专利名称：便携数字式人体活动量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及便携数字式人体活动量测量装置，具体涉及一种便携式、低功耗， 能实时并准确地测量人体活动量的装置。
背景技术：
人体活动量是人体活动做功的度量，它是衡量人体健康状况的指标之一。静态的 生活方式以及与之密切相关的肥胖等慢性病已经成为当今社会最关注的公共健康问题。研 究证明，现在人们生活方式的改变及活动量的减少，是一些慢性疾病、心血管疾病增加的原 因之一。治疗某些疾病时需要测量活动量，如治疗糖尿病的方法有运动疗法和食物疗法。运 动疗法就需要一种能客观地、长时间地测量人体能量消耗的装置。对于慢性关节炎的治疗， 如能客观测出活动量，就能对疗效做出较为客观的判断。很多疾病治疗后都需要康复一段 时间，这时也需要对活动量进行监测，以更好地观察患者的康复情况。在体育运动中教练员 需要随时掌握运动员的运动量，以制定正确的训练计划，评价训练效果，数字式人体活动量 测量装置可以将运动员在一段时间内的运动量记录下来，然后通过回放可以定量分析运动 员的负荷及体力变化情况。在营养学、劳动生理学等领域，运动量及能耗的研究也具有重要 的意义。据相关文献报道人体活动量的测量方法主要有两种直接测热法和间接测热 法。直接测热法就是将机体在一定时间内散发出的总热量搜集起来并加以测量。这种方法 要求测试环境必须是一个绝热系统，受试者必须戴面罩，整个系统的造价十分昂贵，操作程 序也十分复杂。间接测热法基于化学中的定比定律，要求反应物的量与生成物的量之间呈 一定的比例关系。查出一定时间内人体中氧化分解的糖、脂肪、蛋白质各有多少然后算出该 段时间内整个机体所释放出来的热量。现有的活动量测量装置有呼吸热量计和间接卡路里 计等，但这些仪器共同的不足是受试者的活动范围和自由度受到限制。例如数字式耗氧量 测定仪，由于要求受试者戴呼吸面具，使受试者在测试过程中感到不适。这些装置通常体积 庞大、操作复杂。又如专利200910110367. 8 “基于人体活动量检测的温度调节方法及其装置和系 统”和专利94216958. 1 “人体活动量传感器”，都是采用红外探测元件检测人体发出的红外 信号，然后对信号进行技术处理，从而达到对人体活动量大小进行检测的目的。这两种方法 都只局限在室内，与家用电器结合使用，电耗较大，且当有干扰时，测量结果的准确度也将 受到影响。专利200880100734. X “活动量计”包括传感器、代表加速度计算单元和代表运 动强度计算单元三个部分，其基于传感器的输出信号来计算代表加速度，再基于代表加速 度来计算运动强度，不同的身体活动有不同的运动强度计算式，工作原理较复杂。基于上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种便携数字式人体活动量测量装 置，该装置选用加速度传感器作为敏感元件测量人体的活动量，具有结构简单、便于携带、 功耗低等特点，且测试结果准确可靠。发明内容本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本 低廉、功耗低，测试结果准确可靠的便携式人体活动量测量装置。本实用新型之一种便携数字式人体活动量测量装置的技术内容为便携数字式人 体活动量测量装置，其特征包括加速度传感器、放大器、低通滤波器、A/D转换器、微处理器 和显示器六部分；所述的传感器采用单向加速度传感器，主要用于测量人体行走或跑步运 动时的能量消耗，具体可选用半导体压阻式加速度传感器；所述的放大器与传感器的信号 输出端连接，用于将传感器信号输出端传送的电信号放大，采用三级运放仪表放大器，运放 可选LM3M系列，该系列可采用单电源供电，电路简单；所述的低通滤波器与放大器连接， 用来滤去高频分量、去除杂波干扰，滤除由与人体活动无关的振动造成的高频信号；所述的 A/D转换器与低通滤波器连接，只有一路信号输出，故可选用ADC0804等作A/D转换；所述 的微处理器直接与A/D转换器连接，为了设计成低功耗系统，可选用CMOS结构的单片机，如 80C31等，它具有体积小、质量轻、价格便宜等优点，80C31除正常运行时功耗较低外，还有 两种节电运行模式待机运行模式和掉电运行模式；所述的显示器，采用低功耗液晶显示， 具体可选用DMC161，它可与8位微处理器直接连接。其进一步技术内容为所述的低通滤波器采用的低通截止频率为20Hz，并使用了 模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器采用RC低通滤波，数字滤波器采用数字低通滤波， 数字滤波调试好之后再固化到EPROM(Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM)中 构成一个一体化的装置。其进一步技术内容为所述的A/D转换器的ADC0804片内有数据锁存器，输出数据 可直接与单片机的数据总线相连。其进一步技术内容为所述的微处理器采用正常运行模式和待机运行模式。其进一步技术内容为所述的微处理器是系统的控制中心，可预装计算人体活动 量的程序，它主要实现以下功能一方面计算并显示工作时间、体重及各时间段的人体活 动量；另一方面控制显示器显示语音信号的相关信息，控制按键识别和功能选择。其进一步技术内容为所述的便携数字式人体活动量测量装置以微处理器为核 心，能够将许多硬件功能放在软件中去实现，具有体积小、功耗低等优点。其进一步技术内容为所述的人体活动量测量装置有两种供电方式。对电源的稳 定度要求较高时，用直流电源变换方式供电，具体可采用可充电锂电池经DC-DC变换为5V 电压给装置供电，DC-DC变换器可选用MAX779型；对电源稳定度要求不高时，可采用干电池 直接供电，或采用4节5号可充电电池，更可降低成本。其进一步技术内容为所述的人体活动测量装置运行前需输入人体参数，如体重 等，测量装置自动记录时间，并计算出一定时间段内人体的活动量。本实用新型所取得的有益之处是利用加速度传感器检测人体的加速度信息，并 将其变换为电信号，经过放大、滤波、A/D转换、微处理器等处理及运算，达到测量人体活动 量的目的。本实用新型不仅结构简单、携带方便、功耗低，而且能实时准确测量人体活动量。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。[0017]
图1是人体活动量测量方案框图。图2是MAX779型的DC-DC变换器典型工作电路图。图中1.设定开关电流限制，2.输入端，3.模拟地，4.功率地，5. IA NPN功率开关的 集电极和有源整流二极管的发射极，6.输出端，7.关机控制的输入端，8.反馈输入端，9.加 速度传感器，10.放大器，11.低通滤波器，12. A/D转换器，13.微处理器，14.显示器。
具体实施方式
如
图1所示，为本实用新型便携数字式人体活动量测量装置测量方案框图；本实 用新型之一种便携数字式人体活动量测量装置，是采用加速度传感器(9)对人体活动量进 行检测，当人体处于行走或跑步运动等状态下，加速度传感器(9)将检测到的加速度信息 变换为电信号，电信号经过放大器(10)增加信号幅度或功率，通过截止频率为20Hz的低通 滤波器(11)，滤除高频分量及杂波干扰，处理后的信号通过A/D转换器(1 将模拟信号转 换成数字信号，数字信号经过微处理器(1 的处理，按照预先存储的计算人体活动量的程 序，计算一段时间内人体的活动量，通过显示器(14)将结果显示出来。具体实施时，可将本装置固定在使用者裤子的腰带上，输入人体参数，如体重，当 使用者处于行走或跑步运动等状态时，加速度传感器(9)将检测到的加速度信息变换为电 信号，电信号经过处理后按照预先存储的计算人体活动量的程序，计算该时间段内人体活 动量，将结果显示在显示屏(14)上，并可通过回放比较不同时间段内人体活动量的大小， 便于使用者合理调整运动量。如图2所示，是MAX779型的DC-DC变换器典型工作电路图。MAX779是一种低电压 输入的步升DC-DC变换器，它仅需三个外接元件一个电感和两个电容。MAX779通过外部 电阻分压器可得到2. 5V 6. OV电压。MAX779把一个开关型调节器与一个NPN双极开关、 电流限制、电压基准和有源整流器集成在一个单片上。在关机模式下，内部整流器完全关闭 且将负载与电源隔离，消除了常规步升变换器的漏极电流。MAX779输出电压由两电阻R1和 R2决定，输出电压范围为2. 5 6. 0V。输出电压及电阻队的计算公式如下Vout = 0. 2025 [R^R2) /R2]R1 = R2[(Vout/0. 2025)-1]通过DC-DC变换器可将3V电压变换为5V电压。本装 置可采用将3V的可充电锂电池变换为5V电压给本装置供电。
权利要求1.一种便携数字式人体活动量测量装置，主要包括加速度传感器、放大器、低通滤波 器、A/D转换器、微处理器和显示器。
2.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 加速度传感器采用单向加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 放大器采用三级运放仪表放大器。
4.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 低通滤波器采用的低通截止频率为20Hz，并使用了模拟滤波器和数字滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 微处理器采用具有低功耗的单片机。
6.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 显示器采用低功耗液晶显示。
7.根据权利要求1所述的一种便携数字式人体活动量测量装置，其特征在于，所述的 便携数字式人体活动量测量装置采用MAX779型DC-DC变换器将3V可充电锂电池变换为5V 电压的方式给装置供电。
专利摘要本实用新型涉及一种便携数字式人体活动量测量装置。该装置利用加速度传感器检测人体行走或跑步运动时的加速度信息，并将其变换为电信号，经过放大、滤波、A/D转换、微处理器等处理及运算，达到测量人体活动量的目的，装置由加速度传感器(9)、放大器(10)、低通滤波环节(11)、A/D转换器(12)、微处理器(13)和显示器(14)六部分组成，具有结构简单、便于携带、功耗低等特点，且测试结果准确可靠。
文档编号A61B5/22GK201912098SQ20102061049
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者严圣霞, 串禾 申请人:重庆大学