一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種傳感器信號處理、通信技術(shù)和人體運動模型領(lǐng)域，具體涉及一種可采集人體運動過程相關(guān)參數(shù)，并通過目前手機支持的無線方式發(fā)送至用戶手機的便攜式運動參數(shù)獲取裝置。裝置由無線發(fā)送模塊、運動數(shù)據(jù)采集模塊、板載天線模塊、電源模塊組成。無線發(fā)送模塊集成低功耗專用單片機，通過串口接收由采集模塊獲取的運動數(shù)據(jù)；再通過板載天線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能手機，而這個發(fā)送過程只需要手機支持藍(lán)牙通信即可，裝置的電源模塊采用可充電紐扣電池。裝置能通過手機APP由用戶自主的、有選擇性的采集身體不同部位的運動數(shù)據(jù)，使用靈活，佩戴方便，成本低，既可以作為人們?nèi)粘Ｉ钣闷繁黄占?，亦能?yīng)用至醫(yī)院病人的運動狀況監(jiān)測和評估。
【專利說明】一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及了一種傳感器信號處理、通信技術(shù)和人體運動模型領(lǐng)域，具體涉及一種可采集人體運動過程相關(guān)參數(shù)，并通過目前手機支持的無線方式發(fā)送至用戶手機的便攜式運動參數(shù)獲取裝置。
技術(shù)背景
[0002]隨著全球生活環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，人們在加強對疾病的防疫的同時，對自身身體狀況也越來越關(guān)注，除了定期對身體進行正規(guī)的全面檢查，日常生活中生理參數(shù)的實時檢測也備受關(guān)注，已有研究者設(shè)計了便攜的采集人體血壓、脈搏、體溫的裝置，但是要更好的檢測日常生理活動和身體狀態(tài)，這些生理參數(shù)還不夠全面，且現(xiàn)有的采集裝置便攜性和普及性也有待提聞。
[0003]隨著智能手機的飛速發(fā)展，功能全面的智能手機已被大部分人群所接受，將智能手機作為生理參數(shù)采集的數(shù)據(jù)匯集中心已然成為發(fā)展趨勢，與此同時，傳感技術(shù)和集成芯片的發(fā)展，為生理參數(shù)采集的多樣化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。運動參數(shù)的采集作為日?；顒拥闹匾韰?shù)，由于其數(shù)據(jù)量較大，采集難度較高，導(dǎo)致目前主流運動參數(shù)技術(shù)很難普及到大部分人群。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高運動采集裝置的便攜性和普及性，本實用新型提出了一種可以便攜的采集人體日?；顒拥倪\動參數(shù)的裝置，該裝置具有良好的可擴展性，將裝置穿戴在膝、踝、腰等重要關(guān)節(jié)，可以準(zhǔn)確獲取采集關(guān)節(jié)運動的角速度、角加速度等運動參數(shù)。裝置可以根據(jù)不同需求選擇穿戴位置，采集到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送至普通的智能手機，大大的提高的裝置的普及性，使得擁有智能手機的人群都能便攜的采集到運動數(shù)據(jù)，為人們能隨時隨地的檢查自身的運動狀況提供便攜有效的獲取途徑。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于:裝置由無線發(fā)送模塊、運動數(shù)據(jù)采集模塊、板載天線模塊、電源模塊和用戶手機組成，其中電源模塊為無線發(fā)送模塊、運動數(shù)據(jù)采集模塊和板載天線模塊供電，運動數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，通過串口接收傳給無線發(fā)送模塊，無線發(fā)送模塊再將數(shù)據(jù)傳給板載天線模塊，板載天線模塊通過藍(lán)牙傳給用戶手機。
[0006]無線發(fā)送模塊集成低功耗專用單片機；電源模塊采用可充電紐扣電池。
[0007]所述的無線發(fā)送模塊由CC2540芯片及其外圍的濾波電路、晶振電路組成，以CC2540芯片集成的單片機作為裝置的中央處理器，通過串口接收運動數(shù)據(jù)采集模塊獲取的運動數(shù)據(jù)，將處理后的原始數(shù)據(jù)通過板載天線電路發(fā)生至用戶手機。
[0008]所述的運動數(shù)據(jù)采集模塊由MPU6050傳感芯片及其外圍的濾波電路組成，通過串口將獲取到的原始運動數(shù)據(jù)發(fā)送至無線發(fā)送模塊。
[0009]所述板載天線模塊由通濾波電路和振蕩電路組成，這里的濾波電容和振蕩電路中的電容和電感值都是按照電路的具體情況經(jīng)過嚴(yán)格的計算得出，可在不使用外接SMA天線接口的情況下較遠(yuǎn)距離的發(fā)送由無線發(fā)射模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，降低了裝置的實際體積。
[0010]所述的電源模塊為其他模塊提供穩(wěn)定可靠的電源，這里采用3.6v的可充電紐扣電池供電，既保證了芯片的工作電壓也控制了裝置的整體體積。
[0011]上述面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置的工作過程:裝置通過運動數(shù)據(jù)采集模塊獲取人體運動的原始數(shù)據(jù)(如角速度、角加速度)，數(shù)據(jù)通過串口發(fā)發(fā)送至無線發(fā)射模塊，經(jīng)過無線發(fā)射送模塊中的集成單片機運算處理后，打包成特定格式的發(fā)送包，然后經(jīng)過板載天線電路將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為無線信號并發(fā)送至智能手機，最后通過在手機上開發(fā)出的APP得到最終的能直觀的反饋給用戶的運動數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型所述的面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本實用新型所述的面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)采集裝置的數(shù)據(jù)流向、裝置電路框圖。
[0014]圖3是本實用新型所述的面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)采集裝置的實用佩戴示意圖。

【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本實用新型所述的面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)采集裝置由無線發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、板載天線模塊、電源模塊組成。無線發(fā)送模塊集成了專用的低功耗單片機，作為整個裝置的CPU，通過串口接收由數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)。為給無線發(fā)射模塊提供有效、可靠的運動參數(shù)，數(shù)據(jù)采集模塊采用高精度的、內(nèi)部融合三軸陀螺儀的運動傳感器。板載天線模塊是將數(shù)據(jù)從裝置發(fā)送到智能手機的基本保障，相比普通的外接天線，采用板載天線是減少裝置的整體體積、提高裝置便攜性有效途徑?；谘b置的便攜性考慮，電源采用3.6v的紐扣電池，可以不經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換直接給裝置各個模塊供電。
[0016]如圖2所示，本實用新型所述的面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)采集系統(tǒng)的電路主要由:無線射頻芯片CC2540及其外圍電路、運動傳感器芯片MPU6050及其外圍電路、板載天線的濾波和振蕩電路、電源電路組成。裝置啟動后CC2540默認(rèn)處于睡眠狀態(tài)，用戶通過智能手機發(fā)送信號喚醒裝置，被喚醒后的裝置開始接收并打包由MPU6050采集的運動數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過板載天線的振蕩和濾波電路后，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無線信號(藍(lán)牙)發(fā)送至智能手機，同時檢測用戶手機是否發(fā)出裝置睡眠信號，用戶無需通過操作每個裝置來開啟和關(guān)閉，完全通過智能手機APP即可完成，在佩戴多個采集裝置同時采集時尤為方便，提高了裝置的實用性、便攜性。
[0017]如圖2，本實用新型的工作原理如下:(I)無線射頻芯片電路:通過32.768KHZ晶振和32M晶振為芯片提供穩(wěn)定的時鐘，將芯片的兩個I/O 口分別與MPU6050的數(shù)據(jù)輸出端和時鐘引腳相連構(gòu)成串口通信，由無線射頻芯片處理過的數(shù)據(jù)通過芯片的RP、RN引腳傳輸?shù)桨遢d天線電路。
[0018](2)運動傳感器芯片電路:MPU6050芯片是一款高精度的傳感器芯片，對電路中信號干擾較敏感，根據(jù)實測的路對芯片造成的零點漂移設(shè)計傳感芯片外圍的濾波電容和旁路電容，降低裝置所獲取數(shù)據(jù)的噪聲，提高數(shù)據(jù)的可靠性。
[0019](3)板載天線電路:為了控制裝置的整體體積，放棄穩(wěn)定但是體積較大的SMA天線接口，采用PCB板載天線發(fā)送無線信號，該部分電路設(shè)計基于高頻電路原理，通過調(diào)整巴倫電路的電感電容值實現(xiàn)阻抗匹配，由于高頻電路本身容易被干擾，在PCB布線時也需要充分考慮采用最優(yōu)布線以控制電路阻抗。
[0020](4)電源電路:裝置由3.6V可充電的紐扣電池供電，紐扣電池由于其體積小容量大，在便攜式裝置上得到廣泛的應(yīng)用，它最大的缺陷就是電壓的穩(wěn)定性太差，為了給裝置提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，在電源模塊中設(shè)計了穩(wěn)壓電路，通過穩(wěn)壓芯片為MPU6050芯片和CC2540芯片提供穩(wěn)定的3.3V工作電壓。
[0021]下面結(jié)合圖3簡述本實用新型所述裝置的實際操作流程:
[0022]如圖3，本裝置可以佩戴在運動過程中的各個關(guān)鍵運動部位，裝置設(shè)計對便攜性的考慮，保證了在佩戴裝置時并不影響用戶的正常生理活動，裝置可以通過用戶手機進行開啟和關(guān)閉，用戶能通過手機APP自主的、有選擇性的采集身體不同部位的運動數(shù)據(jù)，使用戶既能實時檢測自身整體的運動狀態(tài)，也能隨時有針對性的觀察某一個關(guān)節(jié)的運動現(xiàn)狀。裝置使用靈活，佩戴方便，成本低，既可以作為人們?nèi)粘Ｉ钣闷繁黄占?，亦能?yīng)用至醫(yī)院病人的運動狀況監(jiān)測和評估。
【權(quán)利要求】
1.一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于:裝置由無線發(fā)送模塊、運動數(shù)據(jù)采集模塊、板載天線模塊、電源模塊和用戶手機組成，其中電源模塊為無線發(fā)送模塊、運動數(shù)據(jù)采集模塊和板載天線模塊供電，運動數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，通過串口接收傳給無線發(fā)送模塊，無線發(fā)送模塊再將數(shù)據(jù)傳給板載天線模塊，板載天線模塊通過藍(lán)牙傳給用戶手機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于所述的無線發(fā)送模塊采用CC2540系列芯片，由芯片內(nèi)部集成的單片機作為電路的CPU，通過串口與電路板上的運動采集數(shù)據(jù)模塊通信，由CPU封裝打包數(shù)據(jù)傳輸至板載天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于所述的運動數(shù)據(jù)采集模塊通過MPU6050芯片獲取人體運動的角速度、角加速度等運動參數(shù)，數(shù)據(jù)通過適當(dāng)?shù)哪K串口方式發(fā)送至無線發(fā)送模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于所述的板載天線模塊采用經(jīng)典的巴倫天線電路的模型，根據(jù)實際電路板的阻抗值，通過計算得出天線電路電感電容的具體值，通過直接連接來接收來自無線發(fā)送模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過無線方式傳輸至用戶手機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于所述的藍(lán)牙是采用藍(lán)牙4.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向手機用戶的便攜式運動參數(shù)獲取裝置，其特征在于所述的電源模塊采用3.6V可充電紐扣電池，并通過HT73XX系列穩(wěn)壓芯片設(shè)計3.3V穩(wěn)壓電路，為裝置供電。
【文檔編號】A61B5/11GK204091985SQ201420515039
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】吳建寧, 黃河清, 徐海東, 林毅杰, 許麗明 申請人:福建師范大學(xué)