应用笔记 5492

心率监测/健身监测设备走向无线化

By: John DiCristina

摘要 : 这篇文章介绍了心率/健身监测仪走向无线化的发展趋势,即以无线替代有线互联,让使用者摆脱线缆的束缚,可以自由活动。无线通信在方便数据采集的同时,省去了连接线缆。本文详细介绍了一种典型的无线系统,使用MAX1472基于晶振的锁相环VHF/UHF发射器。

健身监测仪跟踪并记录身体的运动状况,从而达到提高健康水平的目的。通过测量大量的参数,如心率、体温、运动距离和时间,一个手表式设备可以收集信息并将结果显示给用户。心率记录带可以测量脉搏,有时也会记录体温,并对记录信号进行数据转换,将数据无线传送到手表加以显示。可以选择计步器,根据跑步者节凑判断跑步距离,计步器会将数据无线传输给手表进行显示(图1)。某些健身监测仪则利用GPS测量行走距离,替代计步器的功能。这些系统都开始逐渐转向无线数据传输,毕竟在运动中要求用户“接上”监测仪来收集数据非常不方便。
图1. 带有无线通信功能的运动鞋,可以记录跑步者的数据并发送到数字手表显示,提供有价值的反馈
图1. 带有无线通信功能的运动鞋,可以记录跑步者的数据并发送到数字手表显示,提供有价值的反馈。

设计参数

手表实时监测数据并把结果记录到外置或处理器(MCU)内部的存储器,随后再利用USB线缆或无线dongle将数据上传到计算机。这类系统通常仅仅使用一颗微小的电池供电,所以对RF发射器的功耗要求非常严格(某些产品还要求符合FCC规范)。为了保证低功耗传输,好的天线设计对于保证可靠的数据传输非常关键,即使传输距离一般在2米以内。幅移键控(ASK)比频移键控(FSK)拥有更好的灵敏度,更适合这一场合,而且传输功耗更低。低占空比可以缩短传输时间,而在闲置时间段可以关闭发射器以节省电量。
健身监测仪的各个部件,除了PC dongle,均穿戴在用户身上并由电池供电。所以,小尺寸、低功耗成为非常重要的设计参数。心率带和计步器通常由一次性纽扣电池供电,手表的显示功能可以由一次性纽扣电池或可充电电池供电,充电往往通过交流适配器或USB线。手表显示往往采用简单的段式LCD和可控背光。
系统构架如图2所示,RF接口与电源管理相结合,从而有效延长电池寿命,另外,系统还提供多种传感器接口和主机接口。系统的RF接口可以选择MAX1472,如图3所示。MAX1472是基于晶振的锁相环(PLL) VHF/UHF发射器,用于在300MHz到450MHz频段传输OOK/ASK数据。器件支持高达100Kbps的数据率,能够为50Ω负载提供大于+10dBm的输出功率(可调)。MAX1472基于晶振的架构能够提供更高的调制深度、更快的频率建立时间、更高的传输频率精度,同时也降低了温度的影响,克服了SAW发射器的诸多限制。
图2. 典型的心率监测数据采集系统,由几个子系统组成:手表显示/数据存储单元(上左)、用于连接主机的无线适配器(上右)、心率计带(下左)和计步器(下右)。所有这些子系统均工作在低功耗无线模式。
图2. 典型的心率监测数据采集系统,由几个子系统组成:手表显示/数据存储单元(上左)、用于连接主机的无线适配器(上右)、心率计带(下左)和计步器(下右)。所有这些子系统均工作在低功耗无线模式。
图3. MAX1472低功耗RF发射器,基于OOK/ASK调制发射串口数据流
图3. MAX1472低功耗RF发射器,基于OOK/ASK调制发射串口数据流。

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