一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，该装置包括：电源模块、人体脉搏传感器、语音通信模块和Zigbee模块，所述的Zigbee模块包括无线通信模块、天线和微处理器；该微处理器通过ADC采集经人体脉搏传感器测量获得的脉搏数据，并通过I2C总线控制语音通信模块进行语音处理，还通过SPI与语音通信模块进行数据交换，所述的无线通信模块用于接收语音信号，所述的天线用于发射脉搏数据；该装置通过传感器采集运动员的身体状况数据，并通过无线通信的方式能够同时实现数据的传输及语音通信。
【专利说明】—种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置。
【背景技术】
[0002]在运动训练中，教练需要经常给予运动员语音提示，同时运动员的身体状况需要反馈到教练处，但是由于缺少相应的远程语音通信设备以及身体检测设备，现在的教练和运动员的交流仍然停留在“喊话”的阶段，教练也无法实时采集到运动员的身体状况信息，如脉搏情况，只能在训练结束后通过运动员的反馈来了解这些信息，使得训练效率低下。为了改善这一状况，有人提出通过无线通信的模式来实现远程语音通话和获取运动员的身体状态数据，其中有人尝试用对讲方式进行语音通信，但是频道切换带来的噪声给运动员带来较大困扰，而且无法在群组通话和单人通话模式里灵活选择；对于身体状态传感节点来讲，已有方案都不支持无线的数据获取，需要将设备通过有线连接实现数据存储到计算机上，显然此种有线连接方式不适用于运动训练中，尤其是在水中训练的运动员。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于，为解决上述技术问题，本实用新型提供一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，该装置通过传感器采集运动员的身体状况数据，并通过无线通信的方式能够同时实现数据的传输及语音通信。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，该装置包括:电源模块、人体脉搏传感器、语音通信模块和Zigbee模块，所述的Zigbee模块包括无线通信模块、天线和微处理器；该微处理器通过ADC采集经人体脉搏传感器测量获得的脉搏数据，并通过I2C总线控制语音通信模块进行语音处理，还通过SPI与语音通信模块进行数据交换，所述的无线通信模块用于接收语音信号，所述的天线用于发射脉搏数据。
[0005]作为上述技术方案的进一步改进，所述的装置还包括无线充电模块，该无线充电模块的发送端和接收端各设有一个线圈，发送端的线圈用于产生电磁信号，接收端的线圈用于感应所述的电磁信号，产生电流输出给传感器电源模块进行充电。
[0006]作为上述技术方案的进一步改进，所述的微处理器采用JN5139无线微处理器。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述的语音通信模块采用WM8510音频编解码器。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述的人体脉搏传感器采用反射式脉搏传感器，该反射式脉搏传感器包括:传感器电源模块、LED驱动模块、LED灯、感光模块、滤波模块、放大模块、A/D转换模块与检波模块；
[0009]所述的传感器电源模块为LED驱动模块及A/D转换模块提供稳定电压；所述的LED驱动模块为发光的LED灯提供恒定电流，驱动LED灯稳定发光；所述的感光模块用于收集经皮肤反射得到的光线，产生电流信号；所述的滤波放大模块用于将感光模块产生的电流信号进行滤波处理，生成电压信号；所述的放大模块用于放大经滤波后的电压信号；所述的A/D转换用于将放大后电压信号转换成数字信号；所述的检波模块用于将所述的数字信号进行检波，获得脉搏数据。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述反射式脉搏传感器中的所有元件均采用贴片式结构，所述的元件封装在PCB板中，该PCB板小于40mm*30mm，重量小于20g。
[0011]本实用新型的运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置优点在于:
[0012]由于Zigbee无线传输方式信号强度不高,米用了该传输方式进行数据传输，降低设备对人体的辐射强度；微处理器采用JN5139无线微处理器，该型微处理器具有低功率、低成本,且完全兼容IEEE802.15.4的特点；通过采用反射式脉搏传感器,可以实时测试运动员脉搏，使其不受运动员的大幅度运动的影响；利用无线充电模块实现无线充电，方便运动员佩戴使用，避免了通过有线连接方式需要解决防水的难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型中一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置的结构示意图。
[0014]图2是本实用新型中的电源模块的电路图。
[0015]图3是本实用新型中的无线充电模块的电路图。
[0016]图4是本实用新型中的反射式脉搏传感器的工作原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型所述装置进行详细说明。
[0018]如图1所示，本实用新型的一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，该装置包括:电源模块、人体脉搏传感器、语音通信模块和Zigbee模块，所述的Zigbee模块包括无线通信模块、天线和微处理器；该微处理器通过ADC采集经人体脉搏传感器测量获得的脉搏数据，并通过I2C总线控制语音通信模块进行语音处理，还通过SPI与语音通信模块进行数据交换，所述的无线通信模块用于接收语音信号，所述的天线用于发射脉搏数据。由于Zigbee无线传输方式信号强度不高,米用了该传输方式进行数据传输,降低设备对人体的辐射强度。
[0019]目前，在无线通信【技术领域】中，存在几种比较成熟的无线通信方式，包括射频、蓝牙、Zigbee和UWB等通信方式。
[0020]基于射频的通信方式简单，部署速度最快，但是由于缺乏协议栈的支持，在组网等方面存在缺陷；蓝牙的标准是基于短距离信息传输，通常在保证传输速度的前提下有效地传输距离只有2-3米，而且其协议栈较复杂，开发周期较长；UWB是一种低能耗高速率的数据传输方式，但是由于其芯片化程度还不高，设备体积较大，不适于多节点的小型化需求；Zigbee基于IEEE802.15.4协议栈标准，其轻量级的协议结构在功能有效性和部署的简便程度上做了有效地折衷。因此结合上述内容，本实用新型所述的装置采用基于Zigbee无线通信方式的无线传感器网络结构。
[0021]基于上述实施例，所述的Zigbee模块可采用JN5139无线微处理器。JN5139模块是一系列可以使使用者在最短的时间内在最低的成本下实现IEEE802.15.4或ZigBee兼容系统的表贴模块。此款模块减少了用户对于RF板设计和测试框架的昂贵漫长的开发时间。模块同时提供了开发无线传感器网络所需要的丰富的外围器件。基于JN5139无线微处理器，具有低功率、低成本、完全兼容IEEE802.15.4的特点。集成了 32_bit RISC MCU内核、高性能的2.4GHz IEEE802.15.4收发器、192kB ROM和96kB RAM，并为无线传感器网络应用提供了通用的低成本解决方案。高度集成有助于降低整个系统的成本，特别是192K ROM存储器可实现点对点和网状网络协议栈的集成RAM可支持路由算法和应用控制的功能。该模块使用硬件MAC和安全性极高的AES编码加速器，大大降低功耗和处理器的费用。提供了内置的休眠计时器和节能设备以降低系统功耗。同时该模块加入了一系列的GPIO和模拟输入/输出等外围接口，可以作为控制模块使用。
[0022]另外，所述的语音通信模块可采用WM8510音频编解码器，WM8510是一种通用的音频编解码器，被广泛用于VoIP等领域。WM8510音频编解码器由围绕处理硬件的一个模数转换器(ADC)和一个数模转换器(DAC)组成，是进行语音处理的核心。
[0023]脉搏波的计数可以表征运动员的生理状态，其检测方式和传感器的选择都会对脉搏波的检测结果产生重大影响。目前脉搏波无创检测用传感器类型包括压力传感器、压电传感器和光电传感器(反射式和透射式)。现有技术主要用透射式脉搏传感器，透射式的优点在于性能稳定，精确度高，但因为需要夹住手指检测，其缺点在于检测方式单一，无法携带，对使用者造成压迫感，因此对于运动员等大幅度动作的情况下并不适用。在本实用新型的装置中，所述的人体脉搏传感器可采用反射式脉搏传感器，该反射式脉搏传感器包括:传感器电源模块、LED驱动模块、LED灯、感光模块、滤波模块、放大模块、A/D转换模块与检波模块；所述的传感器电源模块为LED驱动模块及A/D转换模块提供稳定电压；所述的LED驱动模块为发光的LED灯提供恒定电流，驱动LED灯稳定发光；所述的感光模块用于收集经皮肤反射得到的光线，产生电流信号；所述的滤波放大模块用于将感光模块产生的电流信号进行滤波处理，生成电压信号；所述的放大模块用于放大经滤波后的电压信号；所述的A/D转换用于将放大后电压信号转换成数字信号；所述的检波模块用于将所述的数字信号进行检波，获得脉搏数据。
[0024]其中，为保证便携性，所述反射式脉搏传感器中的所有元件均采用贴片式结构，所述的元件封装在PCB板中，该PCB板小于40mm*30mm，重量小于20g。
[0025]上述的便携型低功耗反射式脉搏传感器，很好的解决了传统透射式脉搏传感器对人体压迫，不适用于运动员的情况，同时将传统的反射传感器缩小体积与重量，低功耗设计保证了佩戴式设备长时间续航的需要。
[0026]在本实施例中，所述的传感器电源模块为570nm绿光发射提供3.3v稳定电压，另一路稳压芯片为处理器芯片提供A/D转换的基准电压。
[0027]根据上述实施例，所述的装置还可包括无线充电模块，该无线充电模块的发送端和接收端各设有一个线圈，发送端的线圈用于产生电磁信号，接收端的线圈用于感应所述的电磁信号，产生电流输出给传感器电源模块进行充电。
[0028]在本实施例中，所述的电源模块的锂电池电压为7.2V，因此无线充电模块的接收端线圈输出电压必须大于这个电压值。可选取两个输出线圈串联的方式获取11.2V的电压，并通过LM2930-8稳压芯片得到8V输出作为锂电池的充电输入。通过串联个电阻控制充电电流大小(电流=压降/电阻阻值)，并调节充电的快慢。
[0029]基于上述内容，所述运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置的操作过程为:无线通信模块将接收到的语音数据通过SPI发送至语音通信模块，微处理器通过I2C总线控制语音通信模块进行音频解码并播放语音，从而能够让运动员听到教练的语音；另一方面，人体脉搏传感器测量获得运动员的脉搏数据，微处理器通过ADC采集该脉搏数据，并通过天线将脉搏数据发射至教练员的无线传输设备中，使教练员实时了解运动员的身体状态。
[0030]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，该装置包括:电源模块、人体脉搏传感器、语音通信模块和Zigbee模块，所述的Zigbee模块包括无线通信模块、天线和微处理器；该微处理器通过ADC采集经人体脉搏传感器测量获得的脉搏数据，并通过I2C总线控制语音通信模块进行语音处理，还通过SPI与语音通信模块进行数据交换，所述的无线通信模块用于接收语音信号，所述的天线用于发射脉搏数据。
2.根据权利要求1所述的一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，所述的装置还包括无线充电模块，该无线充电模块的发送端和接收端各设有一个线圈，发送端的线圈用于产生电磁信号，接收端的线圈用于感应所述的电磁信号，产生电流输出给传感器电源模块进行充电。
3.根据权利要求1所述的运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，所述的微处理器采用JN5139无线微处理器。
4.根据权利要求1所述的运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，所述的语音通信模块采用WM8510音频编解码器。
5.根据权利要求1所述的一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，所述的人体脉搏传感器采用反射式脉搏传感器，该反射式脉搏传感器包括:传感器电源模块、LED驱动模块、LED灯、感光模块、滤波模块、放大模块、A/D转换模块与检波模块； 所述的传感器电源模块为LED驱动模块及A/D转换模块提供稳定电压；所述的LED驱动模块为发光的LED灯提供恒定电流，驱动LED灯稳定发光；所述的感光模块用于收集经皮肤反射得到的光线，产生电流信号；所述的滤波放大模块用于将感光模块产生的电流信号进行滤波处理，生成电压信号；所述的放大模块用于放大经滤波后的电压信号；所述的A/D转换用于将放大后电压信号转换成数字信号；所述的检波模块用于将所述的数字信号进行检波，获得脉搏数据。
6.根据权利要求5所述的一种运动员佩戴的用于语音通信及心率测量的装置，其特征在于，所述反射式脉搏传感器中的所有元件均采用贴片式结构，所述的元件封装在PCB板中，该PCB板小于40mm*30mm,重量小于20g。
【文档编号】A61B5/02GK203662741SQ201320751939
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】吴晓磊 申请人:吴晓磊