专利名称：卡路里监测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人体能量消耗监测技术，尤其涉及一种卡路里监测仪。
背景技术：
卡路里是指将1克水在1大气压下提升1摄氏度所需要的热量，现在常用来衡量人类每日摄入或者消耗的热量数，但是直接检测卡路里十分困难，且不易操作。在早期，人们为了评估和度量人体的运动能量消耗问题，就采用计步定量估算的办法，由此，计步器就被人们应用到健康和运动科学中来。计步器，作为一种评估人体活动的一种工具是在7、80年代，或许更早的时候出现的，在出现之初，计步器是利用机械摆动的重锤推动机械表走动实现的，就像早期的机械表。由于机械结构的原理，当时的计步器只能佩戴在腰间，并且，按照一个特定方向(垂直)方向佩戴。后来，随着MCU的发展，步数的记录改为电子记录，并通过LCD显示，但是，计步原理没有发生任何改变。当然，由于MCU的应用，人们不仅仅限于步数的记录，而是在计步的基础上增加了运动能耗的估算，估算的方法是根据测定步数*步幅计算步行距离，然后根据距离和能耗之间的常模公式推算能耗值 (KCal)。然而，现有这种以计步器为代表的人体能量消耗监测的技术方案，不能精确的测出人体的实际能量消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能更为精确的测出人体的实际能量消耗的卡路里监测仪。为达到上述目的，本发明提供了一种卡路里监测仪，包括人体电阻测试电路，用于采集人体对应部位体表当前的体表电阻数据；体表温度传感器，用于采集所述人体对应部位体表当前的体表温度数据；环境温度传感器，用于采集所述人体对应部位体表当前所处环境温度数据；3D加速度传感器，用于采集所述人体对应部位的三维位移数据；单片机，用于接收所述体表电阻数据、所述体表温度数据、所述环境温度数据和所述三维位移数据，根据上述数据计算所述人体对应部位的耗氧量，根据所述耗氧量计算出对应的卡路里消耗量；存储器，用于存储所述单片机获取的卡路里消耗数据；通讯接口，用于实现所述单片机与上位机之间的通讯。本发明的卡路里监测仪，其为一个由壳体和与其相连的系带构成的腕表形结构， 所述壳体包括上壳体和与其配合的下壳体，所述系带固定在所述上壳体上，所述人体电阻测试电路、所述体表温度传感器、所述环境温度传感器、所述3D加速度传感器、所述单片机、所述存储器和所述通讯接口设置在位于所述壳体内的电路板上，所述环境温度传感器的探头穿透所述上壳体暴露在外，所述人体电阻测试电路的两个金属电极片间隔设置在所述下壳体的下表面上，所述体表温度传感器的探头穿过所述下壳体与其中一个金属电极片相接触。本发明的卡路里监测仪，所述上壳体的上表面上设有葫芦形突起，所述葫芦形突起穿透所述系带中部且其上表面与所述系带中部的上表面平齐，所述环境温度传感器的探头设置在所述葫芦形突起上。本发明的卡路里监测仪，所述通讯接口为USB接口，所述USB接口穿透所述葫芦形突起且其上端与所述葫芦形突起的上表面平齐。本发明的卡路里监测仪，所述上壳体和所述电路板之间设有按钮，固定件的两个固定杆穿过所述按钮与所述葫芦形突起相连，所述固定杆的上端与所述葫芦形突起的上表面平齐，所述按钮上表面上设有按压凸台，所述按压凸台穿透所述葫芦形突起且其上端与所述葫芦形突起的上表面平齐，所述按钮下表面上设有触杆，所述触杆的下端与设置于所述电路板上的按键开关接触配合。本发明的卡路里监测仪，所述固定件为透明材质，两个所述固定杆为空心圆柱形， 所述电路板上设置有两个红绿双色的状态指示灯，一个用于存储状态指示，另一个用于电量状态指示，两个所述固定杆的下端分别对应套在两个所述状态指示灯上。本发明的卡路里监测仪，还包括蓝牙模块，用于实现所述卡路里监测仪与外部移动设备之间的通讯。本发明的卡路里监测仪，还包括用于向设备供电的锂电池，所述锂电池固定在所述上壳体内壁的卡槽中。本发明的卡路里监测仪，还包括与所述状态指示灯同步配合的蜂鸣器，用于当接收到所述单片机发送的状态报警信号后，输出既定时长的警示音。本发明的卡路里监测仪，所述上壳体和所述下壳体为ABS硬质塑料材质，所述系带和所述按钮为硅胶材质，所述固定件为亚克力材质。本发明的卡路里监测仪包括人体电阻测试电路，用于采集人体对应部位体表当前的体表电阻数据；体表温度传感器，用于采集人体对应部位体表当前的体表温度数据；环境温度传感器，用于采集人体对应部位体表当前所处环境温度数据；3D加速度传感器，用于采集人体对应部位的三维位移数据；单片机，用于接收体表电阻数据、体表温度数据、环境温度数据和三维位移数据，根据数据计算人体对应部位的耗氧量，根据耗氧量计算出对应的卡路里消耗量，因此，本发明的卡路里监测仪综合了人体的运动、体表与环境温差和体表电阻变化三种能间接反映人体卡路里消耗的因素来计算卡路里消耗量，而不像现有计步器那样单单依靠运动来计算卡路里消耗量，从而能更准确可靠的反映出人体的实际卡路里消耗量。此外，本发明的卡路里监测仪为腕表形状，其体积小、便于携带。
图1为本发明的卡路里监测仪的立体结构示意图；图2为本发明的卡路里监测仪的立体结构分解示意图；图3为本发明的卡路里监测仪的主电路结构框图；图4为本发明的卡路里监测仪的单片机部分的电路原理图；图5为本发明的卡路里监测仪的体表电阻测量电路部分的电路原理图；图6为本发明的卡路里监测仪的环境温度传感器部分的电路原理图7为本发明的卡路里监测仪的体表温度传感器部分的电路原理图；图8为本发明的卡路里监测仪的3D加速传感器部分的电路原理图；图9为本发明的卡路里监测仪的状态指示部分的电路原理图；图10为本发明的卡路里监测仪的按键开关部分的电路原理图；图11为本发明的卡路里监测仪的电池接口部分的电路原理图；图12为本发明的卡路里监测仪的存储器部分的电路原理图；图13为本发明的卡路里监测仪的USB接口部分的电路原理图；图14为本发明的卡路里监测仪的蓝牙模块部分的电路原理图；图15为本发明的卡路里监测仪的电源部分的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述参考图3所示，本实施例的卡路里监测仪包括人体电阻测试电路404，用于采集人体对应部位体表当前的体表电阻数据；体表温度传感器405，用于采集人体对应部位体表当前的体表温度数据；环境温度传感器406，用于采集人体对应部位体表当前所处环境温度数据；3D加速度传感器407，用于采集人体对应部位的三维位移数据；单片机408，用于接收体表电阻数据、体表温度数据、环境温度数据和三维位移数据，根据数据计算人体对应部位的耗氧量，根据耗氧量计算出对应的卡路里消耗量，我们研究发现，上臂皮肤表面的出汗后导致的电阻变化和运动时人体位置的改变能够间接的反应卡路里消耗，由于身体各部分组织的代谢水平和散热条件不同，各部温度存在一定的差别，体表各部的温度也由于散热和血液供应不同而有明显差异，一般头面部较高，胸腹部次之，四肢末端最低，因此当臂部出汗时，即代表全身出汗，为维持体热平衡，汗腺开始分泌汗液，即为显性出汗，汗液蒸发而带走热量，一般认为皮肤温度达到34度时人体开始启动出汗机制，而运动部位皮肤温度达到出汗阈值和发生显性出汗的时间一致，其中，出汗或者不出汗情况下皮肤电阻会产生差异，由此来判断机体内耗氧量的变化，出汗量的增多能够反映机体耗氧量增加，而耗氧量的改变能够反映机体内卡路里消耗量，而皮肤周围环境温度和皮肤温度之间的差值温度越大，耗氧量也越大，因此也能够用来判断体内的耗氧量；存储器409，用于存储单片机408获取的卡路里消耗数据；USB接口 403，用于实现单片机408与上位机之间的通讯；蓝牙模块 410，用于实现卡路里监测仪与外部移动设备(例如带有蓝牙功能的手机)之间的通讯，以便于用户随时查看；状态指示电路402，用于指示卡路里监测仪的存储状态和电量状态；以及按键开关401，用于启停卡路里监测仪，戴上时自动开启，摘下时自动关闭。结合图1和图2所示，本实施例的卡路里监测仪为一个由壳体和与其相连的系带 1构成的腕表形结构，壳体包括上壳体2和与其配合的下壳体3，上壳体2和下壳体3均为 ABS硬质塑料材质，系带1为硅胶材质，系带1固定在上壳体2上，人体电阻测试电路404、 体表温度传感器405、环境温度传感器406、3D加速度传感器407、单片机408、存储器409和通讯接口设置在位于壳体内的电路板4上，环境温度传感器406的探头穿透上壳体2暴露在外，人体电阻测试电路404的两个金属电极片40 间隔设置在下壳体3的下表面上，体表温度传感器405的探头穿过下壳体3与其中一个金属电极片40 相接触。其中，上壳体2的上表面上设有葫芦形突起201，葫芦形突起201穿透系带1中部且其上表面与系带1中部的上表面平齐，环境温度传感器406的探头设置在葫芦形突起201 上，而USB接口 403则穿透葫芦形突起201且其上端与葫芦形突起201的上表面平齐。上壳体2和电路板4之间设有硅胶材质的按钮5，固定件6的两个透明的亚克力材质的固定杆601穿过按钮5与葫芦形突起201相连，固定杆601的上端与葫芦形突起201的上表面平齐，两个固定杆601为空心圆柱形，电路板4上设置有两个红绿双色的状态指示灯40加， 一个用于存储状态指示，另一个用于电量状态指示，两个固定杆601的下端分别对应套在两个状态指示灯40 上。按钮5上表面上设有按压凸台501，按压凸台501穿透葫芦形突起201且其上端与葫芦形突起201的上表面平齐，按钮5下表面上设有触杆502，触杆502 的下端与设置于电路板4上的按键开关401接触配合。该卡路里监测仪还包括与状态指示灯40 同步配合的蜂鸣器，以及向设备供电的锂电池411和电源电路，蜂鸣器用于当接收到单片机408发送的状态报警信号后，输出既定时长的警示音，锂电池411固定在上壳体2 内壁的卡槽中。如图4所示，其中，单片机408的型号为MSP430F5528。结合图5所示，人体电阻测试电路404主要由运算放大器及其外围电路构成，人体电阻测试电路404的输出端GSRO与单片机408的第5管脚相连，人体电阻测试电路404的 P5接线端子的第1管脚和第2管脚分别对应与两个金属电极片40 相连。结合图6、图7和图8所示，体表温度传感器405的输出端near skin和环境温度传感器406的输出端skin分别对应与单片机408的第6管脚和第7管脚相连，3D加速度传感器407的型号为ADXL335，其Xout输出端、Yout输出端和hut输出端分别对应与单片机 408的第1管脚、第2管脚和第3管脚相连。结合图9所示，状态指示电路402包括上述的两个红绿双色的状态指示灯40 和上述的蜂鸣器，其中，两个红绿双色的状态指示灯40 的输入端LEDMEMR、LEDMEMG、 LEDBATR、LEDBATG分别对应与单片机408的第31管脚、第32管脚、第四管脚和第30管脚相连，蜂鸣器的FENGl和FENG2输入端分别对应与单片机408的第27管脚和第沈管脚相连。结合图10和图11所示，按键开关401的switch端与单片机408的第46管脚相连，电池接口电路的Pl接线端子与锂电池411相连，电池接口电路的BATSTATE端与单片机 408的第8管脚相连。结合图12所示，存储器的型号为SST25VF032B，该存储器的第1管脚、第2管脚、第 5管脚和第6管脚分别对应与单片机408的第33管脚、第35管脚、第34管脚和第36管脚相连。结合图13所示，USB接口电路的VBUS、DM、PUR和DP端分别对应与单片机408的第53管脚、第52管脚、第51管脚和第50管脚相连。结合图14所示，蓝牙模块410的型号为LMX9830，蓝牙模块410的A7、B3、C3、Bl 和Cl管脚分别对应与单片机408的第41管脚、第37管脚、第38管脚、第42管脚和第43 管脚相连。结合图15所示，蓝牙模块410的型号为LMX9830，蓝牙模块410的A7、B3、C3、 Bl和Cl管脚分别对应与单电源电路主要包括型号为TPS62291的降压稳压模块、型号为 TPS622316的降压模块、型号为TLV70030的稳压模块和型号为bq24041的电池管理模块构成，其中，稳压模块的使能端与单片机408的第18管脚相连。 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种卡路里监测仪，其特征在于，包括人体电阻测试电路004)，用于采集人体对应部位体表当前的体表电阻数据；体表温度传感器005)，用于采集所述人体对应部位体表当前的体表温度数据；环境温度传感器006)，用于采集所述人体对应部位体表当前所处环境温度数据；3D加速度传感器007)，用于采集所述人体对应部位的三维位移数据；单片机G08)，用于接收所述体表电阻数据、所述体表温度数据、所述环境温度数据和所述三维位移数据，根据上述数据计算所述人体对应部位的耗氧量，根据所述耗氧量计算出对应的卡路里消耗量；存储器009)，用于存储所述单片机(408)获取的卡路里消耗数据；通讯接口，用于实现所述单片机G08)与上位机之间的通讯。
2.根据权利要求1所述的卡路里监测仪，其特征在于，其为一个由壳体和与其相连的系带(1)构成的腕表形结构，所述壳体包括上壳体(2)和与其配合的下壳体(3)，所述系带 (1)固定在所述上壳体( 上，所述人体电阻测试电路004)、所述体表温度传感器005)、 所述环境温度传感器G06)、所述3D加速度传感器007)、所述单片机008)、所述存储器 (409)和所述通讯接口设置在位于所述壳体内的电路板(4)上，所述环境温度传感器(406) 的探头穿透所述上壳体( 暴露在外，所述人体电阻测试电路G04)的两个金属电极片 (404a)间隔设置在所述下壳体(3)的下表面上，所述体表温度传感器005)的探头穿过所述下壳体(3)与其中一个金属电极片004a)相接触。
3.根据权利要求2所述的卡路里监测仪，其特征在于，所述上壳体O)的上表面上设有葫芦形突起001)，所述葫芦形突起O01)穿透所述系带(1)中部且其上表面与所述系带(1)中部的上表面平齐，所述环境温度传感器(406)的探头设置在所述葫芦形突起(201) 上。
4.根据权利要求3所述的卡路里监测仪，其特征在于，所述通讯接口为USB接口 003)，所述USB接口(40 穿透所述葫芦形突起O01)且其上端与所述葫芦形突起(201) 的上表面平齐。
5.根据权利要求4所述的卡路里监测仪，其特征在于，所述上壳体( 和所述电路板(4)之间设有按钮(5)，固定件(6)的两个固定杆(601)穿过所述按钮( 与所述葫芦形突起(201)相连，所述固定杆(601)的上端与所述葫芦形突起O01)的上表面平齐，所述按钮(5)上表面上设有按压凸台(501)，所述按压凸台(501)穿透所述葫芦形突起(201)且其上端与所述葫芦形突起O01)的上表面平齐，所述按钮( 下表面上设有触杆(502)，所述触杆(502)的下端与设置于所述电路板(4)上的按键开关(401)接触配合。
6.根据权利要求5所述的卡路里监测仪，其特征在于，所述固定件(6)为透明材质，两个所述固定杆(601)为空心圆柱形，所述电路板(4)上设置有两个红绿双色的状态指示灯 (40 ),—个用于存储状态指示，另一个用于电量状态指示，两个所述固定杆(601)的下端分别对应套在两个所述状态指示灯上。
7.根据权利要求6所述的卡路里监测仪，其特征在于，还包括蓝牙模块G10)，用于实现所述卡路里监测仪与外部移动设备之间的通讯。
8.根据权利要求7所述的卡路里监测仪，其特征在于，还包括用于向设备供电的锂电池G11)，所述锂电池Gll)固定在所述上壳体O)内壁的卡槽中。
9.根据权利要求8所述的卡路里监测仪，其特征在于，还包括与所述状态指示灯 (402a)同步配合的蜂鸣器，用于当接收到所述单片机(408)发送的状态报警信号后，输出既定时长的警示音。
10.根据权利要求9所述的卡路里监测仪，其特征在于，所述上壳体( 和所述下壳体 (3)为ABS硬质塑料材质，所述系带(1)和所述按钮(5)为硅胶材质，所述固定件(6)为亚克力材质。
全文摘要
本发明公开了一种卡路里监测仪，包括人体电阻测试电路，用于采集人体对应部位体表当前的体表电阻数据；体表温度传感器，用于采集人体对应部位体表当前的体表温度数据；环境温度传感器，用于采集人体对应部位体表当前所处环境温度数据；3D加速度传感器，用于采集人体对应部位的三维位移数据；单片机，用于接收体表电阻数据、体表温度数据、环境温度数据和三维位移数据，根据数据计算人体对应部位的耗氧量，根据耗氧量计算出对应的卡路里消耗量；存储器，用于存储单片机获取的卡路里消耗数据；通讯接口，用于实现单片机与上位机之间的通讯。因此，本发明的卡路里监测仪能更准确可靠的反映出人体的实际卡路里消耗量。
文档编号A61B5/00GK102397060SQ20111044346
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者邵光震 申请人:邵光震