一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种传感器信号处理、通信技术和人体运动模型领域，具体涉及一种可采集人体运动过程相关参数，并通过目前手机支持的无线方式发送至用户手机的便携式运动参数获取装置。装置由无线发送模块、运动数据采集模块、板载天线模块、电源模块组成。无线发送模块集成低功耗专用单片机，通过串口接收由采集模块获取的运动数据；再通过板载天线模块将数据发送至智能手机，而这个发送过程只需要手机支持蓝牙通信即可，装置的电源模块采用可充电纽扣电池。装置能通过手机APP由用户自主的、有选择性的采集身体不同部位的运动数据，使用灵活，佩戴方便，成本低，既可以作为人们日常生活用品被普及，亦能应用至医院病人的运动状况监测和评估。
【专利说明】一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及了一种传感器信号处理、通信技术和人体运动模型领域，具体涉及一种可采集人体运动过程相关参数，并通过目前手机支持的无线方式发送至用户手机的便携式运动参数获取装置。
技术背景
[0002]随着全球生活环境污染日趋严重，人们在加强对疾病的防疫的同时，对自身身体状况也越来越关注，除了定期对身体进行正规的全面检查，日常生活中生理参数的实时检测也备受关注，已有研究者设计了便携的采集人体血压、脉搏、体温的装置，但是要更好的检测日常生理活动和身体状态，这些生理参数还不够全面，且现有的采集装置便携性和普及性也有待提闻。
[0003]随着智能手机的飞速发展，功能全面的智能手机已被大部分人群所接受，将智能手机作为生理参数采集的数据汇集中心已然成为发展趋势，与此同时，传感技术和集成芯片的发展，为生理参数采集的多样化提供了技术基础。运动参数的采集作为日常活动的重要生理参数，由于其数据量较大，采集难度较高，导致目前主流运动参数技术很难普及到大部分人群。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术的不足，提高运动采集装置的便携性和普及性，本实用新型提出了一种可以便携的采集人体日常活动的运动参数的装置，该装置具有良好的可扩展性，将装置穿戴在膝、踝、腰等重要关节，可以准确获取采集关节运动的角速度、角加速度等运动参数。装置可以根据不同需求选择穿戴位置，采集到的数据直接发送至普通的智能手机，大大的提高的装置的普及性，使得拥有智能手机的人群都能便携的采集到运动数据，为人们能随时随地的检查自身的运动状况提供便携有效的获取途径。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于:装置由无线发送模块、运动数据采集模块、板载天线模块、电源模块和用户手机组成，其中电源模块为无线发送模块、运动数据采集模块和板载天线模块供电，运动数据采集模块采集的数据，通过串口接收传给无线发送模块，无线发送模块再将数据传给板载天线模块，板载天线模块通过蓝牙传给用户手机。
[0006]无线发送模块集成低功耗专用单片机；电源模块采用可充电纽扣电池。
[0007]所述的无线发送模块由CC2540芯片及其外围的滤波电路、晶振电路组成，以CC2540芯片集成的单片机作为装置的中央处理器，通过串口接收运动数据采集模块获取的运动数据，将处理后的原始数据通过板载天线电路发生至用户手机。
[0008]所述的运动数据采集模块由MPU6050传感芯片及其外围的滤波电路组成，通过串口将获取到的原始运动数据发送至无线发送模块。
[0009]所述板载天线模块由通滤波电路和振荡电路组成，这里的滤波电容和振荡电路中的电容和电感值都是按照电路的具体情况经过严格的计算得出，可在不使用外接SMA天线接口的情况下较远距离的发送由无线发射模块产生的数据，降低了装置的实际体积。
[0010]所述的电源模块为其他模块提供稳定可靠的电源，这里采用3.6v的可充电纽扣电池供电，既保证了芯片的工作电压也控制了装置的整体体积。
[0011]上述面向手机用户的便携式运动参数获取装置的工作过程:装置通过运动数据采集模块获取人体运动的原始数据(如角速度、角加速度)，数据通过串口发发送至无线发射模块，经过无线发射送模块中的集成单片机运算处理后，打包成特定格式的发送包，然后经过板载天线电路将数据转化为无线信号并发送至智能手机，最后通过在手机上开发出的APP得到最终的能直观的反馈给用户的运动数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型所述的面向手机用户的便携式运动参数采集装置的结构示意图。
[0013]图2是本实用新型所述的面向手机用户的便携式运动参数采集装置的数据流向、装置电路框图。
[0014]图3是本实用新型所述的面向手机用户的便携式运动参数采集装置的实用佩戴示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本实用新型所述的面向手机用户的便携式运动参数采集装置由无线发送模块、数据采集模块、板载天线模块、电源模块组成。无线发送模块集成了专用的低功耗单片机，作为整个装置的CPU，通过串口接收由数据采集模块的数据。为给无线发射模块提供有效、可靠的运动参数，数据采集模块采用高精度的、内部融合三轴陀螺仪的运动传感器。板载天线模块是将数据从装置发送到智能手机的基本保障，相比普通的外接天线，采用板载天线是减少装置的整体体积、提高装置便携性有效途径。基于装置的便携性考虑，电源采用3.6v的纽扣电池，可以不经过电压转换直接给装置各个模块供电。
[0016]如图2所示，本实用新型所述的面向手机用户的便携式运动参数采集系统的电路主要由:无线射频芯片CC2540及其外围电路、运动传感器芯片MPU6050及其外围电路、板载天线的滤波和振荡电路、电源电路组成。装置启动后CC2540默认处于睡眠状态，用户通过智能手机发送信号唤醒装置，被唤醒后的装置开始接收并打包由MPU6050采集的运动数据，数据通过板载天线的振荡和滤波电路后，转化为稳定的无线信号(蓝牙)发送至智能手机，同时检测用户手机是否发出装置睡眠信号，用户无需通过操作每个装置来开启和关闭，完全通过智能手机APP即可完成，在佩戴多个采集装置同时采集时尤为方便，提高了装置的实用性、便携性。
[0017]如图2，本实用新型的工作原理如下:(I)无线射频芯片电路:通过32.768KHZ晶振和32M晶振为芯片提供稳定的时钟，将芯片的两个I/O 口分别与MPU6050的数据输出端和时钟引脚相连构成串口通信，由无线射频芯片处理过的数据通过芯片的RP、RN引脚传输到板载天线电路。
[0018](2)运动传感器芯片电路:MPU6050芯片是一款高精度的传感器芯片，对电路中信号干扰较敏感，根据实测的路对芯片造成的零点漂移设计传感芯片外围的滤波电容和旁路电容，降低装置所获取数据的噪声，提高数据的可靠性。
[0019](3)板载天线电路:为了控制装置的整体体积，放弃稳定但是体积较大的SMA天线接口，采用PCB板载天线发送无线信号，该部分电路设计基于高频电路原理，通过调整巴伦电路的电感电容值实现阻抗匹配，由于高频电路本身容易被干扰，在PCB布线时也需要充分考虑采用最优布线以控制电路阻抗。
[0020](4)电源电路:装置由3.6V可充电的纽扣电池供电，纽扣电池由于其体积小容量大，在便携式装置上得到广泛的应用，它最大的缺陷就是电压的稳定性太差，为了给装置提供稳定的工作环境，在电源模块中设计了稳压电路，通过稳压芯片为MPU6050芯片和CC2540芯片提供稳定的3.3V工作电压。
[0021]下面结合图3简述本实用新型所述装置的实际操作流程:
[0022]如图3，本装置可以佩戴在运动过程中的各个关键运动部位，装置设计对便携性的考虑，保证了在佩戴装置时并不影响用户的正常生理活动，装置可以通过用户手机进行开启和关闭，用户能通过手机APP自主的、有选择性的采集身体不同部位的运动数据，使用户既能实时检测自身整体的运动状态，也能随时有针对性的观察某一个关节的运动现状。装置使用灵活，佩戴方便，成本低，既可以作为人们日常生活用品被普及，亦能应用至医院病人的运动状况监测和评估。
【权利要求】
1.一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于:装置由无线发送模块、运动数据采集模块、板载天线模块、电源模块和用户手机组成，其中电源模块为无线发送模块、运动数据采集模块和板载天线模块供电，运动数据采集模块采集的数据，通过串口接收传给无线发送模块，无线发送模块再将数据传给板载天线模块，板载天线模块通过蓝牙传给用户手机。
2.根据权利要求1所述的一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于所述的无线发送模块采用CC2540系列芯片，由芯片内部集成的单片机作为电路的CPU，通过串口与电路板上的运动采集数据模块通信，由CPU封装打包数据传输至板载天线。
3.根据权利要求1所述的一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于所述的运动数据采集模块通过MPU6050芯片获取人体运动的角速度、角加速度等运动参数，数据通过适当的模块串口方式发送至无线发送模块。
4.根据权利要求1所述的一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于所述的板载天线模块采用经典的巴伦天线电路的模型，根据实际电路板的阻抗值，通过计算得出天线电路电感电容的具体值，通过直接连接来接收来自无线发送模块产生的数据，通过无线方式传输至用户手机。
5.根据权利要求4所述的一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于所述的蓝牙是采用蓝牙4.0。
6.根据权利要求1所述的一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置，其特征在于所述的电源模块采用3.6V可充电纽扣电池，并通过HT73XX系列稳压芯片设计3.3V稳压电路，为装置供电。
【文档编号】A61B5/11GK204091985SQ201420515039
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】吴建宁, 黄河清, 徐海东, 林毅杰, 许丽明 申请人:福建师范大学