基于手机的自行车测速及心率监测装置

1.基于手机的自行车测速及心率监测装置，其特征在于：包括心率测量装置、测试自行车速度的速度传感装置和与手机电连接的手机介面装置，速度传感装置与手机介面装置电连接，心率测量装置设有无线发送模块，手机介面装置设有与无线发送模块相匹配的无线接收模块；速度传感装置将监测到的车速信号传送至手机介面装置，心率测量装置将监测到的心率信号通过无线传输的方式传送至手机介面装置，手机介面装置再将车速信号和心率信号进行处理后传送至手机，手机对车速信号和心率信号进行储存和显示；手机介面装置通过手机的耳机接口与手机电连接，手机介面装置包括信号处理模块和供电模块，供电模块的输入端与耳机接口的声道端子电连接，供电模块的输出端分别与信号处理模块和无线接收模块的电源输入端电连接，无线接收模块的输出端、速度传感装置的输出端与信号处理模块的输入端电连接，信号处理模块的输出端与耳机接口的麦克风端子电连接；耳机接口的声道端子输出的信号经过供电模块整流滤波后形成为信号处理模块和无线接收模块供电的DC电源，信号处理模块将车速信号和心率信号处理后再通过耳机接口的麦克风端子传送至手机；所述耳机接口包括接地端子、左声道端子、右声道端子和麦克风端子，供电模块的输入端分别与耳机接口的左、右声道端子电连接；所述供电模块包括四个前级桥式整流二极管D1、D2、D3、D4和五个滤波电容C1、C2、C4、C5、C6；所述供电模块还包括有两个后级滤波电容C3、C11及一个电阻R3；所述D1、D2、D3、D4均为1A/40V整流二极管
5819；所述C1的负极与左声道端子连接，C1的正极与D1的正极、D2的负极连接，D2的正极、D3的负极和C2的负极均与耳机接口的接地端子连接，C6的正极与右声道端子连接；C2的正极与D1的负极连接，C2的负极与C5的正极连接，C5的负极与D4的正极连接，D4的负极与D3的正极、C6的负极连接；D4的正极、C4的负极和C5的负极均与供电模块输出端的接地端子连接，C2的正极和C4的正极连接成为输出端VDD。
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装置，其特征在于：信号处理模块包括对车速信号和心率信号进行叠加处理的信号处理芯片IC1，无线接收模块的输出端接信号处理芯片IC1的IOD1脚，速度传感装置的输出端接信号处理芯片IC1的INT脚，信号处理芯片IC1的信号输出端通过手机介面装置数据传送模块与耳机接口的麦克风端子电连接，所述信号处理芯片IC1的型号为TM89P59。
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装置，其特征在于：信号处理芯片IC1的信号输出端包括BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚，数据传送模块包括分别与信号处理芯片IC1的BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚电连接的跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5，信号处理芯片IC1的输出信号通过跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5其中任一所在的线路传送。
4.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装置，其特征在于：信号处理芯片IC1的IOC1、IOC2、IOC3和IOC4脚分别通过功能控制按键SW1、SW2、SW3和SW4与供电模块的输出端VDD电连接；信号处理芯片IC1的RESET脚接复位控制键SW5；信号处理芯片IC1的IOB3脚接信号处理指示灯。
5.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装置，其特征在于：心率测量装置包括心率感应探头、心率信号放大整形模块和电源模块，电源模块为心率测量装置提供电源，心率感应探头将监测到的心率信号传送至心率信号放大整形模块进行处理，再经过无线发送模块无线发射。
6.根据权利要求5所述的基于手机的自行车测速及心率监测装置，其特征在于：心率信号放大整形模块包括心率信号放大整形芯片IC3，电源模块包括CR2032电池，所述心率信号放大整形芯片IC3的型号为SA35R。
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装置，其特征在于：无线接收模块包括对接收到的心率信号进行增益调节的心率信号增益调节芯片IC2，所述心率信号增益调节芯片IC2的型号为 SA53K。
8.根据权利要求7所述的基于手机的自行车测速及心率监测装置，其特征在于：心率信号增益调节芯片IC2的SA_PON脚接电源控制按键JP1，CT1脚接信号接收指示灯，SA_OUT脚为心率信号输出端。
9.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装置，其特征在于：无线发送模块与无线接收模块之间的无线传送模式为5.3KHz调幅制式。

基于手机的自行车测速及心率监测装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及自行车测速及心率监测装置技术领域，尤其涉及一种基于手机的自行车测速及心率监测装置。\n背景技术\n[0002] 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。\n[0003] 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，不能记录车手实时运动状态（车速及心率状况）的数据，采用电池供电，静态电流大、能耗偏高。而且现有的心率监测装置通过有线传输的方式将监测数据显示在显示屏上，在运动时对车手造成诸多不便。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种基于手机的自行车测速及心率监测装置，本装置结合手机的便携性以及可进行数据处理、储存和显示的特点，同时将车速和心率数据在手机上显示并存储，方便车手在骑行过程中了解实时运动状态和对自身运动技能水平的分析，扩展应用空间大，本装置的心率信号采用无线传输的方式，没有线缆束缚，测试车速和心率更为便捷。\n[0005] 为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。\n[0006] 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、可测试自行车速度的速度传感装置和与手机电连接的手机介面装置，速度传感装置与手机介面装置电连接，心率测量装置设有无线发送模块，手机介面装置设有与无线发送模块相匹配的无线接收模块；速度传感装置将监测到的车速信号传送至手机介面装置，心率测量装置将监测到的心率信号通过无线传输的方式传送至手机介面装置，手机介面装置再将车速信号和心率信号进行处理后传送至手机，手机对车速信号和心率信号进行储存和显示；手机介面装置通过手机的耳机接口与手机电连接，手机介面装置包括信号处理模块和供电模块，供电模块的输入端与耳机接口的声道端子电连接，供电模块的输出端分别与信号处理模块和无线接收模块的电源输入端电连接，无线接收模块的输出端、速度传感装置的输出端与信号处理模块的输入端电连接，信号处理模块的输出端与耳机接口的麦克风端子电连接；耳机接口的声道端子输出的信号经过供电模块整流滤波后形成为信号处理模块和无线接收模块供电的DC电源，信号处理模块将车速信号和心率信号处理后再通过耳机接口的麦克风端子传送至手机。手机介面装置与手机的耳机接口的声道端子电连接，将手机的R、L声道输出的正弦波信号经整流升压来作为电源，无需外加电源，从而降低使用成本。\n[0007] 进一步地，信号处理模块包括对车速信号和心率信号进行叠加处理的信号处理芯片IC1，无线接收模块的输出端接信号处理芯片IC1的IOD1脚，速度传感装置的输出端接信号处理芯片IC1的INT脚，信号处理芯片IC1的信号输出端通过数据传送模块与耳机接口的麦克风端子电连接。信号处理芯片IC1可对车速信号和心率信号进行分时叠加处理，然后将处理后的信号利用耳机接口的麦克风端子传送至手机，采用信号处理芯片IC1可减少外围电路元件数量，使得手机介面装置的PCB线路更为精简，成本更低。\n[0008] 再进一步地，信号处理芯片IC1的信号输出端包括BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚，数据传送模块包括分别与信号处理芯片IC1的BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚电连接的跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5，信号处理芯片IC1的输出信号通过跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5其中任一所在的线路传送。信号处理芯片IC1的BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚分别位于该芯片的不同方向，信号处理芯片IC1的信号输出端均可实现输出处理后的信号的功能，在设计或生产本装置时，可根据实际情况选择位于不同方向的信号输出端与数据传送模块相对应的跳线开关连接，设计灵活，方便生产加工。\n[0009] 再进一步地，信号处理芯片IC1的IOC1、IOC2、IOC3和IOC4脚分别通过功能控制按键SW1、SW2、SW3和SW4与供电模块的输出端VDD电连接；信号处理芯片IC1的RESET脚接复位控制键SW5；信号处理芯片IC1的IOB3脚接信号处理指示灯。手机介面装置设有复位等功能控制按键以及显示信号处理模块工作状态的信号处理指示灯，使用方便，实用性较强。\n[0010] 其中，心率测量装置包括心率感应探头、心率信号放大整形模块和电源模块，电源模块为心率测量装置提供电源，心率感应探头将监测到的心率信号传送至心率信号放大整形模块进行处理，再经过无线发送模块无线发射。\n[0011] 进一步地，心率信号放大整形模块包括心率信号放大整形芯片IC3，可将心率感应探头监测到的心率信号进行高灵敏运放放大整形，电源模块包括CR2032电池，电池更换方便。\n[0012] 其中，无线接收模块包括对接收到的心率信号进行增益调节的心率信号增益调节芯片IC2，心率信号增益调节芯片IC2对信号进行噪音抑制、脉冲宽度的调节，以便于信号处理模块处理。\n[0013] 进一步地，心率信号增益调节芯片IC2的SA_PON脚接电源控制按键JP1，CT1脚接信号接收指示灯，SA_OUT脚为心率信号输出端。电源控制按键JP1可控制无线接收模块的开关，通过信号接收指示灯可知晓心率信号的接收状态，实用且方便。\n[0014] 其中，无线发送模块与无线接收模块之间的无线传送模式为5.3KHz调幅制式，发射和接收均采用磁性天线，成本低，工作范围约为1米，能耗低，收发信号稳定。\n[0015] 其中，信号处理芯片IC1、心率信号增益调节芯片IC2和心率信号放大整形芯片IC3分别为TM89P59、SA53K和SA35R。\n[0016] 本发明的有益效果为：基于手机的自行车测速及心率监测装置，包括与手机电连接的手机介面装置、心率测量装置和可测试自行车速度的速度传感装置，速度传感装置与手机介面装置电连接，心率测量装置设有无线发送模块，手机介面装置设有与无线发送模块相匹配的无线接收模块；速度传感装置将监测到的车速信号传送至手机介面装置，心率测量装置将监测到的心率信号通过无线传输的方式传送至手机介面装置，手机介面装置再将车速信号和心率信号进行处理后传送至手机，手机对车速信号和心率信号进行储存和显示。本装置结合手机的便携性以及可进行数据处理、储存和显示的特点，同时将车速和心率数据在手机上显示并存储，方便车手在骑行过程中了解实时运动状态和对自身运动技能水平的分析，扩展应用空间大，本装置的心率信号采用无线传输的方式，没有线缆束缚，测试车速和心率更为便捷。\n附图说明\n[0017] 下面利用附图来对本发明作进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。\n[0018] 图1为本发明的方框结构示意图。\n[0019] 图2为本发明的手机介面装置的供电模块、数据传送模块与手机的耳机接口连接的电路示意图。\n[0020] 图3为本发明的手机介面装置的无线接收模块的电路示意图。\n[0021] 图4为本发明的手机介面装置的信号处理模块的电路示意图。\n[0022] 图5为本发明的心率测量装置的电路示意图。\n[0023] 在图1至图5中包括有：\n[0024] 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，20——手机介面装置，21——供电模块，22——无线接收模块，23——信号处理模块，24——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。\n具体实施方式\n[0025] 下面结合实施例来对本发明作进一步的说明。\n[0026] 如图1-5所示，基于手机10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和与手机10电连接的手机介面装置20，速度传感装置40与手机介面装置20电连接，心率测量装置30设有无线发送模块33，手机介面装置20设有与无线发送模块33相匹配的无线接收模块22；速度传感装置40将监测到的车速信号传送至手机介面装置20，心率测量装置30将监测到的心率信号通过无线传输的方式传送至手机介面装置20，手机介面装置20再将车速信号和心率信号进行处理后传送至手机10，手机10对车速信号和心率信号进行储存和显示；手机介面装置20通过手机10的耳机接口\n11与手机10电连接，手机介面装置20包括信号处理模块23和供电模块21，供电模块21的输入端与耳机接口11的声道端子电连接，供电模块21的输出端分别与信号处理模块23和无线接收模块22的电源输入端电连接，无线接收模块22的输出端、速度传感装置40的输出端与信号处理模块23的输入端电连接，信号处理模块23的输出端与耳机接口11的麦克风端子11d电连接；耳机接口11的声道端子输出的信号经过供电模块21整流滤波后形成为信号处理模块23和无线接收模块22供电的DC电源VDD，信号处理模块23将车速信号和心率信号处理后再通过耳机接口11的麦克风端子11d传送至手机10。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。手机10为智能手机10，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21的输入端分别与耳机接口11的左、右声道端子11c电连接。本装置结合手机10的便携性以及可进行数据处理、储存和显示的特点，同时将车速和心率数据在手机10上显示并存储，方便车手在骑行过程中了解实时运动状态和对自身运动技能水平的分析，扩展应用空间大，本装置的心率信号采用无线传输的方式，没有线缆束缚，测试车速和心率更为便捷。\n[0027] 其中，无线发送模块33与无线接收模块22之间的无线传送模式为5.3KHz调幅制式，发射和接收均采用磁性天线，成本低，工作范围约为1米，能耗低，收发信号稳定。\n[0028] 本实施列中，供电模块21如图2所示，供电模块21包括D1、D2、D3、D4前级桥式整流二极管，C1、C2、C5、C6为滤波电容，C3、C4、C11、R3为后级滤波电容及电阻，D1、D2、D3、D4为1A/600V整流二极管5819，C1、C2、C5、C6为10uF的电容，C4为100uF电容，C3为10uF电容，C11为0.1uF。R3为470Ω整流电阻。\n[0029] 进一步地，信号处理模块23包括对车速信号和心率信号进行叠加处理的信号处理芯片TM89P59，无线接收模块22的输出端接信号处理芯片TM89P59的IOD1脚，速度传感装置40的输出端接信号处理芯片TM89P59的INT脚，信号处理芯片TM89P59的信号输出端通过数据传送模块24与耳机接口11的麦克风端子11d电连接。信号处理芯片TM89P59可对车速信号和心率信号进行分时叠加处理，然后将处理后的信号利用耳机接口11的麦克风端子11d传送至手机10，采用信号处理芯片TM89P59可减少外围电路元件数量，使得手机介面装置20的PCB线路更为精简，成本更低。\n[0030] 再进一步地，信号处理芯片TM89P59的信号输出端包括BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚，数据传送模块24包括分别与信号处理芯片TM89P59的BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚电连接的跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5，信号处理芯片TM89P59的输出信号通过跳线开关JP2、JP3、JP4和JP5其中任一所在的线路传送。信号处理芯片TM89P59的BZ、RFC0、IOB1和IOB2脚分别位于该芯片的不同方向，信号处理芯片TM89P59的信号输出端均可实现输出处理后的信号的功能，在设计或生产本装置时，可根据实际情况选择位于不同方向的信号输出端与数据传送模块24相对应的跳线开关连接，设计灵活，方便生产加工。\n[0031] 再进一步地，信号处理芯片TM89P59的IOC1、IOC2、IOC3和IOC4脚分别通过功能控制按键SW1、SW2、SW3和SW4与供电模块21的输出端VDD电连接；信号处理芯片TM89P59的RESET脚接复位控制键SW5；信号处理芯片TM89P59的IOB3脚接信号处理指示灯。手机介面装置20设有复位等功能控制按键以及显示信号处理模块23工作状态的信号处理指示灯，使用方便，实用性较强。\n[0032] 本实施例中，信号处理模块23如图4所示，信号处理芯片TM89P59第113、114、\n115、116脚是功能控制按键。信号处理芯片TM89P59第129脚是车速信号（Bicycle）输入脚，R9为信号的下拉电阻，信号处理芯片TM89P59第131脚是信号处理芯片TM89P59功能硬件复位功能。 C15（15PF）、C16（15PF）、Y1（32768Hz）晶振提供此芯片的工作频率。\nC18、C19、C20、C21、C22、C23为0.1uF，信号处理芯片TM89P59第109脚是心率信号（Heart beat）输入脚，信号处理芯片TM89P59第122脚是RFC0信号输出脚，R8为可调电阻是用来调节RFC0信号的信号频率的电阻，信号处理芯片TM89P59第104、17、18脚分别是芯片处理后的数据的输出端，最后经C7（0.1uF）电容耦合连接到手机10的耳机接口11的麦克风端子11d。\n[0033] 其中，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。\n[0034] 进一步地，心率信号放大整形模块32包括心率信号放大整形芯片SA35R，可将心率感应探头31监测到的心率信号进行高灵敏运放放大整形，电源模块34包括CR2032电池，电池更换方便。\n[0035] 本实施例中，心率测量装置30如图5所示，心率感应探头31包括Rin、Lin探头，Rin、Lin探头监测到的心率信号由C03电容输入信号放大整形芯片SA35R，经过高灵敏运放放大整形成5.3KHZ的AM调幅信号，再由O1、O2脚输出至无线发射模块实现无线发射，无线发射模块包括C010（0.1uF）、C011（0.01uF）和磁性天线ANT。\n[0036] 其中，无线接收模块22包括对接收到的心率信号进行增益调节的心率信号增益调节芯片SA53K，增益调节芯片SA53K对信号进行噪音抑制、脉冲宽度的调节，以便于信号处理模块23处理。\n[0037] 进一步地，心率信号增益调节芯片SA53K的SA_PON脚接电源控制按键JP1，CT1脚接信号接收指示灯，SA_OUT脚为心率信号输出端。电源控制按键JP1可控制无线接收模块\n22的开关，通过信号接收指示灯可知晓心率信号的接收状态，实用且方便。\n[0038] 本实施例中，无线接收模块22如图3所示，增益调节芯片SA53K第1脚(GAIN)是调节接收增益脚，R5(10K)、R6(470K)是调节增益的电阻。增益调节芯片SA53K第2脚(SA_PON)是电源控制开关，JP1是控制电源的跳线。增益调节芯片SA53K第5脚(SA_OUT)是传送数据输出脚，R1（100K）调节输出心率信号的大小、R2（10K）和LED1组成信号接收指示电路。增益调节芯片SA53K第6脚(CT1)是噪音抑制脚，C9为470PF是噪音抑制电容。增益调节芯片SA53K第7脚(CT2) 是输出脉冲宽度脚，C10为4.7nF是脉冲宽度调节脚。增益调节芯片SA53K第10脚(REXT) 是镜像电流调节脚，R7为680K是镜像电流调节电阻。增益调节芯片SA53K第11脚(IN) 是信号输入端,增益调节芯片SA53K第12脚(VREF) 是输入参考电压，C8（10nF）、C14(22nF) 、C13(100nF)、L1(36mH)是调节接收频率的电容和电感,C8、C13、C14组成谐振接收天线， 当有5.3KHZ AM调幅信号时，谐振接收天线将会谐振，产生调幅谐振信号，信号从增益调节芯片SA53K的第11脚(IN)输入，经过增益调节再从增益调节芯片SA53K第5脚(SA_OUT)传送至信号处理模块23。\n[0039] 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。