必要的。目前，乳酸阈值，或称个体无氧阈值，是人们常用的判断人体是否在进行有氧运动 锻炼的方法。血乳酸浓度检测是判断生理负荷强度最理想的生理指标，但现有采用较多的 的血乳酸的检测，是直接从人体采血来进行分析，如果在运动锻炼中采取这种方法，会造成 人体产生针刺损伤，不仅采样不便，且也较难被大众接受。同时，目前血液中乳酸含量的分 析测试需要使用体积庞大、价格昂贵的仪器设备，所以此种检测方法并不适用于普通人群。
实用新型内容为了克服现有血乳酸检测设备使用不便、成本过高的技术问题，本实用新型提供 一种可随身携带、无创检测且成本较低、使用方便的便携式运动生理参数监护仪。为了实现上述技术效果，本实用新型的技术方案是，一种便携式运动生理参数监 护仪，其包括主控模块、数据采集模块和触摸屏模块，所述的数据采集模块和触摸屏模块分 别与主控模块通信连接。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其还包括SD卡存储模块，所述的SD卡存 储模块的输入端连接至主控模块的输出端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的主控模块包括中央处理器和A/ D转换电路，所述的A/D转换电路的输出端连接至中央处理器的输入端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其还包括一报警电路，所述的报警电路 的控制端连接至主控模块的输出端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的数据采集模块包括光检测模块 和数据预处理模块，所述的光检测模块的输出端连接至数据预处理模块的输入端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的光检测模块包括光发生器和光 探测器，所述的光发生器和光探测器分别与主控模块通信连接，光发射器包括依次连接的 时序电路、驱动电路和发光二极管，光探测器包括用于接收发光二极管所发射出的光线的 光电传感器，光电传感器的输出端连接至数据预处理模块的输入端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的发光二极管包括一个波长范围为600-700nm的红外发光二极管，以及一个波长范围为900-1000nm的近红外发光二极管。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的数据预处理模块包括依次连接 的前置放大电路、分离电路、滤波电路、电平转换电路，所述的分离电路将不同波长的信号 分离后进入低通滤波器处理，滤波电路输出端分别连接至主控模块的4路AD转换电路的输 入端。上述的一种便携式运动生理参数监护仪，其所述的滤波电路包括二低通滤波电 路、二高通滤波电路、二电平转换电路，所述的二低通滤波电路的输入端均连接至分离电路 的输出端，输出端分别连接至两路AD转换电路和二高通滤波器的输入端，二高通滤波器输 出端分别连接二电平转换电路，二电平转换电路输出端连接中央处理器的另两路AD转换 电路输入端。本实用新型的技术效果在于，应用近红外线光密度变化曲线与血液中乳酸浓 度变化的高相关性并参考心率法来监测人体运动中的生理状态，判断运动合理性。不需采 用会对人体产生创伤的方法来采取血样进行血液乳酸含量的检测，且仪器结构简单、易于 实现，可有效地检测出人体运动时的实时生理状态，不需采用复杂昂贵的仪器对血液成分 进行分析。且仪器可根据使用者的不同需求采用四中不同的定标方式，使仪器易于不同种 类人群使用。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型光检测模块的结构示意图；图3为本实用新型的电路框图；图4为本实用新型的使用流程图。
具体实施方式
参见图1、图2，本实用新型包括主控模块、数据采集模块和触摸屏模块，数据采集 模块和触摸屏模块分别与主控模块通信连接。数据采集模块包括光检测模块和数据预处 理模块，光检测模块的输出端连接至数据预处理模块的输入端。光检测模块主要通过照射 手指或耳垂来采集人体近红外光投射强度，并将信号进行预处理后发送至主控模块进行分 析，光检测模块主要分为光发生器和光探测器两部分。光发生器主要由发射不同波长光的 两个LED形成，驱动电路根据时序电路产生的时序驱动发光波长为660nm和940nm的两个 发光二极管按一定顺序开关；光探测器用于接受透过人体的光强度并转换成相应电压值送 入数据预处理模块中。参见图3，前置放大器将采集到的电压放大到可接受范围，经过分离电路将两路 LED信号分开并在滤波电路中的低通滤波器实现去掉高频噪声并把处理后的信号其送入 ARM处理器自带的AD转换引脚用于计算近红外光的投射强度。将低通滤波后的信号输入高 通滤波器，在高通滤波器中去掉直流信号，通过电平转换电路将信号转换成AD转换器处理 范围区域内的信号并将输出信号输入ARM处理器自带的AD转换引脚以显示脉搏波形和计 算心率。 ARM处理器通过自带的4个AD转换器分别接收来自两路低通滤波电路的信号和两
4路高通滤波后经由电压转换电路后的信号，并通过微分阈值等算法，对接收到的信号进行 处理，计算出近红外投射强度以及心率值并将这些值和脉搏波形显示在彩色触摸屏上。当 所测得的数据超过额定值，处理器通过报警电路发出报警信号，提示用户。NAND Flash用于 储存系统程序，JTAG接口用于烧写程序。在运动过程中所监测到的数据存储到SD卡中，以备后续分析使用。参见图4，整个仪器采用Iinux操作系统作为系统软件开发平台，并移植QT用户界 面软件用于编写用户界面及应用程序，这使得系统具有良好的可移植性。对于具体的用户 应用程序分为以下三个部分登陆程序，可以添加删除用户，用于保护用户隐私，使得仪器适应于多用户使用。参数输入界面，用于输入个人信息及身体参数，本仪器根据使用者的不同需求采 用四中不同的定标方式，四种方式分别是对于专业运动员，配合功率自行车、观察不同强 度长时间(30min)运动时近红外光密度和心率轻度升高与快速提高的临界点，以验证阶段 性训练的成果。对于运动爱好者，测量计算临界速度(负荷)，并记录以临界速度(负荷)运 动时的身体参数，用于运动监测。对于一般使用者，采用运动强度在最大运动心跳率60至 90%之间的身体参数进行监测；对于亚健康人群、疾病患者采用运动自觉量表，记录量表中 每种强度对应的身体参数，以此来监测身体运动状态。通过参数输入，进入监测界面，监测界面显示透射强度值、心率值、脉搏波形三个 部分。供使用者实时参看，并将监测到的数据储存到SD上，以供后续分析。
权利要求1.一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，包括主控模块、数据采集模块和触摸 屏模块，所述的数据采集模块和触摸屏模块分别与主控模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，还包括一报 警电路，所述的报警电路的控制端连接至主控模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，还包括SD卡 存储模块，所述的SD卡存储模块的输入端连接至主控模块的输出端。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述 的主控模块包括中央处理器和A/D转换电路，所述的A/D转换电路的输出端连接至中央处 理器的输入端。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述 的数据采集模块包括光检测模块和数据预处理模块，所述的光检测模块的输出端连接至数 据预处理模块的输入端。
6.根据权利要求5所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述的光检 测模块包括光发生器和光探测器，所述的光发生器和光探测器分别与主控模块通信连接， 光发射器包括依次连接的时序电路、驱动电路和发光二极管，光探测器包括用于接收发光 二极管所发射出的光线的光电传感器，光电传感器的输出端连接至数据预处理模块的输入 端。
7.根据权利要求6所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述的 发光二极管包括一个波长范围为600-700nm的红外发光二极管，以及一个波长范围为 900-1000nm的近红外发光二极管。
8.根据权利要求7所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述的数据 预处理模块包括依次连接的前置放大电路、分离电路、滤波电路、电平转换电路，所述的分 离电路将不同波长的信号分离后进入低通滤波器处理，滤波电路输出端分别连接至主控模 块的4路AD转换电路的输入端。
9.根据权利要求8所述的一种便携式运动生理参数监护仪，其特征在于，所述的滤波 电路包括二低通滤波电路、二高通滤波电路、二电平转换电路，所述的二低通滤波电路的输 入端均连接至分离电路的输出端，输出端分别连接至两路AD转换电路和二高通滤波器的 输入端，二高通滤波器输出端分别连接二电平转换电路，二电平转换电路输出端连接中央 处理器的另两路AD转换电路输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式运动生理参数监护仪，包括主控模块、数据采集模块、触摸屏模块、报警电路和SD卡存储模块，所述的数据采集模块和触摸屏模块分别与主控模块通信连接，所述的报警电路的控制端连接至主控模块的输出端，所述的SD卡存储模块的输入端连接至主控模块的输出端。本实用新型的技术效果在于，应用近红外线光密度变化曲线与血液中乳酸浓度变化的高相关性并参考心率法来监测人体运动中的生理状态，判断运动合理性。不需采用会对人体产生创伤的方法来采取血样进行血液乳酸含量的检测，且仪器结构简单、易于实现，可有效地检测出人体运动时的实时生理状态，不需采用复杂昂贵的仪器对血液成分进行分析。
文档编号A61B5/0205GK201840477SQ20102057930
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者张弘强, 邓振生 申请人:中南大学