[实用新型]运动心率的实时检测和视频数据叠加系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电类，特别是涉及一种基于nRF9E5的运动心率采集和无线发送处理系统与运动状态的视频实时采集系统，其主要目的是通过对心率和运动状态的比较分析，确定健康锻炼或运动训练所应达到的适宜运动强度，进一步深入研究可以观察运动全过程人体心脏功能的变化，这样可以为锻炼或训练提供一个科学的量化手段。

背景技术

心率的检测方法，有以下几种：1.通过触摸脉搏，记录一定时间内的脉搏数后得到心率，借助于光电式脉搏传感器也可以在人体指尖测量脉搏。2.心电监护仪测量心率，这是在临床上使用最广泛的方法。3.使用心率表测量心率，在运动过程中，心率表是学生观察自身心率的一个重要工具。

上述方法是目前国际和国内常用的测量心率的方法。通过桡动脉或指尖的脉搏得到心率的方法尽管简单，但是如果脉搏微弱或按压的位置不准确，会严重影响测量结果的准确性，而且这种方法不适用于运动心率的测量，对于指尖测量的方法来说，剧烈的心脏搏动，频繁的血液充盈使得光电信号很不稳定，同样不能用于测量运动心率；心电监护仪能够提供大量的心电信息，包括实时的心电信号的波形和各种间期，但是它只能应用于静息状态下的患者；心率表能够应用于运动心率的检测，而且能够通过手腕佩戴的心率表显示运动心率，这也是在教学或比赛中心率表广泛使用的原因。心率表的特点是给学生或运动员自身提供实时的心率信号，以便于他们根据心率信号调整自己的运动强度。这一特点也就决定了除学生或运动员自身外，其他人都不能实时观察他们的心率状态。

在运动心率检测方面，目前难点主要集中在两个问题：心电电极和无线通信。有些心电电极表面积比较大，引入的噪声比较多，所以需要一个相对复杂的后期信号处理电路；有些心电传感器技术比较成熟，电极片已经做得很小，而且信号质量比较好，因此要选用适宜的心电电极。无线通信模块发展很快，通信协议和通信方法也很多。成熟的模块价格比较贵，而且用户二次开发的空间比较小，这对系统的整体设计会有一些负面影响。单独的射频通信芯片应用更加广泛，它们内部集成了很多功能，功能的增强进一步加速了应用的推广和技术的进步。国外已经有了心率遥测方面的研究，然而，遥测心率结合运动状态实时采集系统，可以实时了解运动状态心脏工作情况的先例却还没有发现。

实用新型内容

本实用新型是一种运动心率的实时检测和视频数据叠加系统，包括运动瞬时心率检测和实时视频叠加两个部分，其特征是运动瞬时心率检测部分采用基于nRF9E5的无线传输模式，依照心电探测头、无线信号转发器、无线信号接收器和单片机视频处理系统的顺序连接构成，配合PC软件实现运动瞬时心率的检测，实时视频叠加部分采用SECRT ST-424C摄像头采集运动图像，使用μPD6450和单片机把心率、时间数据叠加到视频中，再将叠加后的视频信号通过视频采集卡传送到PC，在PC上由相应的软件完成视频显示和记录。

心电探测头装配有心电电极，可以采集心电信号，并含有近距离无线发射模块，将心电信号发送到无线信号转发器。无线信号转发器接收脉冲信号，并通过定时器记录两次脉冲之间的间期，然后得到心率数值。再通过由nRF9E5组成的无线发射模块将心率数值发送出去。PC机上的无线信号接收器接收到心率数值后通过串行接口传送到PC机。经过数字滤波处理后，PC机将心率信号以曲线的形式显示出来。

心率传感器发送的心率信号只能到达1m的范围，而心率监测范围往往要大于1m，因此必须提高心率信号的发送范围。心率传感器装置在胸廓，为了不影响人体的正常运动，在体积和重量方面有严格的要求，因此不能简单地通过提高心率传感器的功率来实现发送范围的扩大。本实用新型使用nRF9E5组成的无线信号发射器实现这部分功能。心率信号的提取由心电电极和心电传感器两部分组成。心电电极把采集到的心脏活动的微弱电信号传给心电传感器，心电传感器对接收到的心电信号进行放大、滤波、R波处理、脉冲整形和调制，然后把处理后的信号发送到无线信号发射器。所述心电传感器与常规的心率记录仪相比，做工精细，耗电量小，具有相当高的抗干扰和抗振动能力。使用时通过导电橡胶固定到胸部外侧，当人体运动时仍可以贴紧胸廓，不易活动，也不会影响人体的运动。nRF9E5的封装大小只有5mm×5mm，这样可以使得无线信号发射器体积仅有3cm(宽)×4cm(高)×1cm(厚)，它可以固定在人体的腰部或大腿外侧，不会影响人体的运动。