CN102772203A - 基于手机的自行车测速及心率监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于手机的自行车测速及心率监测方法，包括以下步骤：步骤一：心率测量装置监测心率信号，并将监测到的心率信号传送到手机介面装置；安装于自行车的速度传感装置将车速信号传送到手机介面装置；步骤二：手机介面装置对接收到的心率信号和车速信号分别进行转换，并将转换后的心率信号和车速信号通过耳机接口传送到手机；步骤三：安装于手机的监测系统对接收到的心率信号和车速信号进行处理。本发明的基于手机的自行车测速及心率监测方法可以随时随地同时对车速和人体心率进行监测，并将监测结果直接在手机上运算并显示，系统成本低，克服了地域限制，操作简单容易上手。

Description

基于手机的自行车测速及心率监测方法

技术领域

本发明涉及自行车测速及心率监测技术领域，具体涉及一种基于手机的自行车测速及心率监测方法。

背景技术

运动心率即人体在运动时保持的心率状态，不管是有氧运动，还是无氧运动，都要一个合适的心率才能达到较佳的运动效果，保持最佳运动心率对于运动效果和运动安全都很重要。例如，公路自行车是一项以有氧耐力为主的运动，有氧运动持续的时间比较长，从几十分钟到十几小时不等，在这段时间内，运动者做功的功率比较平均，运动强度和心率之间有紧密的关系。对一般运动者来说，运动时心率保持在最高心率的60-85%是较为合适的，但是对于专业车手，其目的不仅仅在于锻炼身体，还要注重运动技能水平的提升，因此在运动过程中，车手需要时刻了解车速以及心率的状况，来对运动强度进行调节，并且还需要将这些检测数据记录下来，便于车手对自身运动技能水平的分析。

由于现有的车速监测装置和心率监测装置都只是作为单独的设备分别进行监测和显示，功能单一，所以要同时进行车速测量和心率监测比较复杂，一般只能在健身房的自行车上设置车速监测装置，另外在自行车旁边设置一台心率监测装置。但这种方式相对比较复杂，而且不适合户外运动。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于手机的自行车测试及心率监测方法。

基于手机的自行车测速及心率监测方法，包括以下步骤：

步骤一：心率测量装置监测心率信号，并将监测到的心率信号传送到手机介面装置；安装于自行车的速度传感装置将车速信号传送到手机介面装置；

步骤二：手机介面装置对接收到的心率信号和车速信号分别进行转换，并将转换后的心率信号和车速信号通过耳机接口传送到手机；

步骤三：安装于手机的监测系统对接收到的心率信号和车速信号进行处理，处理步骤如下：

步骤31：数据采集模块采集手机介面装置传送的心率信号和车速信号；

步骤32：滤波模块对采集到的心率信号进行过滤，除去杂波；

步骤33：心率计算模块对过滤后的心率信号进行计算；

步骤34：心率曲线绘制模块绘制心率曲线和速度曲线；心率曲线：时间为X轴，心率值为Y轴；速度曲线：时间为X轴，速度为Y轴。

进一步地，所述步骤32具体包括以下步骤：

a、将采集到的心率信号S平方得到N；

b、计算10个相邻的N的平均值，得到G；

c、比较G与常量n，n为100000000；

当G ≥ n时，将对应的心率信号设为1；

当G < n时，将对应的心率信号设为0；

d、当心率信号连续出现480个1时，此信号为心率信号；否则，此信号为杂信号。

进一步地，所述步骤33具体包括以下步骤：

e、两个相邻的心率信号之间的时间长度为T， 心率值HR为：

HR=1分钟/(T+60ms) ；

若该HR值在40—240之间，则保留该HR值；否则，舍弃该HR值。

进一步地，所述步骤三还包括保存数据和查阅历史数据；具体为：

步骤35：保存数据，保存模块将心率计算模块处理过的数据保存于手机磁盘；

步骤36：查阅历史数据，查阅模块读取保存模块保存的数据，心率曲线绘制模块将这些数据绘制成心率曲线和速度曲线。

进一步地，所述步骤三还包括管理步骤35保存的数据；具体为：

步骤37：管理步骤35保存的数据，管理模块对保存数据进行增加、删除或者修改操作。

进一步地，所述步骤一和步骤二之间还包括：安装于手机的监测系统的供电模块通过耳机接口给手机介面装置供电。

进一步地，所述步骤一具体包括以下步骤：

步骤11：心率测量装置的心率感应探头检测人体心率信号，并传送到心率测量装置的心率信号放大整形模块；

步骤12：心率信号放大整形模块将接收到的心率信号进行处理，并将处理过的信号传送到心率测量装置的无线发送模块；

步骤13：无线发送模块将接收到的信号通过无线方式发送到手机介面装置；

步骤14：安装于自行车的速度传感装置将车速信号传送到手机介面装置。

进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤21：手机介面装置的无线接收模块接收无线发送模块和速度传感装置发送的信号，并将该信号传送到手机介面装置的信号处理模块；

步骤22：信号处理模块对接收的信号进行转换处理，并将处理过的信号传送到手机介面装置的数据传送模块；

步骤23：数据传送模块通过手机的耳机接口将收到的信号传送到手机。

本发明的有益效果是：基于手机的自行车测速及心率监测方法可以随时随地同时对车速和人体心率进行监测，并将监测结果直接在手机上运算并显示，系统成本低，克服了地域限制，操作简单容易上手。

附图说明

图1为本发明的基于手机的自行车测速及心率监测方法的流程图。

图2为使用本发明方法的系统的结构示意图。

图3为安装于手机的监测系统的结构示意图。

附图标记说明如下：

10—手机，11—耳机接口，11a—接地端子，11b—左声道端子，

11c—右声道端子，11d—麦克风端子，12—监测系统，

20—手机介面装置，121—主控制模块，122—供电模块，

123—数据采集模块，124—滤波模块，125—心率计算模块，

126—心率曲线绘制模块，127—保存模块，128—查阅模块，

129—管理模块，21—无线接收模块，22—信号处理模块，

23—数据传送模块，30—心率测量装置，31—心率感应探头，

32—心率信号放大整形模块，33—无线发送模块，

34—电源模块，40—速度传感装置。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1至图3，基于手机的自行车测速及心率监测装置，包括心率测量装置30、可测试自行车速度的速度传感装置40、与手机10电连接的手机介面装置20，以及安装于手机10的监测系统12；心率测量装置30包括心率感应探头31、心率信号放大整形模块32、无线发送模块33和电源模块34，电源模块34为心率测量装置30提供电源，心率感应探头31将监测到的心率信号传送至心率信号放大整形模块32进行处理，再经过无线发送模块33无线发射；手机介面装置20包括无线接收模块21、信号处理模块22和数据传送模块23，无线接收模块21接收无线发送模块33和速度传感装置40发送的信号，信号处理模块22接收来自无线接收模块21的信号并对接收到的信号进行处理，数据传送模块23将处理过的信号传送到监测系统12；监测系统12包括给手机介面装置20供电的供电模块122、数据采集模块123、滤波模块124、心率计算模块125、保存模块127、心率曲线绘制模块126、查阅模块128、管理保存的数据信号的管理模块129，以及控制整个监测系统12的主控制模块121。

其中，手机10为智能手机，耳机接口11包括接地端子11a、左声道端子11b、右声道端子11c和麦克风端子11d，供电模块122通过耳机接口11的左声道端子11b和右声道端子11c给手机介面装置20供电。供电模块122不间断地输出一个采样频率为64K的正弦波信号，向手机介面装置20提供约2.5V电压和约100uA的电流。手机介面装置20与手机10的耳机接口11的声道端子电连接，将手机10的声道输出的正弦波信号经整流滤波后作为电源，无需外加电源，从而降低使用成本。

其中，数据采集模块123是通过手机10的麦克风端子11d读入数据传送模块23发送的脉冲信号。采集过程就是把这个脉冲信号当成音频信号进行录音的过程。录音采用了LPCM（即线性脉冲编码调制）技术，是一种非压缩音频数字化技术。采用此技术采集到的每一个信号是一个非压缩的有正负号的心率信号。因为录音时把采样频率设为8K、单声道、心率信号占2byte大小，所以两个心率信号之间的时间长度为(1/8K) *1秒=0.000125秒。滤波模块124的功能就是滤掉杂波并找出真正的心率信号。当脉冲信号中带有一个长度约为60ms的心率信号时，此时的心率信号就会波动很大，总是向它的极值（最大32767和最小-32768）波动，反之波动就很小。正是利用这个特点可以把杂波去掉，找出心跳信号。

基于手机的自行车测速及心率监测方法，包括以下步骤：

步骤一：心率测量装置30监测心率信号，并将监测到的心率信号传送到手机介面装置20；安装于自行车的速度传感装置40将车速信号传送到手机介面装置20；

步骤二：手机介面装置20对接收到的心率信号和车速信号分别进行转换，并将转换后的心率信号和车速信号通过耳机接口11传送到手机10；

步骤三：安装于手机10的监测系统12对接收到的心率信号和车速信号进行处理，处理步骤如下：

步骤31：数据采集模块123采集手机介面装置20传送的心率信号和车速信号；

步骤32：滤波模块124对采集到的心率信号进行过滤，除去杂波；

步骤33：心率计算模块125对过滤后的心率信号进行计算；

步骤34：心率曲线绘制模块126绘制心率曲线和速度曲线；心率曲线：时间为X轴，心率值为Y轴；速度曲线：时间为X轴，速度为Y轴。

进一步地，所述步骤32具体包括以下步骤：

a、将采集到的心率信号S平方得到N；

b、计算10个相邻的N的平均值，得到G；

c、比较G与常量n，n为100000000；

当G ≥ n时，将对应的心率信号设为1；

当G < n时，将对应的心率信号设为0；

d、当心率信号连续出现480个1时，此信号为心率信号；否则，此信号为杂信号。

录音时采样频率为8K并且心率信号长度约为60ms,所以当心率信号连续出现约480（8000*0.06）个1时，此信号为心率信号；否则小于480或大于480个都为杂信号。这样就可以得到一个真正的心率信号脉冲了。

进一步地，所述步骤33具体包括以下步骤：

e、两个相邻的心率信号之间的时间长度为T， 心率值HR为：

HR=1分钟/(T+60ms) ；

若该HR值在40—240之间，则保留该HR值；否则，舍弃该HR值。HR的单位为次/分钟。

进一步地，所述步骤三还包括保存数据和查阅历史数据；具体为：

步骤35：保存数据，保存模块127将心率计算模块125处理过的数据保存于手机10磁盘；

步骤36：查阅历史数据，查阅模块128读取保存模块127保存的数据，心率曲线绘制模块126将这些数据绘制成心率曲线和速度曲线。

进一步地，所述步骤三还包括管理步骤35保存的数据；具体为：

步骤37：管理步骤35保存的数据，管理模块129对保存数据进行增加、删除或者修改操作。

进一步地，所述步骤一和步骤二之间还包括：安装于手机10的监测系统12的供电模块122通过耳机接口11给手机介面装置20供电。

进一步地，所述步骤一具体包括以下步骤：

步骤11：心率测量装置30的心率感应探头31检测人体心率信号，并传送到心率测量装置30的心率信号放大整形模块32；

步骤12：心率信号放大整形模块32将接收到的心率信号进行处理，并将处理过的信号传送到心率测量装置30的无线发送模块33；

步骤13：无线发送模块33将接收到的信号通过无线方式发送到手机介面装置20；

步骤14：安装于自行车的速度传感装置40将车速信号传送到手机介面装置20。

进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤21：手机介面装置20的无线接收模块21接收无线发送模块33和速度传感装置40发送的信号，并将该信号传送到手机介面装置20的信号处理模块22；

步骤22：信号处理模块22对接收的信号进行转换处理，并将处理过的信号传送到手机介面装置20的数据传送模块23；

步骤23：数据传送模块23通过手机10的耳机接口11将收到的信号传送到手机10。

使用本发明的方法的系统基于手机10平台，小巧玲珑、携带方便。硬件部分分为心率测量装置30和手机介面装置20。心率测量装置30是一条胸带，可折叠缩放；手机介面装置20是与手机10相连的部分，体积只有48cm * 18cm *1cm 的大小。两个部分采用了无线连接。

本系统除了成本更加低廉之外，操作也非常简单，即使第一次使用也能轻松上手。只要带好装置轻击手机软件开始按键即可。软件就可以实时、直观地显示心率图谱，可以对心率图谱缩放、左右移动操作。结果可以保存、查阅和删除。

另外，本系统可随时随地实时监测，耗电量低、成本低。克服了地域限制，手机10用户众多，可以得到很好地推广；直接使用手机10耳麦的MIC接口来通信，耗电量小、即插即用、成本低，不需要复杂的设置，上手容易、操作简单。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：心率测量装置监测心率信号，并将监测到的心率信号传送到手机介面装置；安装于自行车的速度传感装置将车速信号传送到手机介面装置；

步骤二：手机介面装置对接收到的心率信号和车速信号分别进行转换，并将转换后的心率信号和车速信号通过耳机接口传送到手机；

步骤三：安装于手机的监测系统对接收到的心率信号和车速信号进行处理，处理步骤如下：

步骤31：数据采集模块采集手机介面装置传送的心率信号和车速信号；

步骤32：滤波模块对采集到的心率信号进行过滤，除去杂波；

步骤33：心率计算模块对过滤后的心率信号进行计算；

步骤34：心率曲线绘制模块绘制心率曲线和速度曲线；心率曲线：时间为X轴，心率值为Y轴；速度曲线：时间为X轴，速度为Y轴。

2.根据权利要求1所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤32具体包括以下步骤：

a、将采集到的心率信号S平方得到N；

b、计算10个相邻的N的平均值，得到G；

c、比较G与常量n，n为100000000；

当G ≥ n时，将对应的心率信号设为1；

当G < n时，将对应的心率信号设为0；

d、当心率信号连续出现480个1时，此信号为心率信号；否则，此信号为杂信号。

3.根据权利要求2所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤33具体包括以下步骤：

e、两个相邻的心率信号之间的时间长度为T， 心率值HR为：

HR=1分钟/(T+60ms) ；

若该HR值在40—240之间，则保留该HR值；否则，舍弃该HR值。

4.根据权利要求3所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤三还包括保存数据和查阅历史数据；具体为：

步骤35：保存数据，保存模块将心率计算模块处理过的数据保存于手机磁盘；

步骤36：查阅历史数据，查阅模块读取保存模块保存的数据，心率曲线绘制模块将这些数据绘制成心率曲线和速度曲线。

5.根据权利要求4所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤三还包括管理步骤35保存的数据；具体为：

步骤37：管理步骤35保存的数据，管理模块对保存数据进行增加、删除或者修改操作。

6.根据权利要求1所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二之间还包括：安装于手机的监测系统的供电模块通过耳机接口给手机介面装置供电。

7.根据权利要求1所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤一具体包括以下步骤：

步骤11：心率测量装置的心率感应探头检测人体心率信号，并传送到心率测量装置的心率信号放大整形模块；

步骤12：心率信号放大整形模块将接收到的心率信号进行处理，并将处理过的信号传送到心率测量装置的无线发送模块；

步骤13：无线发送模块将接收到的信号通过无线方式发送到手机介面装置；

步骤14：安装于自行车的速度传感装置将车速信号传送到手机介面装置。

8.根据权利要求1所述的基于手机的自行车测速及心率监测方法，其特征在于：所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤21：手机介面装置的无线接收模块接收无线发送模块和速度传感装置发送的信号，并将该信号传送到手机介面装置的信号处理模块；

步骤22：信号处理模块对接收的信号进行转换处理，并将处理过的信号传送到手机介面装置的数据传送模块；

步骤23：数据传送模块通过手机的耳机接口将收到的信号传送到手机。

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