專利名稱：高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人體測試技術(shù)，具體地說是高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀。
背景技術(shù)：
絕大多數(shù)關(guān)于軍事訓(xùn)練士兵運(yùn)動(dòng)水平評(píng)估的研究是基于人體活動(dòng)自我報(bào)告式的問卷調(diào)查法。由于這種方法對(duì)于大樣本具有較好的適應(yīng)性。對(duì)受試者沒有時(shí)間和費(fèi)用的負(fù)擔(dān)。直到現(xiàn)在，它仍是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一種對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行評(píng)估的研究方法，這種方法的缺陷在于其對(duì)運(yùn)動(dòng)的記錄主要依靠受試者自己的說明，受試者自身對(duì)運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的錯(cuò)誤回憶，以及調(diào)查者對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的錯(cuò)誤估計(jì)或科目本身的錯(cuò)誤等都是造成這種方法誤差的主要原因。而且對(duì)大量人群進(jìn)行調(diào)查時(shí)，花費(fèi)極大。正是由于問卷調(diào)查法的主觀性強(qiáng)、客觀性差以及準(zhǔn)確性低等明顯缺點(diǎn)，已越來越不適應(yīng)科學(xué)、準(zhǔn)確評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)的需要。
心率監(jiān)測法能用來評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)的原理主要是基于心率與能耗具有很高的線性關(guān)系。Meijer GA等對(duì)檢測到的受試者的心率數(shù)據(jù)作回歸分析后，發(fā)現(xiàn)心率和運(yùn)動(dòng)者的能耗具有較好的線性關(guān)系。Ceesay SM等認(rèn)為心率和氧氣攝入量在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加式的相關(guān)性達(dá)0.95以上，因而心率可以作為評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)的一種客觀參考指標(biāo)。但是使用這種方法帶來的缺陷顯而易見(a)隨著受試者個(gè)體的忍耐力的不同，心率和氧氣攝入量的關(guān)系也在變化；(b)同一受試者的心率與氧氣攝入量的關(guān)系也是上肢和下肢運(yùn)動(dòng)，或是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)有關(guān)；(c)心率會(huì)受到很多起因素的影響，如情感狀況、身體姿勢以及環(huán)境因素。因此單純記錄心率的變化并不能認(rèn)為是一種準(zhǔn)確的測量人體運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)度的方法，因此只能作為一種參考的方法。
比較準(zhǔn)確的方法是將心率監(jiān)測方法與運(yùn)動(dòng)傳感器方法結(jié)合起來，經(jīng)一些學(xué)者應(yīng)用多重回歸分析(multiple regression analysis)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。他們發(fā)現(xiàn)使用這種方法使相關(guān)性從0.69上升到0.82。對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)氧氣攝入量的估計(jì)也大為精確了。間接卡路里計(jì)或呼吸熱量計(jì)的測定方法被認(rèn)為是一種能量耗費(fèi)的客觀方法。它需要測定吸進(jìn)的氧氣數(shù)量和呼出的二氧化碳的數(shù)量。能耗是根據(jù)呼吸時(shí)氣體交換比率用氧氣消耗量乘以非蛋白質(zhì)的熱當(dāng)量計(jì)算得出。這種方法具有較強(qiáng)的客觀性，測定結(jié)果也真實(shí)可信。但這種方法必須在每次測量前對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備復(fù)雜，而且測量時(shí)會(huì)較大程度地影響受試者地運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)條件下地適用方法。在人體運(yùn)動(dòng)評(píng)估方面，雙標(biāo)記水法(double labeled water)一直被作為“金標(biāo)準(zhǔn)”在使用，由于能準(zhǔn)確測量人體的平均代謝率(AMDR)。結(jié)合測出的人體基礎(chǔ)代謝率(BMR)，人體運(yùn)動(dòng)消耗就可以被計(jì)算出來。因此被公認(rèn)為是一種測定人體運(yùn)動(dòng)量地準(zhǔn)確方法，是一種評(píng)定人體運(yùn)動(dòng)的可接受的標(biāo)準(zhǔn)，但雙標(biāo)記水法獲得同位素2H218O的代價(jià)十分大，且測試時(shí)間很長，應(yīng)用范圍窄。
目前國內(nèi)外已有大量的關(guān)于測人體紅外輻射數(shù)字式體能測試儀，測吸入，呼出氣體變化分析體能消耗的間接測定系統(tǒng)，測心率、最大攝氧量、PWC170等多種指標(biāo)的各種體能、能耗、運(yùn)動(dòng)量的各種測試儀、測試系統(tǒng)，但還未見有關(guān)便攜式電子加速度計(jì)體能測試儀的研制報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種對(duì)于在高原條件下研究士兵作訓(xùn)過程中的體能狀態(tài)具有很高的適用價(jià)值的高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀。
本實(shí)用新型具體的設(shè)計(jì)構(gòu)想是采用微機(jī)械集成式電子加速度傳感器測量出加速度信號(hào)，利用低通濾波器濾除高頻信號(hào)，截止頻率為30Hz，因?yàn)槿梭w活動(dòng)的頻譜主要是在30Hz以內(nèi)，經(jīng)過濾波后的加速度信號(hào)幅度很小，毫伏級(jí)范圍內(nèi)，需要放大至0～5伏之間，經(jīng)取絕對(duì)值后送到積分器進(jìn)行積分，當(dāng)積分電壓超過一定閾值時(shí)，積分器就復(fù)位一次?？紤]到活動(dòng)量的積累有一個(gè)過程，以一分鐘為時(shí)間的計(jì)算單位，一分鐘內(nèi)積分器復(fù)位的次數(shù)定為加速度計(jì)的輸出AO，它的單位為每分鐘計(jì)數(shù)(counts/min)。經(jīng)過積分比較的信號(hào)就形成脈沖串，脈沖的頻率高低即疏密程度代表了運(yùn)動(dòng)量的大小，此時(shí)脈沖信號(hào)中已包含了人體運(yùn)動(dòng)量的信息，該信號(hào)還需經(jīng)過整形電路將其變換為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，然后輸入PIC單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)將每分鐘的脈沖計(jì)數(shù)值及累計(jì)計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)下來，帶測試完畢后由操作者通過鍵盤操作來顯示出每一分鐘的運(yùn)動(dòng)量指數(shù)及累計(jì)運(yùn)動(dòng)量指數(shù)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為由PIC單片機(jī)聯(lián)接加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路、電源變換器、液晶顯示器和鍵盤控制電路構(gòu)成；電源變換電路還與加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路聯(lián)接，放大檢波電路兩端分別聯(lián)接加速度傳感電路和積分比較電路。其中本實(shí)用新型的放大檢波電路、積分比較電路和脈沖展寬電路設(shè)計(jì)如下放大檢波電路設(shè)置此電路原因是由于后續(xù)檢波電路要求建波信號(hào)具有一定的幅度，即建波信號(hào)應(yīng)越大越好(實(shí)際上應(yīng)受電源電壓影響)。這樣才能得到最好的檢波效果。又因傳感器最大輸出電壓(實(shí)測約為100mv)較小，應(yīng)加以放大。傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)反相放大器放大，放大倍數(shù)理論值為Av＝R3/R1＝15，實(shí)際值小于15。
經(jīng)過濾波后的加速度波形相對(duì)于零基線的有正有負(fù)，積分器的積分公式為Vo＝-(1/RC).∫otVidt只有積分器的輸入信號(hào)保持負(fù)電平時(shí)，積分器輸出電壓才會(huì)不斷升高，以供比較器進(jìn)行比較，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心上下振動(dòng)，輸入加速度信號(hào)有正有負(fù)，積分器輸出電平時(shí)降時(shí)升，比較器的輸出不能正確反映運(yùn)動(dòng)量的大小，因此，需要對(duì)濾波后的加速度波形進(jìn)行調(diào)整，即將零基線以上的正信號(hào)倒相為零基線以下的負(fù)信號(hào)，也就是取加速度信號(hào)的絕對(duì)值。檢波電路主要由兩個(gè)運(yùn)放與兩個(gè)二極管構(gòu)成，它完成的功能是將近似正弦波的信號(hào)向負(fù)向卷折，即取信號(hào)的絕對(duì)值的負(fù)號(hào)。即檢波的輸出應(yīng)為Vout(jb)＝-|Vin(jb)|。設(shè)置此段電路的原因是為了積分的需要，避免后面的積分由于正負(fù)電壓會(huì)相互抵消，因此應(yīng)將其變?yōu)槿?fù)或全正的信號(hào)，此處人為設(shè)置為負(fù)。
此處的檢波會(huì)有一定的誤差，主要是由于檢波二極管有一個(gè)導(dǎo)通電壓，如果檢波電壓幅度較小，會(huì)看不到不輸出。當(dāng)然，幅度太大，會(huì)引起畸變。實(shí)驗(yàn)證明，如果檢波輸入電壓最大值大于1V以上，以正弦波來觀察，由導(dǎo)通電壓引起的誤差較小，目視幾乎不可見。
積分比較電路本設(shè)計(jì)的原理是將加速度信號(hào)通過積分器和比較器轉(zhuǎn)換為疏密不同的脈沖波，然后將其輸入到單片機(jī)中進(jìn)行以一分鐘為時(shí)基的計(jì)數(shù)，這一計(jì)數(shù)值與加速度信號(hào)的強(qiáng)度和頻率成正比。這里將把加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖波的電路稱為信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。由于單片機(jī)在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、振蕩器和時(shí)鐘等各種電路，一塊芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它具有體積小，功能強(qiáng)，價(jià)格便宜，適于實(shí)時(shí)控制，易于產(chǎn)品化，功耗低等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在電路中加入脈沖展寬電路是非常必要的。原因有兩個(gè)①比較器輸出由+5V翻轉(zhuǎn)為0V的反應(yīng)時(shí)間最大為200ng，而積分電容為1μF，CD4066的導(dǎo)通電阻為50Ω，因此放電時(shí)間常數(shù)為50μs，遠(yuǎn)大于比較器的反應(yīng)時(shí)間，為意味著CD4066的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足積分電容充分放電的要求，致使積分器無法復(fù)位。因此，需要將模擬開關(guān)的觸發(fā)脈沖展寬，使其大于積分電容的放電時(shí)間常數(shù)的十倍，積分器準(zhǔn)確復(fù)位后才能正常工作。
②單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖的要求是計(jì)數(shù)脈沖的寬度至少應(yīng)該大于單片機(jī)工作的一個(gè)機(jī)器周期，本實(shí)用新型中PIC16F876的晶振頻率為4MHz，即一個(gè)機(jī)器周期為2μs，如果只有200ns寬度的脈沖輸入PIC16F876，計(jì)數(shù)器將無法正常工作，因此也需要脈沖展寬。
考慮到模擬部分和數(shù)字部分雖由同一電源供電，但對(duì)供電方式要求不同以及為了抗干擾而相互隔離的要求，本實(shí)用新型還設(shè)置了電源及地線設(shè)計(jì)抗干擾耦合處理(電路)。
本實(shí)用新型的高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀在臨床醫(yī)學(xué)中，對(duì)有些疾病的治療如甲亢就無原則要求監(jiān)測病人的能耗。在體育訓(xùn)練中，為使運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練效果最好也要測定運(yùn)動(dòng)量，另外，在營養(yǎng)學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)等領(lǐng)域中，運(yùn)動(dòng)量及能耗的研究都具有很重要的意義。
在野戰(zhàn)軍事訓(xùn)練過程中，指揮官需要了解每一名士兵的訓(xùn)練強(qiáng)度，從而根據(jù)各人不同的身體素質(zhì)制定出不同強(qiáng)度的訓(xùn)練計(jì)劃，特別是在一些氣候條件較為惡劣的地區(qū)，如高原、沙漠以及高寒地區(qū)。用本實(shí)用新型對(duì)這些地區(qū)的士兵在野戰(zhàn)訓(xùn)練過程中的運(yùn)動(dòng)量及能耗進(jìn)行測量研究，分析熱量及氧氣的消耗并結(jié)合其他生理參數(shù)如心率、血壓的監(jiān)測，就能研究制定出一套野戰(zhàn)單兵作訓(xùn)方法和計(jì)劃，在高原條件下研究士兵作訓(xùn)過程中的體能狀態(tài)具有很高的適用價(jià)值。本實(shí)用新型體積小，頻率響應(yīng)好，精度高，靈敏度高，工作可靠、耐振、耐沖擊、而腐蝕、抗干擾力強(qiáng)等，可隨手?jǐn)y帶，特別適于部隊(duì)野外訓(xùn)練使用。


圖1為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的電路框圖；圖2、3為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的電源供電框圖；圖5為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的電路布局地線及抗干擾電路圖；圖6為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型的體能消耗測試儀的外形示意圖。
圖2、3中虛線框內(nèi)，A-加速度傳感器，B-放大檢波電路，C-積分比較電路，D-單片中央處理電路，圖6中，IC1-MMA220W加速度傳感器，IC2-PIC16F876CPU微處理器，P1-液晶顯示器連接電纜，P2-鍵盤控制連接電纜，PCB-CONTL-1-主控電路板，PCB-PWR-1-電源逆變及分配電路板，PCB-DISP-1-OCM12232雙行16字符液晶顯示器，PCB-CONTL-2-鍵盤控制接口板；圖7中，1—電源開關(guān)，2—電源指示燈，3—運(yùn)動(dòng)量讀數(shù)前進(jìn)鍵，4—運(yùn)動(dòng)量讀數(shù)后退鍵，5—測試開始鍵，6—復(fù)位鍵，7—液晶數(shù)據(jù)顯示面板。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)用新型的高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀電路由以下構(gòu)成由PIC單片機(jī)聯(lián)接加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路、電源變換器、液晶顯示器和鍵盤控制電路構(gòu)成；電源變換電路還與加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路聯(lián)接，放大檢波電路兩端分別聯(lián)接加速度傳感電路和積分比較電路。其電路原理圖如圖2、圖3所示1、傳感電路加速度傳感器是感知人體運(yùn)動(dòng)加速度的關(guān)鍵器件，種類也多種多樣。本設(shè)計(jì)采用了MOTOROLA公司的MMA2200W型號(hào)的電容式傳感器。MMA系統(tǒng)加速度傳感器電路由信號(hào)調(diào)節(jié)4級(jí)低通濾波器，溫度補(bǔ)償，零加速失調(diào)，工廠設(shè)定濾波器截止頻率幾個(gè)部分組成，不需要外部元件即可獨(dú)立工作，全系統(tǒng)具有自測試校正功能，并能指示故障信息。
2、放大檢波電路傳感器的輸出信號(hào)輸入到運(yùn)放U1(MAX410)的2腳進(jìn)行反向放大，放大倍數(shù)由跨接在輸入2腳和輸出6腳之間的反饋電阻R3(150k)以及3腳的接地電阻R2(10k)來決定，電路中具體的放大倍數(shù)為R3/R2＝15倍，經(jīng)過放大的信號(hào)需要取絕對(duì)值即檢波，檢波電路由兩個(gè)二極管和兩個(gè)運(yùn)放組成，放大后的信號(hào)通過電阻耦合連接到運(yùn)放U2(MAX410)的2腳，同時(shí)運(yùn)放U2的輸入端2腳和輸出端6腳之間跨接一支檢波二極管D1(1N4148)，D1的正端接U2的2腳，U2的輸出端6腳再接一支檢波二極管D2(1N4148)，此時(shí)輸出的信號(hào)已被取絕對(duì)值，再經(jīng)過耦合電阻R8連接到運(yùn)放U3(MAX410)的輸入端2腳進(jìn)行緩沖推動(dòng)，其放大倍數(shù)由跨接在U3輸入端2腳和輸出端6腳之間的反饋電阻R10(10k)以及3腳的接地電阻R9(10k)來決定，電路中具體的放大倍數(shù)為R10/R9＝1倍，即運(yùn)放U3不起放大作用，只對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟隨，起緩沖和推動(dòng)作用。由運(yùn)放U3輸出的信號(hào)完成放大和檢波。
3、積分比較電路積分器的時(shí)間常數(shù)RC由R13(3.9M歐)和積分電容C2(0.01uF)決定，RC為3.9*106*0.01*10-6＝0.04s，經(jīng)過放大和檢波的運(yùn)動(dòng)量信號(hào)通過耦合電阻R11連接到運(yùn)放U4(MAX410)的輸入端2腳，信號(hào)經(jīng)過跨接于2腳和6腳之間的RC積分，由U4輸出端6腳輸出連接到比較器(MAX941)的2腳，與3腳的參考電壓進(jìn)行比較，比較器的參考電壓有連接到3腳的電位器R14來決定，參考電壓低，則比較器7腳輸出端翻轉(zhuǎn)頻率高，儀器讀數(shù)量程加大，反之，參考電壓高，則比較器7腳輸出端翻轉(zhuǎn)頻率低，儀器讀數(shù)量程變小。當(dāng)有加速度信號(hào)時(shí)，積分器對(duì)其絕對(duì)值起進(jìn)行積分，輸出電壓由0V不斷升高，當(dāng)電壓升至參考電壓時(shí)，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，MAX941輸出輸出端7腳由原來的+5V高電平變?yōu)?V低電平，此信號(hào)再輸出連接到脈沖展寬器(CD4098)的5腳觸發(fā)端，觸發(fā)脈沖展寬電路，使其6腳輸出一個(gè)寬度約為0.7ms的正脈沖，連接到模擬開關(guān)CD4066的6腳，CD4066的8腳和9腳是一組模擬開關(guān)，分別連接在積分電容C2的兩端，它平時(shí)處于斷開狀態(tài)，來自U4輸出端6腳的翻轉(zhuǎn)脈沖觸發(fā)CD4066模擬開關(guān)，使其處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，積分電容通過模擬開關(guān)8腳和9腳快速放電，同時(shí)比較器輸出電平由0V翻轉(zhuǎn)為+5V，模擬開關(guān)重新關(guān)閉，積分器又重新開始積分。同時(shí)，脈沖展寬電路產(chǎn)生的正脈沖經(jīng)過反相后由CD4098的7腳送到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
4、PIC單片機(jī)中央信號(hào)處理電路本系統(tǒng)采用美國的Microchip推出的PIC系列的八位微控制器PIC16F876作為中央信號(hào)處理電路。它是一種高性能的嵌入式控制器(embedded microcontroller)。PIC系列的單片機(jī)采用了哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。它的精簡指令集結(jié)構(gòu)(RISC)是他的所有指令都是單字節(jié)，因此程序的效率很高，具有很高的軟件可靠性。
使用PIC來處理數(shù)據(jù)，有兩大好處。(一)PIC系列單片機(jī)的特點(diǎn)就是抗干擾能力很強(qiáng)、穩(wěn)定度高。(二)PIC單片機(jī)內(nèi)集成了多達(dá)240個(gè)以上的存儲(chǔ)單元，可供保存數(shù)據(jù)使用，省略了添加外圍存儲(chǔ)器。
5、鍵盤控制電路在此設(shè)計(jì)中，共有四個(gè)鍵，復(fù)位建、測量鍵、上移鍵、下移鍵。復(fù)位鍵使PIC重新從程序開始處執(zhí)行，伴隨有相應(yīng)的寄存器重新設(shè)置；測量鍵被按下標(biāo)志測量開始；上移鍵是向上顯示數(shù)據(jù)；下移鍵是向下顯示數(shù)據(jù)。它們之間有一定的邏輯關(guān)系，測量鍵只有在在空閑態(tài)時(shí)按下才能導(dǎo)致測量開始，其他狀態(tài)按下無效；上移鍵和下移鍵只有在測量態(tài)和顯示態(tài)下才有效，其他狀態(tài)無效，在測量態(tài)下，可以中斷測量而進(jìn)入顯示狀態(tài)，顯示態(tài)下進(jìn)行正常操作；復(fù)位建在任何態(tài)下均能使PIC進(jìn)入空閑態(tài)，但上一次測得的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。
6、電源及地線設(shè)計(jì)抗干擾耦合處理(電路)采用兩節(jié)鋰電池(1.5V/節(jié)，容量為1Ah)供電，可連續(xù)工作60小時(shí)，而連續(xù)測量時(shí)間為2小時(shí)。整機(jī)工作平均耗電應(yīng)小于20mA?？紤]到模擬部分和數(shù)字部分雖由同一電源供電，但對(duì)供電方式要求不同以及為了抗干擾而相互隔離的要求，電源選用固體DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)。采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX718型DC/DC變換器將3V的電池電壓變?yōu)?5V，其主要性能是輸入電壓最低可達(dá)2V，輸出電壓有3.3V、5V和12V幾檔，當(dāng)輸出為5V時(shí)，最大負(fù)載電流為250mA，效率大于87％，后備電池可免數(shù)據(jù)丟失。它為傳感器及數(shù)字電路供電，然后再用MAX742將+5V變?yōu)椤?2V，MAX742的轉(zhuǎn)換效率為78％，最大輸出功率為30W，它為前向通道的各種模擬電路提供隔離電源，如圖4所示。
在本電路設(shè)計(jì)中，為了盡可能地消除電路分布參數(shù)及干擾信號(hào)的影響，對(duì)印刷板布線及地線分布進(jìn)行了處理。在電路的前級(jí)(傳感器和前置放大器)，加速度信號(hào)很微弱，容易受干擾信號(hào)的影響，如果整個(gè)電路的電源及地線從前級(jí)輸入，受后能電路的影響，地線和電源線中有較多的干擾信號(hào)疊加到加速度信號(hào)中，特別是受數(shù)字電路的干擾更嚴(yán)重。因此，必須將電源線包括零電位線的輸入端設(shè)在模擬電路的末級(jí)與數(shù)字電路結(jié)合部，這樣可使前級(jí)部分地線和電源線中的干擾信號(hào)降到最小，同時(shí)還加入了耦合電路，如圖5所示。MAX718型DC/DC變換器將3V的電池電壓變?yōu)?5V，供單片機(jī)及液晶顯示器的電源，電路中采用LC元件進(jìn)行去耦，電感接于MAX718的輸出端，另一端接電容，而電容的另一端接地，以起到抗干擾的作用。模擬部分由MAX742提供電源，5V輸入MAX742，輸出+/-12V，其負(fù)載依次按順序?yàn)閭鞲衅?，放大檢波電路，積分比較電路(后級(jí)模擬電路)，LC去耦位于模擬電路的最末端。
本實(shí)用新型所用軟件是MPASM語言。
權(quán)利要求1.一種高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀，其特征在于測試儀的電路構(gòu)成為由PIC單片機(jī)聯(lián)接加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路、電源變換器、液晶顯示器和鍵盤控制電路構(gòu)成；電源變換電路還與加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路聯(lián)接，放大檢波電路兩端分別聯(lián)接加速度傳感電路和積分比較電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀，其特征在于所述的放大檢波電路構(gòu)成為由兩個(gè)二極管和兩個(gè)運(yùn)放組成，經(jīng)放大后的信號(hào)通過電阻耦合連接到運(yùn)放U2(MAX410)的2腳，同時(shí)運(yùn)放U2的輸入端2腳和輸出端6腳之間跨接一支檢波二極管D1(1N4148)，D1的正端接U2的2腳，U2的輸出端6腳再接一支檢波二極管D2(1N4148)，再經(jīng)過耦合電阻R8連接到運(yùn)放U3(MAX410)的輸入端2腳進(jìn)行緩沖推動(dòng)，由運(yùn)放U3輸出的信號(hào)完成放大和檢波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀，其特征在于積分比較電路構(gòu)成為經(jīng)過放大和檢波的運(yùn)動(dòng)量信號(hào)通過耦合電阻R11連接到運(yùn)放U4(MAX410)的輸入端2腳，信號(hào)經(jīng)過跨接于2腳和6腳之間的RC積分，由U4輸出端6腳輸出連接到比較器(MAX941)的2腳，與3腳的參考電壓進(jìn)行比較，比較器的參考電壓有連接到3腳的電位器R14來決定，經(jīng)積分器的信號(hào)再輸出連接到脈沖展寬器(CD4098)的5腳觸發(fā)端，脈沖連接到模擬開關(guān)CD4066的6腳，CD4066的8腳和9腳是一組模擬開關(guān)，分別連接在積分電容C2的兩端，來自U4輸出端6腳的翻轉(zhuǎn)脈沖觸發(fā)CD4066模擬開關(guān)，脈沖展寬產(chǎn)生的正脈沖經(jīng)過反相后由CD4098的7腳送到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種高原野戰(zhàn)作訓(xùn)體能消耗測試儀。其特征在于測試儀的電路構(gòu)成為由PIC單片機(jī)聯(lián)接加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路、電源變換器、液晶顯示器和鍵盤控制電路構(gòu)成；電源變換電路還與加速度傳感電路、放大檢波電路、積分比較電路聯(lián)接，放大檢波電路兩端分別聯(lián)接加速度傳感電路和積分比較電路。本實(shí)用新型能對(duì)士兵在野戰(zhàn)訓(xùn)練過程中的運(yùn)動(dòng)量及能耗進(jìn)行測量研究，在高原條件下研究士兵作訓(xùn)過程中的體能狀態(tài)具有很高的適用價(jià)值。本實(shí)用新型體積小，頻率響應(yīng)好，精度高，靈敏度高，工作可靠、耐振、耐沖擊、耐腐蝕、抗干擾力強(qiáng)等，可隨手?jǐn)y帶，特別適于部隊(duì)野外訓(xùn)練使用。也可用于體育訓(xùn)練中對(duì)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練測定運(yùn)動(dòng)量等。
文檔編號(hào)A61B5/00GK2643826SQ0325281
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者朱弋, 阮興云, 除志榮, 王榮軍, 王斌 申請(qǐng)人:朱弋