具有检测心率功能的手环结构及跑步考试系统和方法

具有检测心率功能的手环结构及跑步考试系统和方法
【专利摘要】本发明公开了具有检测心率功能的手环结构及跑步考试系统和方法。具有检测心率功能的手环结构，包括手环本体，手环本体内侧设有心率传感器，手环本体的前表面设有显示屏，手环本体内设有与心率传感器连接的电路板；电路板设有数据处理电路，及与数据处理电路连接的无线通讯模块；还包括与数据处理电路连接的提醒装置。本发明手环结构使得手环具有心率检测功能，还可以进行数据的接收和发送。采用了提醒装置，当使用者的心率超出最大设定值时，可以发出提醒信息，以防止运动后发生晕倒或猝死的情况。本发明跑步考试系统，通过考试者身上佩带的手环结构，实现跑步考试时的自动计时功能，大大地减少了监考人员的工作量，并且可以用于学生的日常体育活动的运动量统计。
【专利说明】具有检测心率功能的手环结构及跑步考试系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种手环结构，更具体地说是指具有检测心率功能的手环结构及跑步 考试系统和方法。

【背景技术】
[0002] 现有技术中，智能手环已经普及应用于人们的日常生活，但是智能手环仅限于本 身的数据处理，缺少联网的功能。另外，目前的大部分智能手环仅具有计数功能，而不具有 提醒功能。
[0003] 目前，各大学校要求学生加强体育锻炼，但是学生的体质参差不齐，老师也很难了 解学生的体质状态，以及在体育运动中的状态，有些学生容易出现体力不支，勉强运动下 来，发生晕倒、昏迷、猝死等情况。
[0004] 因此，有必要进一步完善智能手环的结构，让其成为一个无线通讯设备，可以进行 数据的无线接收和发送，还能具有提醒功能。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供具有检测心率功能的手环结构及跑 步考试系统和方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 具有检测心率功能的手环结构，包括手环本体，所述手环本体内侧设有心率传感 器，所述的手环本体的前表面设有显示屏，手环本体内设有与心率传感器连接的电路板；所 述的电路板设有数据处理电路，及与数据处理电路连接的无线通讯模块；还包括与数据处 理电路连接的提醒装置。
[0008] 其进一步技术方案为：所述的电路板内还设有与数据处理电路连接的重力加速度 传感器。
[0009] 其进一步技术方案为：所述的手环本体为块状结构，还包括设于手环本体前后侧 的柔性带，所述的柔性带为一体式结构或穿扣式分体结构。
[0010] 其进一步技术方案为：所述的电路板上还设有连接于心率传感器与数据处理电路 之间的心率信号放大电路。
[0011] 其进一步技术方案为：所述的心率传感器为绿光型光电传感器，包括传感器本体， 及设于传感器本体前侧面的绿光发光二极管和光电感应器。
[0012] 其进一步技术方案为：所述的电路板还联接有电池，所述的电路板上设有与电池 连接的升压电路。
[0013] 其进一步技术方案为：所述的电路板还设有定时电路。
[0014] 其进一步技术方案为：所述的数据处理电路为STM8L152C6型芯片，所述的心率传 感器为S0N1303型的绿光型光电传感器。
[0015] 其进一步技术方案为：还包括与电路板连接的控制按钮，所述的控制按钮设于手 环本体的侧边；所述的提醒装置为蜂鸣器和/或振动器。
[0016] 其进一步技术方案为：所述无线通讯模块包括无线收发模块和/或低功耗蓝牙模 块。
[0017] 又一种进一步技术方案为，它可以起到防作弊的作用：在柔性带上设有与电路板 连接的导电线，当柔性带穿扣闭合之后，二个柔性带之间的导电线进行电性连接，形成封闭 (或称为导通）的导电信号，当手环进行身份识别之后，该导电信号一直保持（即不能拆开 柔性带），若该导电信号断开（即拆开柔性带，导电信号被中断），数据处理电路检测信号被 中断后，会发出报警信号，并关闭其无线通讯模块或者中断与上位机的通讯，原有的身份识 别信息被清除。需要再次穿扣好柔性带之后，通过二个柔性带内的导线在穿扣处形成的电 性连接，而导通的电信号，才能再次启用身份识别功能（即再次实现手环在上位机的身份 登记，再次启动考试计步计时等功能）。
[0018] 本发明跑步考试系统，包括主机和与主机无线通讯连接的若干个智能终端，所述 的智能终端为前述的手环结构；所述的主机包括数据处理器，及与数据处理器连接的存储 器、显示屏、控制按钮和无线收发模块，所述的无线收发模块与手环结构的无线通讯模块连 接。
[0019] 其进一步技术方案为：所述的无线收发模块包括设于跑道起点的起跑信号发射装 置和设于跑道终点的终点信号检测装置；主机还包括有与数据处理器连接的感应光栅，所 述的感应光栅至少为一对。
[0020] 用于跑步考试系统的检测方法，该方法是在考试者手上佩带手环结构，考试者佩 带完之后，与主机进行无线通讯连接，通过手环结构内置的ID号与考试者的身份进行匹 配；主机在发出起跑信号时，通过无线通讯方式向手环结构发出起跑计时信号，主机通过设 在终点的终点信号检测装置对每个考试者进行跑步结束计时，主机依此完成对每个考试者 的跑步计时；当跑步距离超过跑道周长时，设在终点的终点信号检测装置通过与考试者身 上的手环结构进行的无线通讯来实现跑道圈数的计算，考试者在最后一圈到达终点时为跑 步结束计时。
[0021] 其进一步技术方案为：所述的手环结构设有防止作弊的检测导线，该检测导线设 于手环结构配佩时的开口处或伸缩处，当考试者佩带完成之后，该检测导线有一导电信号 传输至数据处理电路，在检测导线一直未被中断的情况下，手环结构与主机进行的身份登 记信息一直处于有效状态，若该检测导线中断，则该手环结构与主机进行的身份登记信息 保持原有状态后中止计时和/或计算心率的功能，或者清除该手环结构的检测数据，或者 中断该手环结构与主机的通讯连接。
[0022] 本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明手环结构在电路板上设有无线通讯 模块，使得手环不仅具有心率检测功能，还可以进行数据的接收和发送。采用了提醒装置， 当使用者的心率超出最大设定值时，可以发出提醒信息（比如振动报警或声音报警），以防 止运动后发生晕倒或猝死的情况。采用手表式结构，即采用块状结构和柔性带的固定结构， 更容易佩带，使用者可以依手腕大小而进行调节。心率传感器采用了绿光型光电传感器，使 得心率检测时，不会对手腕产生压力，从而使得佩带起来更舒适。本发明手环结构可以用于 人们的日常健身检测，也可以用于学生的体育运动的动动量监控和统计。本发明跑步考试 系统，通过考试者身上佩带的手环结构，实现跑步考试时的自动计时功能，大大地减少了监 考人员的工作量，并且可以用于学生的日常体育活动的运动量统计。由于手环结构具有心 率检测，可以在考试者出现体支不力，心率过高或不稳定的情况时，发出提醒信号，让考试 者中止考试。
[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 图1为本发明具有检测心率功能的手环结构具体实施例的正面示意图；
[0025] 图2为图1的反向视图；
[0026] 图3为图1的手环本体部分放大图；
[0027] 图4为图1的手环本体部分放大图；
[0028] 图5为图1所示实施例的电路方框图；
[0029] 图6为图1所示实施例的电路原理图一（主控芯片部分）；
[0030] 图7为图1所不实施例的电路原理图_(升压电路、心率传感器和放大电路部 分）；
[0031] 图8为图1所示实施例的电路原理图三（重力加速度传感器、无线通讯模块和显 示屏部分）；
[0032] 图9为本发明考试系统具体实施例的示意图；
[0033] 图10为本发明考试系统具体实施例的电路方框图。
[0034] 附图标记
[0035] 70 手环本体 701 柔性带
[0036] 71 心率传感器 711 传感器本体
[0037] 712 绿光发光二极管 713 光电感应器
[0038] 72 显示屏 73 电路板
[0039] 731 数据处理电路 732 无线通讯模块
[0040] 733 重力加速度传感器734 心率信号放大电路
[0041] 735 升压电路 736 提醒装置
[0042] 736A蜂鸣器 736B振动器
[0043] 738 控制按钮 74 电池
[0044] 7 手环结构 8 主机
[0045] 81 数据处理器 82 存储器
[0046] 83 显示屏 84 控制按钮
[0047] 85 无线收发模块 851 起跑信号发射装置
[0048] 852 终点信号检测装置 853 无线读写装置
[0049] 86 感应光栅 87 电源电路
[0050] 90 跑道

【具体实施方式】
[0051] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进 一步介绍和说明，但不局限于此。
[0052] 如图1-图8所示，本发明具有检测心率功能的手环结构，包括手环本体70,手环本 体70内侧设有心率传感器71，手环本体70的前表面设有显示屏72,手环本体70内设有与 心率传感器71连接的电路板73 ;电路板73设有数据处理电路731，及与数据处理电路731 连接的无线通讯模块732。电路板73内还设有与数据处理电路731连接的重力加速度传感 器733。还包括与数据处理电路连接的提醒装置736,提醒装置包括蜂鸣器736A和振动器 736B，当运动者的心率超出最大设定值时，手环本体内会发生报警信息，以提醒运动者降低 运动强度或停止运动。这种手环特别适合那些不经常运动的学生在体育考试中的应用。因 此，本发明又可以称为安全型的学生运动手环。本实施例中，在显示屏上可以分别用于显示 时间、计步和心率，显示屏的中心为数字显示区，显示屏的上侧边或下侧边为功能显示区， 用于指定当前显示的数字为时间数据、计步或心率数据。
[0053] 其中，手环本体70为块状结构（采用表盘式的结构），还包括设于手环本体前后 侧的柔性带701，柔性带为穿扣式分体结构（即与表带的结构相同的结构）。电路板73上 还设有连接于心率传感器71与数据处理电路731之间的心率信号放大电路734。本实施 例中，心率传感器71为绿光型光电传感器，包括传感器本体711，及设于传感器本体711前 侧面的绿光发光二极管712和光电感应器713。电路板73还设有定时电路（图中未示出） 通过显示屏显示时间，可以当作一个电子表来使用。
[0054] 电路板73还联接有电池74,电路板73上设有与电池74连接的升压电路735,该 升压电路能将〇. 7V-3V的电池电压升压至稳定的3V，在使用中可以装一节或二节1. 5V的 电池。还包括与电路板73连接的控制按钮738,控制按钮738设于手环本体70的侧边，可 以进行开关机和设定等操作。其中的无线通讯模块包括无线收发模块和/或低功耗蓝牙模 块。
[0055] 如图6-8所示，为本实施例的具体电路原理图，其中，数据处理电路采用了 STM8L152C6型芯片，心率传感器为S0N1303型的绿光型光电传感器，心率信号放大电路采 用了 NJU7043型芯片，升压电路采用了 XZ234型芯片，重力加速度传感器采用KXTJ2型芯 片；无线通讯模块包括了 RFM433b型无线通讯芯片和BLE芯片（蓝牙低能耗芯片）。
[0056] 使用过程中，该手环可以检测使用者的心率，数据处理电路可以依照预设的计算 方式，算出不同的运动数据，并将处理之后的运动数据传送至服务器，手机或电脑（比如考 试系统的主机）等上位机。而且，使用者若使用了运动手柄之类的其它智能终端，该手环可 以接收这些运动手柄所采集到的运动数据，经过处理或汇总之后再传送给上位机。
[0057] 通过手环本体内设有的重力加速度传感器可以计算使用者的走路的步数或跑步 的步数。本发明还可以特别用于学生的体育考试和日常体育锻炼方面的管理。
[0058] 可以用于学生的长跑考试时的计数，其中的无线收发模块可以内设有ID号，每个 学生在考试前，与主机通过无线通讯，将ID号传输给主机，以此进行学生的身份识别（也称 之为学生身份的登记）。当用于学生长跑练习或考试时，每个学生的手环事先与上位机实 现身份登记（或称为身份识别），在起跑线和终点的位置均设有可以与手环通讯连接的检 测装置，起跑时，给每个手环发送计时和计步的指令，每个学生每通过一次终点的检测装置 时，就会计数一圈，当跑完设定的圈数之后，到达终点时，终点的检测装置会检测到每个学 生的结束时间，从而计算出每个学生长跑的时长，实现长跑的自动计时，大大地减少了老师 的工作量。
[0059] 在使用过程中，还可以每个学生的心率数据传送给上位机进行分析处理，以判断 每个学生在运动过程中的心率变化，老师可以在体育课上为学生进行专业化的指导。
[0060] 作为一种防作弊的技术方案，可以在柔性带（优选采用穿扣式分体结构）上设有 与电路板连接的导电线，当柔性带穿扣闭合之后，二个柔性带之间形成封闭的导电信号，当 手环进行身份识别之后，不能拆开柔性带，若拆开柔性带，导电信号被中断，数据处理电路 检测信号被中断后，会发出报警信号，并关闭其无线通讯模块或者中断与上位机的通讯，原 有的身份识别信息被清除。需要再次穿扣好柔性带之后，通过二个柔性带内的导线在穿扣 处形成的电性连接，而导通的电信号，才能再启用身份识别功能。这样可以起到防止作弊的 效果，而同一个手环又可以反复用于多个学生的体育考试或运动，降低学校的采购成本。
[0061] 于其它实施例中，在数据处理电路中存储使用者的体重等参数，可以进行对使用 者进行热量（即卡路里）消耗方面的计算。
[0062] 于其它实施例中，柔性带也可以采用一体式结构，即采用一体式的松紧带。
[0063] 于其它实施例中，心率传感器也可以米用压力式传感器，或者其它型号的光电传 感器。
[0064] 于其它实施例中，电池还可以采用充电电池，增设有与充电电池连接的充放电管 理电路，及与充放电管理电路连接的充电接口或无线充电感应板，以方便充电。
[0065] 于其它实施例中，电池还可以采用太阳能电池板，将太阳能电池板设于手环本体 的外周或的柔性带的表面。
[0066] 于其它实施例中，二个柔性带之间还可以采用卡扣式联接结构。
[0067] 如图9至图10所示，本发明跑步考试系统，包括主机8和与主机8无线通讯连接 的若干个智能终端，智能终端为手环结构7 (具体结构参见前述的实施例）；主机8包括数 据处理器81，及与数据处理器81连接的存储器82、显示屏83、控制按钮84和无线收发模块 85,无线收发模块85与手环结构7的无线通讯模块连接。无线收发模块85包括设于跑道 起点的起跑信号发射装置851和设于跑道终点的终点信号检测装置852,以及与主机8为一 体的无线读写装置853 ;主机8还包括有与数据处理器81连接的感应光栅86,本实施例中， 感应光栅86为七对。感应光栅86采用红外等光电检测方式，考试者穿过感应光栅时，能准 确地检测到跑步结束时间，从而实现精确的跑步计时，这个感应光栅用于100米、200米之 类的短跑考试或短跑练习。当用于越过400米以上的中长跑考试或练习时，可以不采用感 应光栅，由设在设于跑道终点的终点信号检测装置852进行近距离的无线通讯，从而检测 到每个考试者到达终点的时间，实现跑步计时功能。主机还可以根据需要，增设有鼠标和键 盘等输入设备。
[0068] 于其它实施例中，当采用传输距离较远的无线收发模块时，可以将起跑信号发射 装置和终点信号检测装置合为一体，只采用一个无线装置实现与若干个手环结构的数据通 讯。
[0069] 用于跑步考试系统的检测方法，该方法是在考试者手上佩带手环结构，考试者佩 带完之后，与主机进行无线通讯连接，通过手环结构内置的ID号与考试者的身份进行匹 配；主机在发出起跑信号时，通过无线通讯方式向手环结构发出起跑计时信号，主机通过设 在终点的终点信号检测装置对每个考试者进行跑步结束计时，主机依此完成对每个考试者 的跑步计时；当跑步距离超过跑道周长时，设在终点的终点信号检测装置通过与考试者身 上的手环结构进行的无线通讯来实现跑道圈数的计算，考试者在最后一圈到达终点时为跑 步结束计时。考试者到达终点时，主机可以完成每个手环结构ID号所对应的考试者的跑步 计时，也可以接受手环结构发送过来的跑步计时（该跑步计时由手环结构自身来实现，当 手环结构为个人物品时，可以用于个人运动量的累积计算）。
[0070] 其中的手环结构设有防止作弊的检测导线，该检测导线设于手环结构配佩时的开 口处或伸缩处，当考试者佩带完成之后，该检测导线有一导电信号传输至数据处理电路，在 检测导线一直未被中断的情况下，手环结构与主机进行的身份登记信息一直处于有效状 态，若该检测导线中断，则该手环结构与主机进行的身份登记信息保持原有状态后中止计 时和/或计算心率的功能，或者清除该手环结构的检测数据，或者中断该手环结构与主机 的通讯连接。即增加了防止作弊的结构（即柔性带上设有检测导线），考试的学生一但身份 登记之后不能拆开。考完之后可以拆下来，用于另外一个学生的跑步考试。
[0071] 综上所述，本发明在电路板上设有无线通讯模块，使得手环不仅具有心率检测功 能，还可以进行数据的接收和发送。采用手表式结构，即采用块状结构和柔性带的固定结 构，更容易佩带，使用者可以依手腕大小而进行调节。心率传感器采用了绿光型光电传感 器，使得心率检测时，不需要对手腕产生压力，从而使得佩带起来更舒适。本发明当用于学 生的体育考试或体育练习（尤其是中长跑）时，可以检测学生的心率是否正常（比如心率 不稳，心率过于急促等），以及心率是否达到最大设定值，以此作为检测手段，以及提醒那些 心率不正常或心率超出最大设定值的学生，中止考试或中止体育运动，以防止晕倒、昏迷， 甚至猝死等情况的发生。
[0072] 上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不 代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的 保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
【权利要求】
1. 一种具有检测心率功能的手环结构，包括手环本体，其特征在于所述手环本体内侧 设有心率传感器，所述的手环本体的前表面设有显示屏，手环本体内设有与心率传感器连 接的电路板；所述的电路板设有数据处理电路，及与数据处理电路连接的无线通讯模块； 还包括与数据处理电路连接的提醒装置。
2. 根据权利要求1所述的具有检测心率功能的手环结构，其特征在于所述的电路板内 还设有与数据处理电路连接的重力加速度传感器。
3. 根据权利要求1所述的一种具有检测心率功能的手环结构，其特征在于所述的手环 本体为块状结构，还包括设于手环本体前后侧的柔性带，所述的柔性带为一体式结构或穿 扣式分体结构。
4. 根据权利要求1所述的具有检测心率功能的手环结构，其特征在于所述的电路板上 还设有连接于心率传感器与数据处理电路之间的心率信号放大电路；还包括与电路板连接 的控制按钮，所述的控制按钮设于手环本体的侧边；所述的提醒装置为蜂鸣器和/或振动 器。
5. 根据权利要求1所述的具有检测心率功能的手环结构，其特征在于所述的心率传感 器为绿光型光电传感器，包括传感器本体，及设于传感器本体前侧面的绿光发光二极管和 光电感应器。
6. 根据权利要求1所述的具有检测心率功能的手环结构，其特征在于所述的电路板还 联接有电池，所述的电路板上设有与电池连接的升压电路。
7. 跑步考试系统，其特征在于包括主机和与主机无线通讯连接的若干个智能终端，所 述的智能终端为权利要求1-6任一项所述的手环结构；所述的主机包括数据处理器，及与 数据处理器连接的存储器、显示屏、控制按钮和无线收发模块，所述的无线收发模块与手环 结构的无线通讯模块连接。
8. 根据权利要求7所述的跑步考试系统，其特征在于所述的无线收发模块包括设于跑 道起点的起跑信号发射装置和设于跑道终点的终点信号检测装置；主机还包括有与数据处 理器连接的感应光栅，所述的感应光栅至少为一对。
9. 用于跑步考试系统的检测方法，该方法是在考试者手上佩带手环结构，考试者佩带 完之后，与主机进行无线通讯连接，通过手环结构内置的ID号与考试者的身份进行匹配； 主机在发出起跑信号时，通过无线通讯方式向手环结构发出起跑计时信号，主机通过设在 终点的终点信号检测装置对每个考试者进行跑步结束计时，主机依此完成对每个考试者的 跑步计时；当跑步距离超过跑道周长时，设在终点的终点信号检测装置通过与考试者身上 的手环结构进行的无线通讯来实现跑道圈数的计算，考试者在最后一圈到达终点时为跑步 结束计时。
10. 根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于所述的手环结构设有防止作弊的检 测导线，该检测导线设于手环结构配佩时的开口处或伸缩处，当考试者佩带完成之后，该检 测导线有一导电信号传输至数据处理电路，在检测导线一直未被中断的情况下，手环结构 与主机进行的身份登记信息一直处于有效状态，若该检测导线中断，则该手环结构与主机 进行的身份登记信息保持原有状态后中止计时和/或计算心率的功能，或者清除该手环结 构的检测数据，或者中断该手环结构与主机的通讯连接。
【文档编号】G08C17/02GK104146446SQ201410412176
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】王天禄, 林善棠 申请人:深圳市培林体育科技有限公司