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1、(10)授权公告号 CN 202636919 U (45)授权公告日 2013.01.02 CN 202636919 U *CN202636919U* (21)申请号 201220324501.1 (22)申请日 2012.07.06 A61B 5/0205(2006.01) A61B 5/024(2006.01) A61B 5/1455(2006.01) (73)专利权人 四川大学 地址 610064 四川省成都市一环路南一段 24 号 (72)发明人 莫思特 李亮 宁佳 (74)专利代理机构 成都和睿达专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51217 代理人 潘育敏 (54) 实用新型名称 运。
2、动状态体能监测仪 (57) 摘要 本实用新型公开了一种运动状态体能监测 仪。 监测仪由一个弹性环状连接器， 一个中央采集 装置和 n 个发光与传感装置三部分组成。中央采 集装置和发光与传感装置安装在弹性环状连接器 上， 弹性环状连接器用有弹性的材料作基材， 基材 上设有中央采集装置和发光与传感装置的固定和 安装底座、 连接接口以及连接线。 各个发光与传感 装置通过 3 根公共连接线和 7 根单独连接线将弹 性环状连接器、 中央采集装置和 n 个发光与传感 装置构成完整的系统。本检测仪可在运动员运动 训练甚至比赛时实时、 实地监测体能而不影响运 动。 可以监控脉搏和血氧饱和度， 易于佩戴。 不仅。
3、 适合运动员， 也适合各类需要体能状态检测、 运动 状态监测、 人体健康监测的人群。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 13 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 13 页 1/1 页 2 1. 一种运动状态体能监测仪， 其特征在于 ： 监测仪由一个弹性环状连接器， 一个中央 采集装置和 n 个发光与传感装置三部分组成， 中央采集装置和发光与传感装置安装在弹性 环状连接器上， 弹性环状连接器用有弹性的材料作基材， 基材上设有中央采集装置的固定 和安装底。
4、座、 中央采集装置的连接接口， 发光与传感装置的固定和安装底座、 发光与传感装 置的连接接口以及连接线 ； 在中央采集装置的固定和安装底座上安装中央采集装置， 在发光与传感装置的固定和 安装底座上安装发光与传感装置 ； 中央采集装置通过中央采集装置的连接接口与连接线连 接， 并通过连接线连接发光与传感装置 ； 各个发光与传感装置通过各自的连接接口与连接 线连接， 并通过连接线连接中央采集装置 ； 各个发光与传感装置的连接接口都是多芯接口， 多芯接口连接所有发光与传感装置与 中央采集装置的公共连接线和各个发光与传感装置与中央采集装置的单独连接线。 2. 如权利要求1 所述的体能监测仪， 其特征在。
5、于 ： 所述各个发光与传感装置的连接接 口都是多芯接口， 其多芯接口有 3 根与中央采集装置的公共连接线和 7 根与中央采集装置 的单独连接线， 3 根公共连接线分别为电源线、 电源地线、 电路地线， 7 根单独连接线分别为 3 根红外灯控制线， 3 根红色灯控制线， 1 根光传感输出线。 3. 如权利要求 1 所述的体能监测仪， 其特征在于 ： 所述发光与传感装置由发光与传感 模块支架， 发光与传感模块电路板和透明材料隔板组成 ； 发光与传感模块支架， 发光与传感模块电路板和透明材料隔板上都有安装螺丝孔 （11-1、 11-2） ， 通过安装螺丝孔将发光与传感装置与弹性环状连接器发光与传感装。
6、置的固 定和安装底座紧密连接 ； 在发光与传感模块电路板上有连接电路和连接接口， 通过连接电路焊接一个光传感 器、 3 个红色灯， 3 个红外灯， 通过连接接口安装发光与传感装置的接口插件 ； 发光与传感模 块支架上设有与电路板相配合的安装孔， 包括 ： 3 个红色灯安装孔 （13-1、 13-2、 13-3） ， 3 个 红外灯安装孔 （15-1、 15-2、 15-3） ， 一个光传感器感光孔 （14） ， 这些安装孔贯穿整个发光与 传感模块支架上的底面和顶面。 4. 如权利要求 3 所述的体能监测仪， 其特征在于 ： 所述发光与传感模块支架上设有与 电路板相配合的安装孔， 其 3 个红色。
7、灯安装孔和 3 个红外灯安装孔分别与传感模块支架的 水平面呈 45 度， 90 度， 135 度角。 5. 如权利要求 1 所述的体能监测仪， 其特征在于 ： 所述弹性环状连接器上的中央采集 装置固定和安装底座、 发光与传感装置的固定和安装底座都有螺孔， 中央采集装置和发光 与传感装置通过各自的固定和安装底座用螺钉固定在弹性环状连接器上。 6. 如权利要求 1 所述的体能监测仪， 其特征在于 ： 所述监测仪有 n 个发光与传感装置 是指有 4-16 个发光与传感装置。 7. 如权利要求 1 所述的体能监测仪， 其特征在于 ： 所述中央采集装置包括控制与计算 模块， 无线传输模块， 有线通信模块。
8、， 语音播报模块和显示模块。 权 利 要 求 书 CN 202636919 U 2 1/5 页 3 运动状态体能监测仪 0001 一、 技术领域 0002 本实用新型属监测仪器技术范畴， 具体是运动状态体能监测仪。 0003 二、 背景技术 0004 运动训练、 比赛中的运动员需要了解运动强度和疲劳程度， 以确定运动训练方 案和比赛中的战略战术。运动强度和疲劳程度的监测指标最主要的是脉搏和血氧饱和 度。现有的脉搏和血氧饱和度监测装置大都是放置在室内、 固定在检测人员容易操作的 地方， 监测时需要被监测者处于静止状态， 被监测者有微小的运动如手指的活动就会影响 监测结果。中国专利 2010101。
9、36449.2运动状态下的血氧饱和度监测装置 、 中国专利 201120242132.7一种新型无线脉搏测量仪 分别对现有的血糖测试和脉搏测试做了改进。 但是， 这些监测装置仍然需要被监测者停下运动在室内进行， 同时监测的项目单一。 这样的 监测仪器显然对运动员是不够和不利的。首先。停止运动状态会影响运动训练， 其次静止 状态与运动状态的监测值是有误差的， 在监测要求不断提高的背景下， 显然不能满足实时、 实地准确监测， 从而最大限度的科学制定训练计划的目的。 0005 三、 实用新型内容 0006 本实用新型针对现有技术的不足， 提供一种在运动员运动训练甚至比赛时实时、 实地监测体能而不影响。
10、运动的体能检测仪。这种检测仪可以监控脉搏和血氧饱和度， 易于 佩戴， 不影响运动， 具有无线传输能力和语音提醒功能， 实时检测精度较高的运动体能状态 监测仪。本监测仪不仅适合运动员， 也适合各类需要体能状态检测、 运动状态监测、 人体健 康监测。 0007 本实用新型的目的是这样达到的 ： 0008 一种运动状态体能监测仪， 其特征在于 ： 监测仪由一个弹性环状连接器， 一个中央 采集装置和 n 个发光与传感装置三部分组成， 中央采集装置和发光与传感装置安装在弹性 环状连接器上， 弹性环状连接器用有弹性的材料作基材， 基材上设有中央采集装置的固定 和安装底座、 中央采集装置的连接接口， 发光与。
11、传感装置的固定和安装底座、 发光与传感装 置的连接接口以及连接线。 0009 在中央采集装置的固定和安装底座上安装中央采集装置， 在发光与传感装置的固 定和安装底座上安装发光与传感装置 ； 中央采集装置通过中央采集装置的连接接口与连接 线连接， 并通过连接线连接发光与传感装置 ； 各个发光与传感装置通过各自的连接接口与 连接线连接， 并通过连接线连接中央采集装置。 0010 各个发光与传感装置的连接接口都是多芯接口， 多芯接口连接所有发光与传感装 置与中央采集装置的公共连接线和各个发光与传感装置与中央采集装置的单独连接线。 0011 各个发光与传感装置的连接接口都是多芯接口， 其多芯接口有 3。
12、 根与中央采集装 置的公共连接线和 7 根与中央采集装置的单独连接线， 3 根公共连接线分别为电源线、 电源 地线、 电路地线， 7根单独连接线分别为3根红外灯控制线， 3根红色灯控制线， 1根光传感输 出线。 0012 发光与传感装置由发光与传感模块支架， 发光与传感模块电路板和透明材料隔板 说 明 书 CN 202636919 U 3 2/5 页 4 组成。 发光与传感模块支架， 发光与传感模块电路板和透明材料隔板上都有安装螺丝孔， 通 过安装螺丝孔将发光与传感装置与弹性环状连接器上的发光与传感装置的固定和安装底 座紧密连接。 0013 在发光与传感模块电路板上有连接电路和连接接口， 通过。
13、连接电路焊接一个光传 感器、 3 个红色灯， 3 个红外灯， 通过连接接口安装发光与传感装置的接口插件 ； 发光与传感 模块支架上设有与电路板相配合的安装孔， 包括 ： 3 个红色灯安装孔， 3 个红外灯安装孔， 一 个光传感器感光孔， 这些安装孔贯穿整个发光与传感模块支架上的底面和顶面。 0014 发光与传感模块支架上设有与电路板相配合的安装孔， 其 3 个红色灯安装孔和 3 个红外灯安装孔分别与传感模块支架的水平面呈 45 度， 90 度， 135 度角。 0015 弹性环状连接器上的中央采集装置固定和安装底座、 发光与传感装置的固定和安 装底座都有螺孔， 中央采集装置和发光与传感装置通过。
14、各自的固定和安装底座用螺钉固定 在弹性环状连接器上。 0016 监测仪有 n 个发光与传感装置是指有 4-16 个发光与传感装置。 0017 中央采集装置包括控制与计算模块， 无线传输模块， 有线通信模块， 语音播报模块 和显示模块。 0018 本实用新型的积极效果是 ： 对于训练中的运动员， 教练员可以实时监测和记录运 动员的脉搏和血氧， 通过实时监测运动员的脉搏和血氧调整训练计划， 同时通过所记录的 脉搏、 血氧的历史数据， 进行体育科学的相关研究。运动员也可以实时知道自己的训练状 态， 自我控制， 调整训练强度。对于比赛中的运动员， 教练员可以实时监测运动员的体能状 况， 根据运动员的体。
15、能状况实时调整比赛策略。对于个人锻炼和有一定强度的工作和劳动 者， 可以实时监控身体状况， 及时调整锻炼强度和劳动强度， 控制休息时间和休息间隔。对 于其它需要监控心跳和血氧的应用场合提供实时的、 远距离的、 高精度的监控与测量。 0019 四、 附图说明 0020 图 1 是本实用新型的结构框图。 0021 图 2 是弹性环状连接器的剖面示意图。 0022 图 3 是弹性环状连接器的外形侧面示意图。 0023 图 4 是发光与传感装置结构示意图。 0024 图 5 是发光与传感模块支架顶面示意图。 0025 图 6 是红色灯安装孔位置示意图。 0026 图 7 是红外灯安装孔位置示意图。 0。
16、027 图 8 是红色灯安装后在发光与传感模块电路板与发光与传感模块支架位置剖面 示意图。 0028 图 9 是红外灯安装后在发光与传感模块电路板与发光与传感模块支架位置剖面 示意图。 0029 图 10 中央采集装置结构方框图。 0030 图 11 是使用上位机与本检测仪连接示意图。 0031 图 12 是发光与传感模块电路板的电路图。 0032 图 13 是弹性环状连接器连接线电路中与发光与传感装置连接接口的接插件图。 0033 图 14 是弹性环状连接器连接线电路中与中央采集装置连接接口的接插件图。 说 明 书 CN 202636919 U 4 3/5 页 5 0034 图 15 是弹性。
17、环状连接器连接线电路中与中央采集装置的控制系统的接插件图。 0035 图 16 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 FPGA 主芯片电路图。 0036 图 17 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 FPGA 配置芯片电路图。 0037 图 18 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 FPGA 加载电路图。 0038 图 19 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 DSP 主电路图。 0039 图 20 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 DSP 复位电路图。 0040 图 21 是中央采集装置中控制与计算模块电路中 DSP 调试与仿真接口图。 0041 图 22 是中央采集装置中控制与计。
18、算模块电路中 DSP 存储器图。 0042 图 23 是中央采集装置中控制与计算模块电路中有线通信模块电路图。 0043 图 24 是中央采集装置中控制与计算模块电路中无线通信模块电路图。 0044 图 25 是中央采集装置中控制与计算模块电路中语音模块电路图。 0045 图 26 是中央采集装置中控制与计算模块电路中显示模块电路图。 0046 图 27 是中央采集装置中控制与计算模块电路中键盘模块电路图。 0047 图中， 1 是弹性环状连接器， 2 是中央采集装置， 3 是发光与传感装置， 其中 3-1、 3-13-n 表示有 n 个， 4 是中央采集装置的固定和安装底座， 5 是中央采集。
19、装置的连接接口， 6 是发光与传感装置的固定和安装底座， 其中 6-16-8 表示有 8 个相同底座， 7 是发光与传 感装置的连接接口， 其中 7-17-8 表示有 8 个相同的连接接口， 8 是连接线， 9 是发光与传感 模块电路板， 10 是发光与传感模块支架 ， 11-1、 11-2 是安装螺钉孔， 12 是透明材料隔板， 13-1、 13-2、 13-3 是红色灯安装孔， 14 是光传感器透光孔， 15-1、 15-2、 15-3 是红外灯安装 孔， 16-1、 16-2、 16-3 是红色灯， 17-1、 17-2、 17-3 红外灯。 0048 五、 具体实施方式 0049 附图。
20、给出了本实用新型的具体实施例。 0050 参见附图 1、 2、 3。 0051 监测仪由一个弹性环状连接器 1， 一个中央采集装置 2 和 n 个发光与传感装置 3 三部分组成， 本例中共采用了 8 个发光与传感装置。中央采集装置和发光与传感装置安 装在弹性环状连接器上， 弹性环状连接器用有弹性的材料作基材， 基材上设有中央采集装 置的固定和安装底座 4、 中央采集装置连接接口 5， 8 个发光与传感装置的固定和安装底座 6-16-8、 8 个发光与传感装置的连接接口 7-17-8 以及连接线 8。 0052 每个发光与传感装置中的发光与传感模块电路板分别用 10 芯连接线连接到发光 与传感装。
21、置的连接接口。10 根连接线中， 有 3 根为所有发光与传感装置与中央采集装置连 接的公共连接线， 7根为各个发光与传感装置与中央采集装置单独的连接线。 发光与传感装 置的连接接口通过连接线与中央采集装置的连接接口连接， 中央采集装置与每个发光与传 感装置用 3 根公共连接线以及 7 根单独连接线连接。如果有 n 个发光与传感模块， 则中央 采集系统的连接导线总共有 3+7n 根， 其连接接口有 3+7n 芯。 10 芯连接线和 10 芯连 接接口中， 3 根公共连接线分别为电源、 电源地线、 电路地线。7 根单独的连接线分别为 3 根 红外灯控制线， 3 根红色灯控制线， 1 根光传感输出线。
22、。 0053 参见附图 4、 5。 0054 发光与传感装置由发光与传感模块支架 10 和发光与传感模块电路板 9 以及透明 材料隔板 12 组成。发光与传感装置上有安装螺丝孔 11-1、 11-2， 通过安装螺丝孔将发光与 说 明 书 CN 202636919 U 5 4/5 页 6 传感装置与弹性环状连接器上的发光与传感装置的固定和安装底座紧密连接。 0055 发光与传感模块支架上设有与电路板相配合的安装孔， 3 个红色灯安装孔 13-1、 13-2、 13-3， 3 个红外灯安装孔 15-1、 15-2、 15-3， 一个光传感器感光孔 14。这些安装孔贯穿 整个发光与传感模块支架上的底。
23、面和顶面。 在发光与传感模块电路板上通过安装孔安装有 一个光传感器， 3 个红色灯 16-1、 16-2、 16-3， 3 个红外灯 17-1、 17-2、 17-3 红外灯。 0056 参见附图 6、 7、 8、 9。 0057 3 个红色灯安装孔 13-1、 13-2、 13-3， 和 3 个红外灯安装孔 15-1、 15-2、 15-3 分别与 传感模块支架的水平面呈 45 度， 90 度， 135 度角。3 个红色灯 16-1、 16-2、 16-3 和 3 个红外 灯 17-1、 17-2、 17-3 安装后依然与传感模块支架的水平面呈 45 度， 90 度， 135 度角。 005。
24、8 参见附图 10。 0059 中央采集装置包括控制与计算模块， 无线传输模块， 有线通信模块， 语音播报模块 和显示模块。 0060 中央采集装置连接接口用于中央采集装置和发光与传感装置的电路连接。 控制与 计算模块用于各控制发光与传感模块的红色灯和红外灯的放光顺序， 接收发光与传感模块 的光传感信号， 计算脉搏与血氧值， 通过无线传输模块或有线通信模块发送脉搏与血氧值， 通过语音播报模块发出相关的语音信号， 通过键盘输入确定计算模式设置， 通过显示模块 显示计算值、 工作状态和控制状态。 无线传输模块可以将中央采集装置的计算数据， 工作状 态， 控制状态通过无线传输的方式传输给上位机， 也。
25、可以将上位机的控制命令传输给控制 与计算模块。语音播报模块可以语音播报中央采集装置的计算数据， 工作状态， 控制状态， 或其他所设置需要语音播报的信息。键盘输入模块用于给中央采集装置输入控制命令。显 示模块用于显示中央采集装置的计算数据、 工作状态、 控制状态。 有线通信模块可以将中央 采集装置的计算数据， 工作状态， 控制状态通过有线传输的方式传输给上位机， 也可以接收 上位机的控制命令。电源模块为整个系统提供电源。 0061 参见附图 11。 0062 使用时， 本监测仪可以单独使用， 也可以使用上位机。 监测仪与上位机的通信与控 制可以使用无线传输模块或有线通信模块来实现。 使用上位机时。
26、的连接如图11。 上位机可 以是计算机或平板电脑， 通信模块可以是无线通信模块或有线通信模块。通过键盘或在上 位机的控制下， 通过无线传输模块或有线通信模块为中央采集装置设置控制命令， 设置中 央采集装置的计算模式、 语音播报信息。 中央采集装置根据所设置的计算模式， 依次设置各 发光与传感装置的红色灯与红外灯的发光顺序， 同时采集各发光与传感模块的光传感模块 的输出信号， 根据各发光与传感模块的红色灯与红外灯的发光顺序与采集到的光传感模块 的输出信号， 计算血氧值和脉搏值。 并存储所计算的血氧值和脉搏值， 通过无线模块发送所 计算的血氧值和脉搏值。根据语音播报信息的设置， 播报相关的计算信息。
27、。根据显示内容 设置， 显示相关的内容。 0063 参见附图 12-27。 0064 本例具体采用的发光与传感装置的电路设计如图 12。发光与传感模块电路板 上有连接电路和连接接口， 通过连接电路焊接一个光传感器、 3 个红色灯， 3 个红外灯， 通 过连接接口安装发光与传感装置的接口插件。图中 ： U1: 光传感器， 型号 ： OPT101;Texas Instruments 公司生产。D1、 D2、 D3 ： 红色发光二极管， D4、 D5、 D6: 红外发光二极管， J1: 发 说 明 书 CN 202636919 U 6 5/5 页 7 光与传感模块的连接接口接插件 ， Q1、 Q2、。
28、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6: 三极管。 0065 弹性环状连接器连接线电路采用了8个与图13 中JL1相同的接插件与图14中的 发光与传感模块的接插件 J1 连接。 0066 中央采集装置包括控制与计算模块， 无线传输模块， 有线通信模块， 语音播报模块 和显示模块。 0067 在中央采集装置的控制与计算模块的现场可编程门阵列模块 FPGA 电路如图 16、 17、 18 所示， 其中， FPGA 主芯片电路的主芯片 UF8 型号为 ： EP1C3T144， 生产厂家 ： 美国 ALTERA 公司。FPGA 配置芯片电路芯片 UF6， 生产厂家 ： 美国 ALTERA 公司。 0068 在。
29、中央采集装置的控制与计算模块的数字信号处理器 DSP 电路如图 19、 20、 21、 22 所示。DSP 主芯片电路 UC1 为数字信号处理芯片， 型号 ： TMS320F2812， 美国 TI 公司生产。 DSP 的存储器型号 ： CY1021, 生产厂家 ： 美国 Sharma Electro Components 公司。 0069 在中央采集装置的控制与计算模块的有线通信如图 23 所示。有线通信芯片 UC2: AX3232CSE， 用于 RS232 通信接口， 由美国 TI 公司生产。无线通信如图 24 所示。图中 UW1:CC2520 无线传输芯片， 美国 TEXAS INSTRU。
30、MENTS 公司生产。 UW2:CC2561， 无线传输前 端芯片， 美国 TEXAS INSTRUMENTS 公司生产。 0070 在中央采集装置的控制与计算模块的语音模块电路如图 25 所示。其 UC8: 语音芯 片， 型号为 ISD2560， 台湾 winbond 电子公司生产。控制与计算模块的显示电路和键盘电路 如图 26、 27 所示。 说 明 书 CN 202636919 U 7 1/13 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 8 2/13 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 9 3/13 页 10 图 5 。
31、图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 10 4/13 页 11 图 9 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 11 5/13 页 12 图 12 图 13 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 12 6/13 页 13 图 14图 15 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 13 7/13 页 14 图 16 图 17 图 18 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 14 8/13 页 15 图 19 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 15 9/13 页 16 图 20 图 21 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 16 10/13 页 17 图 22 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 17 11/13 页 18 图 23 图 24 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 18 12/13 页 19 图 25 图 26 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 19 13/13 页 20 图 27 说 明 书 附 图 CN 202636919 U 20 。