一种快速检测疲劳的检测设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种快速检测疲劳的检测设备，包括依次连接的血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器、以及译码驱动显示电路；还包括负电源变换电路和门控电路；负电源变换电路为检测设备提供电源，门控电路与3位计数器连接；血液波动检测电路通过血液波动检测电路上的红外光电传感器把血液中成分检测出来，并将检测的电信号发送给放大整形滤波电路，放大整形滤波电路把电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波；3位计数器对输入的方波进行计数，把计数结果以BCD码的形式输出给译码驱动显示电路；将计数结果显示在三个LED数码管上。本发明为使用者提供方便快捷地测定人体疲劳程度，避免了人体过渡疲劳而窒息等其他情况的发生。
【专利说明】一种快速检测疲劳的检测设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种疲劳度的检测设备，尤其是一种快速检测疲劳的检测设备。
【背景技术】
[0002] 1.基础心率
[0003] 基础心率正常情况下都相对稳定，如果大运动负荷训练后，经过一夜的休息，基础 心率较平时增加5-10次/分以上，则认为有疲劳累积现象，如果连续几天持续增加，则应调 整运动负荷。
[0004] 2.运动中的心率
[0005] 若一段时期内从事同样强度的定量负荷，运动中心率增加，则表示身体机能状态 不佳。
[0006] 3.运动后心率恢复
[0007] 人体进行定量负荷后心率恢复时间长，表明身体欠佳。如进行30秒20次深蹲的定 量负荷运动，一般心率可在运动后3分钟内完全恢复，而身体疲劳时，恢复时间明显延长。
[0008] 因此需要有一个心律疲劳检测设备，这样能快速检测出人体是否过渡疲劳；防止 人体过渡疲劳而导致人体窒息等其他情况。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题，在于提供一种快速检测疲劳的检测设备，为使用者提 供方便快捷地测定人体疲劳程度，避免了人体过渡疲劳而窒息等其他情况的发生。
[0010] 本发明是这样实现的：一种快速检测疲劳的检测设备，包括依次连接的血液波动 检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器、以及译码驱动显示电路；还包括负电源变换电 路和门控电路；所述负电源变换电路为检测设备提供电源，所述门控电路与3位计数器连 接；所述负电源变换电路把正的直流电压变成负的直流电压后卫检测设备提供电源；所述 血液波动检测电路通过血液波动检测电路上的红外光电传感器把血液中成分检测出来，并 将检测的电信号发送给放大整形滤波电路，所述放大整形滤波电路把红外光电传感器检测 到的电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波输送给所述3位计数器； 所述3位计数器对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD码的形式输出给所述译码驱 动显示电路；所述译码驱动显示电路把3位计数器输出的计数结果显示在三个LED数码管 上；所述门控电路控制3位计数器的启停，并控制每次进行测量计数的时间。
[0011] 进一步地，所述负电源变换电路包括一⑶4069芯片、电阻R18、电阻R19、电容C7、 电容C8、电容C9、开关二极管VI以及开关二极管V2 ;所述⑶4069芯片由六非门组成；所述 电阻R18和电容C7串联后并联在第一非门IC1和第五非门IC5之间；所述电阻R19并联于 第一非门IC1上，所述负电源变换电路的电源输入端经开关二极管V2、电容C8与第三非门 IC3连接；所述开关二极管V2与电容C9串联后与所述开关二极管VI并联。
[0012] 进一步地，所述血液波动检测电路包括红外光电传感器TCRT5000、电阻R32、电阻 R1、电阻R2以及电容Cl ;所述负电源变换电路的电源输入端分别经电阻R32、电阻R1、电阻 R2与红外光电传感器TCRT5000连接，所述电容C1与红外光电传感器TCRT5000连接。
[0013] 进一步地，所述放大整形滤波电路包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路、 滤波电路以及整形电路；所述电容C1与所述一级放大电路中的电阻R3连接。
[0014] 进一步地，所述3位计数器为MC14553计数器；所述整形电路经一电阻R20与 MC14553计数器的第12引脚连接。
[0015] 进一步地，所述门控电路包括NE555定时器、发射管V5、三极管V6、开关S1、电容 C5、电容C6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17以及调节电阻R31 ;所述电阻R17、调节电 阻R31、电容C6、电容C5依次连接，且连接后并联在负电源变换电路的电源输入端和NE555 定时器第5引脚上；所述NE555定时器第1引脚接地；所述NE555定时器第4和8引脚并联 后与负电源变换电路的电源输入端连接；所述NE555定时器第2引脚分别连接电阻R15、开 关S1 ;开关S1接地，电阻R15接负电源变换电路的电源输入端；所述NE555定时器第3引 脚经电阻R16与三极管V6的基极连接；所述三极管V6的发射极接地，所述三极管V6的集 电极经发射管V5、电阻R14与负电源变换电路的电源输入端连接；所述三极管V6的集电极 还连接MC14553计数器的第11引脚。
[0016] 进一步地，所述译码驱动显示电路包括译码器⑶4543、三极管V7、三极管V8、三极 管V9以及三个LED数码管；所述MC14553计数器的第5、6、7、9引脚与译码器⑶4543的第 4、2、3、5引脚对应连接；所述译码器⑶4543的7、8引脚均与MC14553计数器的第8引脚连 接；所述MC14553计数器的第16引脚分别与三极管V7、三极管V8、三极管V9的发射极连 接；所述MC14553计数器的第2引脚经一电阻R21与三极管V7的基极连接，所述MC14553 计数器的第1引脚经一电阻R22与三极管V8的基极连接，所述MC14553计数器的第15引 脚经一电阻R23与三极管V9的基极连接；所述译码器⑶4543的第1、6、16引脚均与所述 MC14553计数器的第16引脚连接；所述译码器⑶4543的第9引脚经一电阻R24分别与三 个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第10引脚经一电阻R25分别与三个LED数码管 连接，所述译码器⑶4543的第11引脚经一电阻R26分别与三个LED数码管连接，所述译码 器⑶4543的第12引脚经一电阻R27分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第 13引脚经一电阻R28分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第15引脚经一电 阻R29分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第14引脚经一电阻R30分别与 三个LED数码管连接。
[0017] 本发明具有如下优点：本发明通过红外光电传感器检测出手指中动脉血管的微弱 波动，由3位计数器统计出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因 此需要一个高放大倍数且低噪声的放大整形滤波电路进行处理，输出反映心跳频率的方波 输送给3位计数器；3位计数器对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD码的形式输出 给译码驱动显示电路；最后在三个LED数码管上；为使用者提供方便快捷地测定人体疲劳 程度，避免了人体过渡疲劳而窒息等其他情况的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明检测设备的结构示意图。
[0019] 图2为本发明检测设备的详细结构示意图。
[0020] 图3为本发明负电源变换电路详细结构示意图。
[0021] 图4为本发明⑶4069芯片的结构示意图。
[0022] 图5为本发明血液波动检测电路详细结构示意图。
[0023] 图6为本发明放大整形滤波电路详细结构示意图。
[0024] 图7为本发明3位计数器详细结构示意图。
[0025] 图8计数器MC14553的DS1?DS3输出的方波图。
[0026] 图9a为本发明门控电路详细结构示意图。
[0027] 图9b为本发明门控电路工作波形图。
[0028] 图9c为本发明门控电路中NE555定时器的结构示意图。
[0029] 图9d为本发明门控电路中NE555定时器的功能符号图。
[0030] 图10为本发明译码驱动显示电路详细结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 请参阅图1和图2所示，本发明的一种快速检测疲劳的检测设备，包括依次连接的 血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器、以及译码驱动显示电路；还包括负电 源变换电路和门控电路；所述负电源变换电路为检测设备提供电源，所述门控电路与3位 计数器连接；所述负电源变换电路把正的直流电压变成负的直流电压后卫检测设备提供电 源；所述血液波动检测电路通过血液波动检测电路上的红外光电传感器把血液中成分检测 出来，并将检测的电信号发送给放大整形滤波电路，所述放大整形滤波电路把红外光电传 感器检测到的电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波输送给所述3位 计数器；所述3位计数器对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD码的形式输出给所述 译码驱动显示电路；所述译码驱动显示电路把3位计数器输出的计数结果显示在三个LED 数码管上；所述门控电路控制3位计数器的启停，并控制每次进行测量计数的时间。
[0032] 请参阅图3和图4所示，所述负电源变换电路包括一⑶4069芯片、电阻R18、电阻 R19、电容C7、电容C8、电容C9、开关二极管VI以及开关二极管V2 ;所述⑶4069芯片由六非 门组成；所述电阻R18和电容C7串联后并联在第一非门IC1和第五非门IC5之间；所述电 阻R19并联于第一非门IC1上，所述负电源变换电路的电源输入端经开关二极管V2、电容 C8与第三非门IC3连接；所述开关二极管V2与电容C9串联后与所述开关二极管VI并联。
[0033] 负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成-10V左右的直流电压，-10V电压与 +12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图3所示，其中CD4069芯片为六非门集成 电路，它的内部结构图如图4所示。
[0034] 负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A点是低电位，则B点是高电位，C点 是低电位，D点是高电位。B点的高电位通过R19给C7充电，当F点的电压高于⑶4049芯 片的电平转换电压时，B点输出低电位，C点（C7-端）输出高电位，由于电容两端的电压不 能突变，所以C7两端的电压通过R19放电。当F点电压低于⑶4049芯片的转换电压时，B 点输出高电位，此高电位通过R19对C7充电，如此循环。C点得到方波，经过后面四个反相 器反相、扩流后，在D点得到方波。
[0035] 当D点是高电平的时候，VI导通C8被充电，大约充到11V左右，当D点变成低电 平的时候，由于C8两端电压不能突变，G点电压被拉到-11V左右，此时V2导通，C9反方向 进行充电，使E点电压达到-10V左右。由于带负载的能力不强，当带上负载后，E点电压大 约降到9V左右。
[0036] 请参阅图5所示，所述血液波动检测电路包括红外光电传感器TCRT5000、电阻 R32、电阻R1、电阻R2以及电容C1 ;所述负电源变换电路的电源输入端分别经电阻R32、电 阻R1、电阻R2与红外光电传感器TCRT5000连接，所述电容C1与红外光电传感器TCRT5000 连接。
[0037] TCRT5000红外光电传感器的检测方法：
[0038] 首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负 极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示" 1. 05 (0. 9-1. 1) "， 一次显示溢出值"-1"，则显示1. 05V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。 若两次都显示" 1"，说明发射管内部开路，若两次都显示"0"发射管内不短路。然后再判断 接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档 NPN型的C、E插孔，再将模拟万用表打到RXlkQ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚， 若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15kQ左右，则黑表笔所接管脚为C，红表 笔所接管脚为Ε。此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至lkQ以内，说 明该红外光电断续器的光电转换效率高。
[0039] 血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器 件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手 指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的 光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。
[0040] 请参阅图6所示，所述放大整形滤波电路包括依次连接的一级放大电路、二级放 大电路、滤波电路以及整形电路；所述电容C1与所述一级放大电路中的电阻R3连接。
[0041] 由于红外光电传感器送来的信号幅度只有2?5毫伏，要放大到10V左右才能作 为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放 大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的 波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。
[0042] A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：
[0043]
【权利要求】
1. 一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：包括依次连接的血液波动检测电路、 放大整形滤波电路、3位计数器、以及译码驱动显示电路；还包括负电源变换电路和门控电 路；所述负电源变换电路为检测设备提供电源，所述门控电路与3位计数器连接；所述负电 源变换电路把正的直流电压变成负的直流电压后卫检测设备提供电源；所述血液波动检测 电路通过血液波动检测电路上的红外光电传感器把血液中成分检测出来，并将检测的电信 号发送给放大整形滤波电路，所述放大整形滤波电路把红外光电传感器检测到的电信号进 行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波输送给所述3位计数器；所述3位计数器 对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD码的形式输出给所述译码驱动显示电路；所 述译码驱动显示电路把3位计数器输出的计数结果显示在三个LED数码管上；所述门控电 路控制3位计数器的启停，并控制每次进行测量计数的时间。
2. 根据权利要求1所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述负电源变 换电路包括一 CD4069芯片、电阻R18、电阻R19、电容C7、电容C8、电容C9、开关二极管VI以 及开关二极管V2 ;所述⑶4069芯片由六非门组成；所述电阻R18和电容C7串联后并联在 第一非门IC1和第五非门IC5之间；所述电阻R19并联于第一非门IC1上，所述负电源变换 电路的电源输入端经开关二极管V2、电容C8与第三非门IC3连接；所述开关二极管V2与 电容C9串联后与所述开关二极管VI并联。
3. 根据权利要求1所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述血液波动 检测电路包括红外光电传感器TCRT5000、电阻R32、电阻R1、电阻R2以及电容C1 ;所述负电 源变换电路的电源输入端分别经电阻R32、电阻R1、电阻R2与红外光电传感器TCRT5000连 接，所述电容C1与红外光电传感器TCRT5000连接。
4. 根据权利要求3所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述放大整形 滤波电路包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路、滤波电路以及整形电路；所述电容 C1与所述一级放大电路中的电阻R3连接。
5. 根据权利要求4所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述3位计数 器为MC14553计数器；所述整形电路经一电阻R20与MC14553计数器的第12引脚连接。
6. 根据权利要求5所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述门控电路 包括NE555定时器、发射管V5、三极管V6、开关S1、电容C5、电容C6、电阻R14、电阻R15、电 阻R16、电阻R17以及调节电阻R31 ;所述电阻R17、调节电阻R31、电容C6、电容C5依次连 接，且连接后并联在负电源变换电路的电源输入端和NE555定时器第5引脚上；所述NE555 定时器第1引脚接地；所述NE555定时器第4和8引脚并联后与负电源变换电路的电源输 入端连接；所述NE555定时器第2引脚分别连接电阻R15、开关S1 ;开关S1接地，电阻R15 接负电源变换电路的电源输入端；所述NE555定时器第3引脚经电阻R16与三极管V6的基 极连接；所述三极管V6的发射极接地，所述三极管V6的集电极经发射管V5、电阻R14与负 电源变换电路的电源输入端连接；所述三极管V6的集电极还连接MC14553计数器的第11 引脚。
7. 根据权利要求6所述的一种快速检测疲劳的检测设备，其特征在于：所述译码驱动 显示电路包括译码器⑶4543、三极管V7、三极管V8、三极管V9以及三个LED数码管；所述 MC14553计数器的第5、6、7、9引脚与译码器⑶4543的第4、2、3、5引脚对应连接；所述译码 器⑶4543的7、8引脚均与MC14553计数器的第8引脚连接；所述MC14553计数器的第16 引脚分别与三极管V7、三极管V8、三极管V9的发射极连接；所述MC14553计数器的第2引 脚经一电阻R21与三极管V7的基极连接，所述MC14553计数器的第1引脚经一电阻R22与 三极管V8的基极连接，所述MC14553计数器的第15引脚经一电阻R23与三极管V9的基极 连接；所述译码器⑶4543的第1、6、16引脚均与所述MC14553计数器的第16引脚连接；所 述译码器⑶4543的第9引脚经一电阻R24分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543 的第10引脚经一电阻R25分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第11引脚经 一电阻R26分别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第12引脚经一电阻R27分 别与三个LED数码管连接，所述译码器⑶4543的第13引脚经一电阻R28分别与三个LED 数码管连接，所述译码器⑶4543的第15引脚经一电阻R29分别与三个LED数码管连接，所 述译码器⑶4543的第14引脚经一电阻R30分别与三个LED数码管连接。
【文档编号】A61B5/16GK104146720SQ201410383724
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】陈洪淼, 孟庆光, 赵国营, 忠帅, 王震, 李文丽 申请人:华侨大学