场地自行车训练智能化监测系统的制作方法

专利名称：场地自行车训练智能化监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场地自行车训练智能化监测系统。
背景技术：
伴随着科学技术的发展，体育运动场上的竞争也逐渐演化为科学技术的较量。 要提高比赛成绩，拿到更多奖牌，仅仅靠运动员自身素质及能力的培养和艰苦训练是不 够的。怎样才能提高训练水平？要有科学的训练指导，要求在平时的训练中更加合理的 安排好训练的量和强度，因此训练监控就显得极其重要。因此，具有高科技含量的运动 训练设备的支持必不可少。以场地自行车竞赛为例，这是我们国家最接近国际先进水平的自行车项目之 一，属于短距离比赛项目。该项目的特点赛程短(500米)，时间短(34秒左右)，速度 是第一指标。要想提高速度，一个重要的问题是教练员要对整个比赛过程中运动员的实 际竞技状态心中有数。包括起跑预备、起跑过程、赛程中、冲刺阶段等，教练员只有实 时了解运动员在各阶段的运动状态、体能消耗等信息后，才能有针对性的调整训练方案 和计划，正确分配训练强度，科学指导运动员确定最佳的发力时机，取得最好的成绩。赛程中表征运动员竞技状态的最主要参数是运动员心跳速率及其骑行速度。训 练强度的变化会通过心率很明显地显示出来。众多研究表明，运动时心率的快慢与运动 强度有关。强度越大，心率越快，运动成绩越高。当以同样的运动强度持续运动超过 2 10分钟，心率就留在一定水平上(稳定状态)。在达到“稳定状态”之前，心率与 运动强度之间基本呈线性关系。骑行速度则反映了运动员在对应的训练强度下(心跳速 率)，具有的运动能力和水平。要对运动员的训练心中有数，就要有能够对运动员心跳速 率、骑行速度实时监测及运动员状态分析的装置，为现场的教练员训练指导提供科学的 数据分析，以达到最好的训练效果。目前国内无法提供此类设备，所以一种全新的场地 自行车训练智能化监测分析系统，急需被研制。

发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种场地自行车训练智能化监测分析系 统。本发明采用的技术手段如下一种场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于包括心率检测系统、速度 测量系统、电源电路、监测分析系统和电压调整电路；所述心率检测系统包括心率检测传感器、心率检测系统主控制器、心率检测 系统存储模块和心率检测系统数字整形电路；所述心率检测传感器，用于检测运动员的心率信号；所述心率检测系统数字整形电路，用于对心率检测传感器检测到的心率信号进 行整形、滤波；所述心率检测系统存储模块，用于存储运动员的基本参数，即运动员的基础心率、安静时心率、运动中和运动后心率；所述心率检测系统主控制器，根据所述心率检测系统存储模块存储的运动员基 本参数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心率检测 系统数字整形电路传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字整形电路传回 的两次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动员此时心率信号属 于心率检测系统存储模块所存储的相应阶段，并获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心 率周期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路在上述阶段中传回的心率信号中小于 上述获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围的心跳脉冲宽度ti+2和心率 周期Ti+2进行剔除处理；同时将获取的有效心率周期Ti通过数据线发送到速度测量系统 主控制器中；所述速度测量系统包括速度测量电路、速度测量系统主控制器、速度测量系 统存储模块和速度测量系统无线发射模块；所述速度测量电路包括霍尔传感器、磁铁和信号处理单元，所述速度测量电路 设置在自行车链条传动平面上，且霍尔传感器位于磁铁和自行车链条之间，用于感应磁 铁同自行车链条之间的磁力信号，所述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正弦波信号 转化为方波信号；所述速度测量系统主控制器通过ECT 口接收速度测量电路方波信号，并根据周 期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；同时对心率检测 系统主控制器发送过来的有效心率周期Ti进行处理；所述速度测量系统存储模块用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前用 时的数据；所述速度测量系统无线发射模块用于将上述自行车的速度、行驶的路程、当前 用时及有效心率周期Ti传至监测分析系统中；所述速度测量电路的I/O 口同速度测量系统主控制器ECT 口相连接，所述速度 测量系统主控制器分别与速度测量系统无线发射模块和速度测量系统存储模块相连接；所述电压调整电路同电源电路相连接为上述心率检测系统和速度测量系统提供 电源；所述监测分析系统包括无线接收模块、主机和显示单元；所述无线接收模块，用于接收速度测量系统无线发射模块传回的运动员心率信 息和自行车的速度信息；所述主机根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的曲 线，并通过显示单元进行显示。所述心率检测传感器安置于运动员胸前，心率检测传感器的电极与运动员胸部 皮肤直接接触，心率检测传感器输出的心率信号无线传输给心率检测系统数字整形电路 进行整形。所述心率检测传感器安置于自行车的手把上，运动员双手握把时与所述心率检 测传感器的电极接触，心率检测传感器输出的心率信号通过导线传输给心率检测系统数 字整形电路进行整形。所述心率检测系统主控 制器，还用于对心率检测系统数字整形电路在上述阶段中传回的心率信号中大于上述获取该阶段合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2进行插值 处理，即在大于合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2中插入心率信号，使插入心率信号 的心率周期Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内。所述心率检测系统主控制器和所述速度测量系统主控制器为AT89C2051单片机 和MC9S12单片机。所述主机中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据库，及国内外一流运动员 的心率与速度变化规律的标准数据库，同运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度 随时间变化的曲线同时通过显示单元进行显示。—种利用上 述分析系统的场地自行车训练智能化监测方法，其特征在于包括心 律检测系统、速度检测系统和监测分析系统对有关数据进行处理传输的步骤；所述心律检测包括如下步骤Sl 心率检测传感器将感应到的运动员的心律信号以无线或有线方式传输给心 率检测系统数字整形电路；S2心率检测系统数字整形电路对接收的脉冲信号进行整形、滤波处理，并将 隔离后的信号送到心率检测系统主控制器；S3心率检测系统主控制器，根据心率检测系统存储模块存储的运动员基本参 数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心率检测系统 数字整形电路传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字整形电路传回的两 次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动员此时心率信号属于心 率检测系统存储模块所存储的相应阶段，并获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周 期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路在上述阶段中传回的心率信号中小于上述 获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围的心跳脉冲宽度ti+2和心率周期 Ti+2进行剔除处理；S4 心率检测系统主控制器将获取的有效心率周期Ti通过数据线发送到速度测 量系统主控制器中；所述速度检测系统包括如下步骤Sl 通过速度测量电路中的霍尔传感器采集到自行车链条运动产生的正弦信 号，并将其转化成方波信号；S2通过速度测量系统主控制器的I/O 口使能速度测量系统无线发射模块，使 其进入准备工作状态；S3速度测量系统主控制器接收到方波信号，通过ECT 口对方波信号进行捕
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犾；S4然后速度测量系统主控制器对采集到的方波信号进行分析、处理；根据最 初采集到正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路程相 对应，对方波信号的周期大小进行分析，以计算场地自行车当前时刻的行驶速度；通过 分析方波信号的周期个数，以计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程，同时对心 率检测系统主控制器发送过来的有效心率周期Ti进行处理；S5速度测量系统主控制器将分析得到的速度、路程和当前用时传送给速度测 量系统存储模块存储；
S6 速度测量系统主控制器控制速度测量系统无线发射模块将分析得到的速度、路程、当前用时及有效心率周期Ti传至监测分析系统中；所述监测分析系统包括如下步骤Sl 通过无线接收模块接收速度测量系统无线发射模块传回的运动员心率信息 和自行车的速度信息；S2然后主机根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的 曲线，并通过显示单元进行显示。所述监测分析系统还包括主机将其中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据 库，及国内外一流运动员的心率与速度变化规律的标准数据库，会同运动员实时心率、 速度数据绘制出心率、速度随时间变化的曲线同时通过显示单元进行显示。所述心律检测步骤中的S3步骤还包括心率检测系统主控制器对心率检测系统数 字整形电路在上述阶段中传回的心率信号中大于上述获取该阶段合理心率周期Ti范围的 心率周期Ti+2进行插值处理，即在大于合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2中插入心率 信号，使插入心率信号的心率周期Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内的步骤。本发明提供的场地自行车训练智能化监测系统，针对传统场地自行车速度测量 系统需改造车体、无法实时监控、体积较大、方便性差及价格昂贵等不足，提供了一种 更加方便、无需改造车体，且能够实时监控的价格低廉的速度测量系统。该系统由电源 电路、主控制中心、信号探测电路、数据存储模块、无线通讯模块、电压调整电路、固 定机构组成。信号探测电路采集链条运动产生的信号，对其进行初步处理；主控制中 心通过对处理后的信号进行进一步分析，既可将所得的速度等参数进行存储，也可控制 无线通讯模块向用户上位机发送参数，完成场地自行车速度的实时监控。本速度测量系 统，不仅能够进行实时发送、存储数据，而且无需改造车体，节省使用成本，适合广大 用户。


图1为场地自行车训练智能化监测分析装置现场配置原理图；图2为场地自行车训练智能化监测分析装置结构框图；图3为心率检测电路框图；图4为心率检测原理图；图5为数字滤波原理示意图；图6为速度测量系统主控制器的电路图；图7为速度测量电路的电路图；图8为速度测量系统电压调整电路的电路图；图9为速度测量系统主控制程序流程图；图10为速度测量电路原理示意图；图11为速度测量系统分析信号的示意图。
具体实施例方式如图1和图2所示场地自行车训练智能化监测系统，包括心率检测系统1、速度测量系统2、电源电路3、监测分析系统4和电压调整电路5;所述心率检测系统1包括心率检测传感器101、心率检测系统主控制器102、心率检测系统存储模块103和心率检测系统数字整形电路105 ；所述心率检测传感器101，用于检测运动员的心率信号；所述心率检测系统数字整形电路105，用于对心率检测传感器检测到的心率信号 进行整形、滤波；所述心率检测系统存储模块103，用于存储运动员的基本参数，即运动员的基础 心率、安静时心率、运动中和运动后心率；心率检测传感器101可以采用两种安装方式。其一采用胸带方式，安置在运动 员胸前，心率检测传感器101的电极与运动员胸部皮肤直接接触；其二心率检测传感器 101的电极安置在自行车的两个手把上，运动员双手在握把时与心率检测传感器101的电 极接触。心率检测电路均安置在自行车车把上。采用胸带方式时，心率信号通过无线方 式被心率检测系统接收；心率检测传感器101的电极安置在自行车的手把上时，传感器 输出心率信号通过导线直接连到心率检测系统中。在理论上心率传感器输出的是与心跳 同步的脉冲信号，实际上参杂有干扰脉冲。心率检测的主要难点是准确度问题，目前解 决比较好的是静态条件下的心率检测。运动员在竞技场上的比赛属于动态过程，有两个 因素使心率检测误差较大。其一是各类心率传感器的电极与人体皮肤的接触在人体运动 状态下容易发生摩擦和移位，产生随机噪声使信号附加干扰；其二消除随机干扰的最好 办法是按照统计规律，将多次测量的数据做统计分析，给出最接近真实值的检测结果。 但是实时动态心率检测时，数据本身就是变化的，不允许重复测量，因此不能采用传统 的统计分析方法。所述心率检测系统主控制器102，根据所述心率检测系统存储模块103存储的运 动员基本参数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心 率检测系统数字整形电路105传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字整 形电路105传回的两次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动员 此时心率信号属于心率检测系统存储模块103所存储的相应阶段，并获取该阶段合理的 心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路105在上述阶段 中传回的心率信号中小于上述获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围的 心跳脉冲宽度ti+2和心率周期Ti+2进行剔除处理；同时还对心率检测系统数字整形电路 105在上述阶段中传回的心率信号中大于上述获取该阶段合理心率周期Ti范围的心率周期 Ti+2进行插值处理，即在大于合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2中插入心率信号，使 插入心率信号的心率周期Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内(这样做就是将漏测的脉冲要补 充上)。最后将获取的有效心率周期Ti通过数据线发送到速度测量系统主控制器202中。心率检测电路包括数字整形电路和心率检测系统主控制器102 (本实施例采用 AT89C2051型号单片机)见图3。整形电路对测得脉冲信号进行整形、滤波。心率检测 系统主控制器102精确测得两个脉冲之间的时间间隔T1和脉冲的宽度ti参见图4，经过数 字滤波及与运动员个人数据比对，确定本次收到的脉冲有效。心率检测系统主控制器102 将T1经发送到速度测量系统主控制器202中，由速度测量系统发送到主机中(这样可以减 少成本的投入，提高设备的利用率)。主机收到数据后，通过数学运算求得瞬时心率。
(本发明采用的方法分别从软硬件多方面解决此问题。1、硬件整形 隔离，由于心率传感器的负载能力较差，输出的心率信号非常弱， 无法将心率信号直接发送给监测分析装置主机，也不能直接接模拟滤波电路。首先由数 字电路进行心率脉冲整形。心率传感器的输出接下拉电阻并送给74LS06即六高压输出反 相缓冲器/驱动器，74LS06输出外加上拉电阻至5V电源，将心率传感器3V供电的输出 脉冲信号拉到5V脉冲信号，即提高信号强度，又将传感器与检测发送电路进行了隔离。 将隔离后的信号送到单片机，由软件进行数字滤波，剔除干扰信号，电路结构参见图3。2、单片机测时方法，目前一般采用测量心跳的周期来推算心率的方法。若测得 心跳的周期为T1单位毫秒，则心率为60X1071。单片机的任务就是准确测得两次心跳 脉冲之间的时间间隔(参见图4)。由硬件整形隔离后的信号的上升沿作为单片机定时器 的触发信号，两个信号上升沿之间的时间间隔T1即为心率周期。信号下降沿至下一个上 升沿之间的时间间隔^为心跳脉冲宽度，利用单片机自带的定时器可以分别测得t,和乃。 由于干扰的存在，并不是测得的1和T1都是有效的。需要软件滤波来识别。3、运动员基本数据库建立，在该套监测分析装置使用前，要先建立各个运动员 的基本参数数据库，实时测量时的数字滤波要以该数据库的参数为依据。因为心率的变 化有明显的个体差异。应分别检测基础心率、安静时心率、运动中和运动后心率等。基础心率是清晨起床前空腹卧位心率；运动中的心率数据则是借助室内模拟训练器等器械测得的心率最大值、最小 值、加速和减速时相邻两次心率数据的最大差等。还应绘制出在模拟训练器上模拟一个赛程训练时，心率变化的连续曲线。心率 与速度的配合关系曲线等。通过这些基本参数检测，可以得到该运动员有效的^和^的范围，为训练时的实 时测量软件滤波算法提供数据支持。4、心率检测模块数字滤波方法，心率检测模块实时检测时，要把相邻三次的、 和T1数据进行存储和比较分析。既要判断本次心率脉冲是否有效，还要判断当前运动员 的心率是在加速、减速还是勻速变化。如图5所示，测得的Ti和ti经过与基本参数数据 库比较确认是有效的。下一个Tw和t1+1小于基本参数数据库的数据，判断为干扰，该数 据Tw和t1+1无效，已经记录的时间Tw与后面的计时时间叠加直到下一个脉冲的上升沿， 这时的计时时间确认为Tw，接着可以进行下一步的判断。如果相邻脉冲间隔超过基本参数数据库的数据，说明两次数据之间有脉冲丢 失，在确认本次数据有效的情况下要进行数据插值，参考基本参数数据库的数据将丢失 的数据补回。5、监测分析装置主机数据处理方法，接收的心率检测模块的数据虽然已经经过 了一定的滤波处理，仍可能会出现滞后插值及参杂误测的可能性。作为上位机的监测分 析装置主机对收到的数据做滞后一个心率周期处理收到的Ti进行60X IOVT1的计算后 求得每分钟心跳次数即此刻的瞬时心率并不马上确认有效，待下一次数据Tw收到后确 认本次数据Ti不再发生变化，再将该数据存储并输出绘制图形。如果下一次数据Tw收 到后，发现本次数据Ti需要变动，例如，相邻三次的数据中第一组和第三组都是加速过 程，而第二组数据是减速过程中，则需要修正第二次数据；又比如两次数据之间有脉冲丢失需要数据插值的情况。都可以利用这一滞后输出给以修正。)如图6、图7和图8所示速度测量系统2包括速度测量电路201、电源电路3、 速度测量系统主控制器202、电压调整电路5、速度测量系统无线发射模块204和速度测 量系统存储模块203;所述速度测量电路201包括霍尔传感器602、磁铁601和信号处理 单元，所述速度测量电路201设置在自行车链条603传动平面上，且霍尔传感器602位于 磁铁601和自行车链条603之间，并通过固定机构1进行固定(可以通过螺母和固定环将 其进行固定，也可通过固定夹将其进行固定，由于相类似可实现上述固定功能的固定方 式都是本领域技术人员常用并公知的固定方式，所以在这里就不一一描述。)；因为自行 车链条603的连接处为全铁质材料，在非连接处无铁质材料，所以利用磁铁601对自行车 链条603连接处的磁力作用是霍尔传感器602感应产生类正弦信号(如图10所示)，所 述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正弦波信号转化为方波信号(处理过程如图11所 示)；所述速度测量系统主控制器202通过ECT 口接收速度测量电路201方波信号，并 根据周期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；同时对心 率检测系统主控制器102发送过来的有效心率周期Ti进行处理；所述速度测量系统存储 模块203用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前用时等数据；所述速度测量系 统无线发射模块204用于将上述自行车的速度、行驶的路程、当前用时及有效心率周期Ti 传至监测分析系统4中；所述电压调整电路5同电源电路3相连接为整个装置提供电源； 所述速度测量电路201的I/O 口同速度测量系统主控制器202ECT 口相连接，所述速度测 量系统主控制器202分别与速度测量系统无线发射模块204和速度测量系统存储模块203 相连接。其中信号处理单元为具有将类正弦信号进行滤波、放大并将其转化为方波信号 的集成电路；速度测量系统主控制器202为内设有主控制程序的具有逻辑处理能力的微 处理器(如单片机、MCU、ARM等处理器，本实施例采用MC9S12单片机其电路结 构如图6所示)。为进一步说明该装置的工作原理，特进行如下描述如图6所示的速度测量系 统主控制器202的ECT 口与图7所示的速度测量电路201的I/O 口相连接，用于接收链 条运动所产生的信号，该信号为一种具有周期性的方波信号，链条的运动速度越快，类 正弦信号周期越短；相反链条的运动速度越慢，类正弦信号周期越长，即链条的运动速 度与类正弦信号的周期成反比例关系，这就为自行车动力速度测量提供了很好的基础。 当自行车产生动力速度即链条运动时，速度测量电路201接收到链条运动产生的正弦信 号，速度测量电路201的I/O与图6所示的速度测量系统主控制器202的ECT 口相连接， 速度测量电路201将信号数据传送给速度测量系 统主控制器202的ECT 口。速度测量系 统主控制器202对接收到的数据进行进一步分析和处理，速度测量系统主控制器202的I/ O 口与速度测量系统存储模块203相连接，速度测量系统主控制器202将分析所得的数据 传送给速度测量系统存储模块203，由速度测量系统存储模块203存储。速度测量系统 主控制器202的串行通信接口与速度测量系统无线发射模块204的I/O 口相连接，速度测 量系统主控制器202将分析所得的数据及对心率检测系统主控制器102发送过来的有效心 率周期Ti数据传送给速度测量系统无线发射模块204，由速度测量系统无线发射模块204 将该数据发送给监测分析系统4的主机402中。如图8所示电源电路3为系统各部分提 供稳压直流电源，总电源采用7.2V的电池供电，电压调整电路5中用保护电路保护系统电源，用电压调整芯片将电池的7.2V电压转换为5V电压，用以给速度测量系统主控制器 202、速度测量电路201、速度测量系统无线发射模块204供电。所述电压调整电路5同电源电路3相连接为上述心率检测系统1和速度测量系统 2提供电源；所述监测分析系统4包括无线接收模块401、主机402和显示单元403 ；所述无 线接收模块401，用于接收速度测量系统无线发射模块204传回的运动员 心率信息和自行车的速度信息；所述主机402根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的 曲线，并通过显示单元403进行显示；所述主机402中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据库，及国内外一流运 动员的心率与速度变化规律的标准数据库，同运动员实时心率、速度数据绘制出心率、 速度随时间变化的曲线同时通过显示单元403进行显示。使主机端的教练组在了解运动 员的真实状态的前提下，结合优秀运动员的状态，给出运动员目前状态的分析和训练指 导意见。一种利用上述分析系统的场地自行车训练智能化监测方法，包括心律检测系 统、速度检测系统和监测分析系统对有关数据进行处理传输的步骤；所述心律检测包括如下步骤Sl 心率检测传感器101将感应到的运动员的心律信号以无线或有线方式传输 给心率检测系统数字整形电路105 ；S2 心率检测系统数字整形电路105对接收的脉冲信号进行整形、滤波处理， 并将隔离后的信号送到心率检测系统主控制器102 ；S3心率检测系统主控制器102，根据心率检测系统存储模块103存储的运动员 基本参数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心率检 测系统数字整形电路105传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字整形电 路105传回的两次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动员此时 心率信号属于心率检测系统存储模块103所存储的相应阶段，并获取该阶段合理的心跳 脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路105在上述阶段中传 回的心率信号中小于上述获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围的心跳 脉冲宽度ti+2和心率周期Ti+2进行剔除处理；另外，心率检测系统主控制器(102)对心 率检测系统数字整形电路(105)在上述阶段中传回的心率信号中大于上述获取该阶段合 理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2进行插值处理，即在大于合理心率周期Ti范围的心率 周期Ti+2中插入心率信号，使插入心率信号的心率周期Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内的 步骤。S4 心率检测系统主控制器102将获取的有效心率周期Ti通过数据线发送到速 度测量系统主控制器202中；如图9所示，所述速度检测系统包括如下步骤Sl 通过速度测量电路201中的霍尔传感器采集到自行车链条运动产生的正弦 信号，并将其转化成方波信号；S2 通过速度测量系统主控制器202的I/O 口使能速度测量系统无线发射模块204，使其进入准备工作状态；S3 速度测量系统主控制器202接收到方波信号，通过ECT 口对方波信号进行 捕获；S4然后速度测量系统主控制器202对采集到的方波信号进行分析、处理；根 据最初采集到正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路 程相对应，对方波信号的周期大小进行分析，以计算场地自行车当前时刻的行驶速度； 通过分析方波信号的周期个数，以计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程；同时 对心率检测系统主控制器102发送过来的有效心率周期Ti进行处理；S5 速度测量系统主控制器202将分析得到的速度、路程和当前用时传送给速 度测量系统存储模块203存储；S6 速度测量系统主控制器202控制速度测量系统无线发射模块204将分析得到 的速度、路程、当前用时及有效心率周期Ti传至监测分析系统4中；所述监测分析系统包括如下步骤 Sl 通过无线接收模块401接收速度测量系统无线发射模块204传回的运动员心 率信息和自行车的速度信息；S2然后主机402根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变 化的曲线，并通过显示单元403进行显示；还包括主机402将其中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据库，及国内外 一流运动员的心率与速度变化规律的标准数据库，会同运动员实时心率、速度数据绘制 出心率、速度随时间变化的曲线同时通过显示单元403进行显示。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方 案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于包括心率检测系统(1)、速度 测量系统(2)、电源电路(3)、监测分析系统⑷和电压调整电路(5)；所述心率检测系统(1)包括心率检测传感器(101)、心率检测系统主控制器 (102)、心率检测系统存储模块(103)和心率检测系统数字整形电路(105)； 所述心率检测传感器(101)，用于检测运动员的心率信号；所述心率检测系统数字整形电路(105)，用于对心率检测传感器检测到的心率信号进 行整形、滤波；所述心率检测系统存储模块(103)，用于存储运动员的基本参数，即运动员的基础心 率、安静时心率、运动中和运动后心率；所述心率检测系统主控制器(102)，根据所述心率检测系统存储模块(103)存储的运 动员基本参数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心 率检测系统数字整形电路(105)传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字 整形电路(105)传回的两次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动 员此时心率信号属于心率检测系统存储模块(103)所存储的相应阶段，并获取该阶段合 理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路(105)在上 述阶段中传回的心率信号中小于上述获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的 范围的心跳脉冲宽度ti+2和心率周期Ti+2进行剔除处理；同时将获取的有效心率周期Ti 通过数据线发送到速度测量系统主控制器(202)中；所述速度测量系统(2)包括速度测量电路(201)、速度测量系统主控制器(202)、 速度测量系统存储模块(203)和速度测量系统无线发射模块(204)；所述速度测量电路(201)包括霍尔传感器、磁铁和信号处理单元，所述速度测量电 路(201)设置在自行车链条传动平面上，且霍尔传感器位于磁铁和自行车链条之间，用 于感应磁铁同自行车链条之间的磁力信号，所述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正 弦波信号转化为方波信号；所述速度测量系统主控制器(202)通过ECT 口接收速度测量电路(201)方波信号， 并根据周期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；同时对 心率检测系统主控制器(102)发送过来的有效心率周期Ti进行处理；所述速度测量系统存储模块(203)用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前 用时的数据；所述速度测量系统无线发射模块(204)用于将上述自行车的速度、行驶的路程、当 前用时及有效心率周期Ti传至监测分析系统(4)中；所述速度测量电路(201)的I/O 口同速度测量系统主控制器(202)ECT 口相连接，所 述速度测量系统主控制器(202)分别与速度测量系统无线发射模块(204)和速度测量系统 存储模块(203)相连接；所述电压调整电路(5)同电源电路(3)相连接为上述心率检测系统(1)和速度测量系 统⑵提供电源；所述监测分析系统(4)包括无线接收模块(401)、主机(402)和显示单元(403)； 所述无线接收模块(401)，用于接收速度测量系统无线发射模块(204)传回的运动员 心率信息和自行车的速度信息；所述主机(402)根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的曲 线，并通过显示单元(403)进行显示。
2.根据权利要求1所述的场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于所述心率检测 传感器(101)安置于运动员胸前，心率检测传感器(101)的电极与运动员胸部皮肤直接接 触，心率检测传感器(101)输出的心率信号无线传输给心率检测系统数字整形电路(105) 进行整形。
3.根据权利要求1所述的场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于所述心率检测 传感器(101)安置于自行车的手把上，运动员双手握把时与所述心率检测传感器(101)的 电极接触，心率检测传感器(101)输出的心率信号通过导线传输给心率检测系统数字整 形电路(105)进行整形。
4.根据权利要求1所述的场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于所述心率检测 系统主控制器(102)，还用于对心率检测系统数字整形电路(105)在上述阶段中传回的心 率信号中大于上述获取该阶段合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2进行插值处理，即在 大于合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2中插入心率信号，使插入心率信号的心率周期 Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内。
5.根据权利要求1、2或3所述的场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于所述 心率检测系统主控制器(102)和所述速度测量系统主控制器(202)为AT89C2051单片机 和MC9S12单片机。
6.根据权利要求1所述的场地自行车训练智能化监测系统，其特征在于所述主机 (402)中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据库，及国内外一流运动员的心率与速度 变化规律的标准数据库，同运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的 曲线同时通过显示单元(403)进行显示。
7.一种利用权利要求1所述分析系统的场地自行车训练智能化监测方法，其特征在于 包括心律检测系统、速度检测系统和监测分析系统对有关数据进行处理传输的步骤；所述心律检测包括如下步骤Sl 心率检测传感器(101)将感应到的运动员的心律信号以无线或有线方式传输给 心率检测系统数字整形电路(105)；S2心率检测系统数字整形电路(105)对接收的脉冲信号进行整形、滤波处理，并 将隔离后的信号送到心率检测系统主控制器(102)；S3心率检测系统主控制器(102)，根据心率检测系统存储模块(103)存储的运动员 基本参数获得该运动员不同阶段有效的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对心率检 测系统数字整形电路(105)传回的心率信号进行对比判断，即对心率检测系统数字整形 电路(105)传回的两次以上的相邻心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti进行判断，判断运动员 此时心率信号属于心率检测系统存储模块(103)所存储的相应阶段，并获取该阶段合理 的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范围，对于心率检测系统数字整形电路(105)在上述 阶段中传回的心率信号中小于上述获取该阶段合理的心跳脉冲宽度ti和心率周期Ti的范 围的心跳脉冲宽度ti+2和心率周期Ti+2进行剔除处理；S4心率检测系统主控制器(102)将获取的有效心率周期Ti通过数据线发送到速度 测量系统主控制器(202)中；所述速度检测系统包括如下步骤Si:通过速度测量电路(201)中的霍尔传感器采集到自行车链条运动产生的正弦信 号，并将其转化成方波信号；S2通过速度测量系统主控制器(202)的I/O 口使能速度测量系统无线发射模块 (204)，使其进入准备工作状态；53速度测量系统主控制器(202)接收到方波信号，通过ECT 口对方波信号进行捕54然后速度测量系统主控制器(202)对采集到的方波信号进行分析、处理；根据 最初采集到正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路程 相对应，对方波信号的周期大小进行分析，以计算场地自行车当前时刻的行驶速度；通 过分析方波信号的周期个数，以计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程，同时对 心率检测系统主控制器(102)发送过来的有效心率周期Ti进行处理；S5速度测量系统主控制器(202)将分析得到的速度、路程和当前用时传送给速度 测量系统存储模块(203)存储；S6 速度测量系统主控制器(202)控制速度测量系统无线发射模块(204)将分析得到 的速度、路程、当前用时及有效心率周期Ti传至监测分析系统(4)中； 所述监测分析系统包括如下步骤Sl 通过无线接收模块(401)接收速度测量系统无线发射模块(204)传回的运动员心 率信息和自行车的速度信息；S2然后主机(402)根据运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化 的曲线，并通过显示单元(403)进行显示。
8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于所述监测分析系统还包括主机(402) 将其中装有该运动员的竞赛过程心率、速度数据库，及国内外一流运动员的心率与速度 变化规律的标准数据库，会同运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化 的曲线同时通过显示单元(403)进行显示。
9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于所述心律检测步骤中的S3步骤还包 括心率检测系统主控制器(102)对心率检测系统数字整形电路(105)在上述阶段中传回的 心率信号中大于上述获取该阶段合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2进行插值处理，即 在大于合理心率周期Ti范围的心率周期Ti+2中插入心率信号，使插入心率信号的心率周 期Ti+Ι在合理心率周期Ti范围内的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种场地自行车训练智能化监测系统，心率检测系统检测运动员的心率信号，通过心率检测系统主控制器过滤处理后将有效心率周期Ti通过通过数据线发送到速度测量系统主控制器中；速度测量系统，通过霍尔传感器检测自行车的速度、行驶的路程，后通过速度测量系统无线发射模块将运动员心率信息和自行车的速度信息发送至监测分析主机；监测分析系统接收到上述信息后，通过主机对运动员实时心率、速度数据绘制出心率、速度随时间变化的曲线。该场地自行车训练智能化监测系统，不仅能够进行实时发送、存储数据，而且无需改造车体，节省使用成本，适合广大用户。
文档编号A63B69/16GK102008811SQ20101026427
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者关天民, 姚世选, 李萍 申请人:大连交通大学