本發(fā)明涉及一種人體生理信息測量設(shè)備，具體地說是一種可測量平衡能力的智能人體生理信息測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的逐漸提高，人們越來越關(guān)心身體健康，愿意購買各種人體生理信息測量裝置來測量、監(jiān)控身體的各項(xiàng)指標(biāo)，以便及時采取措施預(yù)防疾病的發(fā)生。同時隨著步入老齡化社會，跌倒、中風(fēng)、腦梗等已經(jīng)是危害中老年人身體健康的重大潛在危險。根據(jù)國內(nèi)外科學(xué)研究資料表明，平衡能力隨著年齡增長而下降，平衡能力與腦部損傷、發(fā)生中風(fēng)、發(fā)生跌倒存在很大的正相關(guān)，測量平衡能力是初步篩查腦部損傷、發(fā)生中風(fēng)、發(fā)生跌倒危險性簡單又有效的方法。

目前市場上的各種人體生理信息測量裝置例如：人體成分分析儀,只能單一的測量體重、體脂率等人體生理信息，還沒有一種智能人體生理信息測量裝置既可以測量體重、體脂率等人體生理信息，又可以測量人體重心搖擺來分析人體平衡能力的智能裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種既能夠測量人體生理信息又能測量人體重心搖擺，進(jìn)行人體生理信息和平衡能力分析的智能人體生理信息測量裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的智能人體生理信息測量裝置，包括用于承載被測者雙腳的承載板，承載板上設(shè)置有與被測者身體接觸的用于測量身體阻抗的身體阻抗測定單元，承載板的下部設(shè)置有體重和重心測定單元，體重和重心測定單元和身體阻抗測定單元均與一個總控制單元連接；總控制單元能夠獲得體重和重心測定單元的測量數(shù)據(jù)并基于所測數(shù)據(jù)直接得到人體體重和人體重心坐標(biāo)或?qū)⑺鶞y數(shù)據(jù)直接輸出，所述總控制單元還能夠通過身體阻抗測定單元測量被測者身體阻抗。

所述體重和重心測定單元包括分布在承載板底部的四個邊角部位的重量傳感器以及與重量傳感器組成電橋的半橋電阻單元，所述重量傳感器和半橋電阻單元連接激勵電源并從激勵電源獲得穩(wěn)定的激勵電壓產(chǎn)生電信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換單元與總控制單元連接。

所述重量傳感器為電阻應(yīng)變片式半橋型重量傳感器，所述半橋電阻單元由至少兩個電阻支路并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成。

所述身體阻抗測定單元包括分布在承載板四個邊角部位的四個電極以及用于運(yùn)算及控制的阻抗控制單元，所述電極分為電流施加電極和電壓測定電極兩組，所述電流施加電極經(jīng)過電流輸出單元與阻抗控制單元連接，所述電壓測定電極經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換單元和阻抗控制單元連接。

所述總控制單元還與無線通信單元連接，所述無線通信單元經(jīng)過無線通信連接具有應(yīng)用軟件的終端設(shè)備，所述總控制單元能夠?qū)⑾嚓P(guān)測量結(jié)果經(jīng)過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給終端設(shè)備的應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并顯示。

所述重量傳感器和半橋電阻單元分別組合形成四組電橋，所述總控制單元能夠分別對四組電橋獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行重量和重心的運(yùn)算，同時通過終端設(shè)備的應(yīng)用軟件同步顯示。

每組所述電橋均與激勵電源連接，所述總控制單元能夠控制重量傳感器和半橋電阻單元的激勵電源，使得在同一時間內(nèi)只有一組電橋在耗電。

所述總控制單元對四組電橋獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算公式為：

其測量數(shù)據(jù)為w1、w2、w3、w4以公式（1）得到被測者的重量w，以公式（1）、公式（2）、公式（3）得到被測者的重心在裝置平面內(nèi)的坐標(biāo)（x，y）。

w=w1+w2+w3+w4---------公式（1）

x=m(w2+w3)/w--------------公式（2）

y=n(w3+w4)/w---------------公式（3）

上述公式中m、n代表重量傳感器的實(shí)際放置距離。

所述承載板上設(shè)置有用于信息顯示的顯示單元，所述顯示單元與總控制單元連接；并能夠顯示體重和重心測定單元所測數(shù)據(jù)和身體阻抗測定單元所測數(shù)據(jù)。

所述半橋電阻單元6為精度達(dá)到0.1%、溫度特性達(dá)到10ppm以上的電阻，其阻值與重量傳感器5的阻值相差低于1%。

采用上述的結(jié)構(gòu)后，由于承載板上設(shè)置的身體阻抗測定單元、顯示單元以及設(shè)置的體重和重心測定單元，體重和重心測定單元、身體阻抗測定單元以及顯示單元均與一個總控制單元連接；由此可通過體重和重心測定單元以及身體阻抗測定單元獲取測量數(shù)據(jù)，總控制單元能夠基于所測數(shù)據(jù)得到人體體重和人體重心坐標(biāo)以及被測者身體阻抗，實(shí)現(xiàn)了測定人體體重和重心平衡能力以及人體生理信息(體脂肪、水分等)，還可以通過終端設(shè)備上的應(yīng)用軟件進(jìn)行顯示和操作，基于人體重心和重量測量結(jié)果結(jié)合應(yīng)用軟件進(jìn)行人體平衡能力的分析，從而實(shí)現(xiàn)了人體生理信息測量功能和人體平衡能力測量功能的有機(jī)結(jié)合，另外將智能硬件、手機(jī)app和云三者完美結(jié)合，提高了使用的便捷性，彌補(bǔ)了市場產(chǎn)品的空白。

附圖說明

圖1為本發(fā)明智能人體生理信息測量裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明智能人體生理信息測量裝置的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明智能人體生理信息測量裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明智能人體生理信息測量裝置的原理框圖；

圖5為本發(fā)明中身體阻抗測定單元的原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明智能人體生理信息測量裝置的重心測定分析圖；

圖7為本發(fā)明中重量傳感器和半橋電阻單元的電橋電路組合狀態(tài)1示意圖；

圖8為本發(fā)明中重量傳感器和半橋電阻單元的電橋電路組合狀態(tài)2示意圖；

圖9為本發(fā)明中重量傳感器和半橋電阻單元的電橋電路組合狀態(tài)3示意圖；

圖10為本發(fā)明中重量傳感器和半橋電阻單元的電橋電路組合狀態(tài)3示意圖；

圖11為傳統(tǒng)測量裝置中重量傳感器的電路組合狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的智能人體生理信息測量裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：

如圖所示，本發(fā)明的智能人體生理信息測量裝置，包括用于承載被測者雙腳的承載板4，承載板5上設(shè)置有與被測者身體接觸的用于測量站在其上的被測者的身體阻抗的身體阻抗測定單元3以及用于顯示人體生理信息測量結(jié)果的顯示單元10，承載板4的下部設(shè)置有用于測量站在其上的被測者體重和重心的體重和重心測定單元2，其中，對于體重和重心測定單元2來說，既可以直接設(shè)置在承載板4的底殼上也可以在承載板5的下部設(shè)置內(nèi)板11，體重和重心測定單元2設(shè)置在內(nèi)板11的同一水平底面上，由圖2、圖4可見，體重和重心測定單元2包括分布在內(nèi)板四個邊角部位的電阻應(yīng)變片式半橋型重量傳感器5(共4個，分別為5a、5b、5c、5d)以及與重量傳感器5并聯(lián)設(shè)置的半橋電阻單元6，四個重量傳感器5a、5b、5c、5d利用結(jié)構(gòu)件進(jìn)行連接，四個重量傳感器5a、5b、5c、5d在同一水平面內(nèi)放置，整體排布為長方形或正方形；半橋電阻單元6由至少兩個電阻支路并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成；其中，優(yōu)選地，半橋電阻單元6為精度達(dá)到0.1%、溫度特性達(dá)到10ppm以上的電阻，其阻值與重量傳感器5的阻值相差低于1%；體重和重心測定單元2、身體阻抗測定單元3以及顯示單元10均與一個用于進(jìn)行各種運(yùn)算和控制的總控制單元30連接；總控制單元30上連接有用于存儲數(shù)據(jù)信息的存儲器13，重量傳感器5和半橋電阻單元6經(jīng)過第一a/d轉(zhuǎn)換單元12與總控制單元連接，5路第一a/d轉(zhuǎn)換單元12對重量傳感器5a、5b、5c、5d和半橋電阻單元6的輸出進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；總控制單元還經(jīng)過5路a/d轉(zhuǎn)換單元與重量傳感器5、半橋電阻單元6的激勵電源7連接，激勵電源7對a/d轉(zhuǎn)換單元31和重量傳感器5a、5b、5c、5d和半橋電阻單元6提供工作電源；總控制單元能夠控制重量傳感器5和半橋電阻單元6的激勵電源7，獲得重量傳感器5和半橋電阻單元6的測量數(shù)據(jù)，并基于重量傳感器5和半橋電阻單元6所測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析計(jì)算直接得到人體體重和人體重心坐標(biāo)或?qū)⑺鶞y數(shù)據(jù)不經(jīng)過計(jì)算分析直接輸出，如圖1、圖5所示，身體阻抗測定單元3包括分布在承載板5四個邊角部位的四個電極9(共4個，分別為9a、9b、9c、9d)以及用于運(yùn)算及控制的阻抗控制單元31，電極9分為電流施加電極和電壓測定電極兩組，本實(shí)施例中，9a和9c為電流施加電極，電流施加電極經(jīng)過電流輸出單元33與阻抗控制單元31連接，9b和9d為電壓測定電極，電壓測定電極經(jīng)過第二a/d轉(zhuǎn)換單元32和阻抗控制單元連接；本實(shí)施例中，在前部的兩側(cè)設(shè)置電流施加用電極9a、9c并且在后部的兩側(cè)設(shè)置電壓測量用電極9b、9d，被測者雙腳腳尖部分他在電極9a、9c處，腳跟部分他在電極9b、9d處；總控制單元30將用于測量身體阻抗的指令信號發(fā)送給身體阻抗測定單元3并且總控制單元30將用于顯示各種信息的指令信號發(fā)送給顯示單元10，顯示單元10能夠顯示體重和重心測定單元2和身體阻抗測定單元3所測量數(shù)據(jù)獲得的關(guān)于身體組成的測量結(jié)果。

實(shí)施例二：

進(jìn)一步地，所說的總控制單元還與無線通信單元8連接，所說的無線通信方式可以為3g、4g、5g移動網(wǎng)絡(luò)、wifi傳輸、藍(lán)牙、zigbee等任何一種長距離、短距離無線傳輸，無線通信單元8經(jīng)過無線通信連接具有應(yīng)用軟件的終端設(shè)備，對于數(shù)據(jù)處理的方式可以分為兩種，一種是，總控制單元基于重量傳感器5和半橋電阻單元6所測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析計(jì)算直接得到人體體重和人體重心坐標(biāo)，然后總控制單元將相關(guān)測量結(jié)果直接經(jīng)過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給終端設(shè)備的應(yīng)用軟件進(jìn)行顯示；另外一種方式是，總控制單元基于重量傳感器5和半橋電阻單元6所測數(shù)據(jù)不經(jīng)過計(jì)算分析直接通過無線通信輸出給終端設(shè)備的應(yīng)用軟件，再由終端設(shè)備的應(yīng)用軟件進(jìn)行分析計(jì)算（應(yīng)用軟件11基于獲得的被測者的重量和重心分析被測者的體重和重心坐標(biāo)數(shù)據(jù)，分析用戶的人體平衡能力，）從而得到人體體重和人體重心坐標(biāo)并在應(yīng)用軟件11上進(jìn)行顯示。

另外，當(dāng)采用3g、4g、5g移動網(wǎng)絡(luò)以及wifi傳輸時，必要的還設(shè)置有云服務(wù)器，也就是說無線通信單元8經(jīng)過無線通信連接具有應(yīng)用軟件11的終端設(shè)備和云服務(wù)器，總控制單元將相關(guān)測量結(jié)果（經(jīng)過分析計(jì)算直接得到的人體體重和人體重心坐標(biāo)或?qū)⑺鶞y數(shù)據(jù)不經(jīng)過計(jì)算分析直接輸出的測量數(shù)據(jù)）經(jīng)過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給終端設(shè)備和云服務(wù)器。

實(shí)施例三：

如圖8-圖11所示，在實(shí)施例一或?qū)嵤├幕A(chǔ)上，作為進(jìn)一步完善地技術(shù)方案，總控制單元30通過5路a/d測量通道分別與重量傳感器5a、5b、5c、5d、半橋電阻單元6一一相連，總控制單元30將用于測量人體體重的指令信號發(fā)送給重量傳感器5a、5b、5c、5d和半橋電阻單元6，使其兩兩組合，形成5a+6、5b+6、5c+6、5d+6的四種電橋組合，并由a/d轉(zhuǎn)換單元12分別對這四組電橋依次進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，總控制單元30基于四組電橋的測量數(shù)據(jù)依次對獲得的a/d進(jìn)行重量和重心的運(yùn)算處理，分別得到對應(yīng)的重量w1、w2、w3、w4，結(jié)果在顯示單元10顯示，同時通過無線通信單元8在終端設(shè)備的應(yīng)用軟件11同步顯示；與此同時，總控制單元30將各種信息和運(yùn)算結(jié)果以及a/d轉(zhuǎn)換單元12的輸出信號存儲到存儲器13中；每組電橋均與激勵電源連接，總控制單元能夠控制重量傳感器5a、5b、5c、5d和半橋電阻單元6的激勵電源，使得在同一時間內(nèi)只有1組電橋在耗電，達(dá)成降低功耗的目的，此外，重量傳感器5a、5b、5c、5d必須呈長方形或者正方形放置；總控制單元對四組電橋獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算公式為：

其測量數(shù)據(jù)為w1、w2、w3、w4以公式1得到被測者的重量w，以公式1、公式2、公式3得到被測者的重心在裝置平面內(nèi)的坐標(biāo)x，y。

w=w1+w2+w3+w4---------公式1

x=m(w2+w3)/w--------------公式2

y=n(w3+w4)/w---------------公式3

上述公式中m、n代表組成矩形的重量傳感器5的實(shí)際放置距離。

另外，體重和重心測定單元2與無線通信單元之間以及身體阻抗測定單元之間還連接有電源供給單元1，使其共享電源供給單元1。

人體重量和重心測定按照如下方式進(jìn)行：

當(dāng)用戶的雙腳站立在承載板5上時，施加的力分散施加到體重傳感器5a、5b、5c、5d，體重傳感器5a、5b、5c、5d和半橋電阻單元6形成的5a+6、5b+6、5c+6、5d+6的4種電橋組合因?yàn)槭芰ψ兓妮敵鲭妷簐1、v2、v3、v4，此v1、v2、v3、v4隨著用戶的體重以及重心不同的改變；然后由上述四種組合的測定到的電壓被提供給a/d轉(zhuǎn)換單元31。

a/d轉(zhuǎn)換單元12以每隔預(yù)訂周期將從電橋組合5a+6、5b+6、5c+6、5d+6作為一個完整的循環(huán)供給的電壓v1、v2、v3、v4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的負(fù)載值，對應(yīng)上述4種組合電橋的輸出，每次循環(huán)會輸出4個數(shù)字信號的負(fù)載值w1、w2、w3、w4，以公式1運(yùn)算可得到用戶的體重，總控制單元30以公式2、(3)運(yùn)算可得到用戶在本裝置平面內(nèi)的重心坐標(biāo)(x，y)；或者如實(shí)施例二所采用的方案，總控制單元30經(jīng)過無線通信部8將w1、w2、w3、w4傳輸給具有應(yīng)用軟件的終端設(shè)備和云服務(wù)器，在云服務(wù)器或終端以公式1運(yùn)算可得到用戶的體重，以公式2、(3)運(yùn)算可得到用戶在本裝置平面內(nèi)的重心坐標(biāo)(x，y)。

人體阻抗測定按照如下方式進(jìn)行：

當(dāng)用戶雙腳站立踩到電流施加電極9a、9c和電壓測定電極9b、9d上時，電流施加電極9a、9c向用戶雙腳施加50khz、小于500ua的微弱、安全的電流。電壓測定電極9b、9d在電流流入雙腳間時，測量用戶雙腳間的電壓。然后電壓測定電極9b、9d將測定的電壓提供給a/d轉(zhuǎn)換單元32轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)由控制單元31轉(zhuǎn)換為阻抗值并傳送給體重重心測定單元2內(nèi)部的控制運(yùn)算單元30。