心率监测/健身监测设备走向无线化

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。

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3. MAX1472低功耗RF发射器，基于OOK/ASK调制发射串口数据流。