本發明屬于人體呼吸調節技術領域，具體的說，是涉及一種動態呼吸導引儀及其工作方法。

背景技術：

呼吸引導技術，顧名思義即是指對人體呼吸進行引導。目前，呼吸引導技術多應用于醫學治療和瑜伽鍛煉過程中，然而，現有技術中的呼吸引導技術基本上均是以一個固定的呼吸頻率對人體進行呼吸引導，如醫學治療中所采用的呼吸引導，即是以一個固定頻率引導患者呼吸，使患者呼吸逐漸平穩，以便于后續的治療；瑜伽鍛煉中所采用的呼吸引導，則是為了配合瑜伽鍛煉。另一方面，現有技術中，并沒有可適用于人們日常生活、用于引導輔助人體呼吸的方法或產品。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決現有技術所存在的問題，提供一種結構簡單、實現科學、方便的動態呼吸導引儀。

本發明申請中的名詞術語解釋：

完成人體呼吸的調節，是指完成人體呼吸趨近或相同于人體當前的健康呼吸頻率。

人體健康呼吸頻率，是指根據人體的生理特征所確定的正常呼吸頻率。

當前的呼吸頻率，是指在檢測時的人體呼吸頻率。

引導周期，是指某一時間段。

引導呼吸頻率，是指在引導呼吸期間，根據比對結果所制定的一個呼吸頻率，其介于當前呼吸頻率與人體健康呼吸頻率之間。不同的引導周期內，引導呼吸頻率不同，引導呼吸頻率趨近于人體健康呼吸頻率。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種動態呼吸導引儀，包括：導引儀主機、呼吸傳感機構和呼吸導引機構；所述呼吸傳感機構檢測人體呼吸數據并傳輸至所述導引儀主機，所述導引儀主機根據接收的數據得出引導策略并控制呼吸導引機構給出呼吸提示。

進一步的，所述導引儀主機包括主機外殼和設置在所述主機外殼內的主電路板；其中，所述主電路板包括：中央處理器，以及均與所述中央處理器連接的電源管理模塊、信號采集及反饋模塊、功率輸出模塊。

進一步的，所述信號采集及反饋模塊包括信號采集模塊和反饋模塊；其中，所述信號采集模塊包括門檻濾波電路、初級放大電路、采樣保持電路、A/D轉換電路；所述反饋模塊包括開關電路；所述功率輸出模塊包括寬頻響集成功率放大器。

信號采集模塊的工作原理如下：接收來自呼吸傳感器的模擬信號，進行基準波形判斷和濾波，再將真實信號送至初級放大電路進行初級放大，放大后信號能滿足后期信號處理要求，將放大后模擬信號經過采樣保持電路穩定后送至A/D轉換電路，實現模擬信號數值化轉變。

進一步的，所述導引儀主機還包括有同步計時控制器。

進一步的，所述主機外殼為可拆卸罩式結構：第一罩殼和第二罩殼，所述主電路板安裝固定在所述第一罩殼內，在所述第二罩殼內裝配有電池座。

進一步的，在所述主機外殼的外部還設置有液晶顯示屏和若干功能按鍵。

進一步的，所述呼吸傳感機構包括張力帶和壓電薄膜傳感器，所述壓電薄膜傳感器通過所述張力帶固定在人體的腹部；所述壓電薄膜傳感器的檢測信號反饋至所述導引儀主機。

進一步的，在所述張力帶上設置有可隨張力帶張緊程度變化而變化的擴張標識圖形，當達到設定壓力值時，所述擴張標識圖形顯示正常的圖形。

進一步的，所述呼吸導引機構為耳機，所述耳機與所述導引儀主機連接并受其控制；所述主電路板還包括音頻存儲模塊。

或者，所述呼吸導引機構為受所述導引儀主機控制可實現漸明和漸暗變化的發光源。

動態呼吸導引儀的工作方法，包括以下步驟：

(1)將壓電薄膜傳感器通過張力帶固定在人體腹部，調整張力帶的張緊程度，使其上的擴張標識圖形顯示正常的圖形；

(2)在一段時間內，壓電薄膜傳感器檢測人體呼吸時，其腹部起伏的壓力變化，并將檢測到的傳感器數據反饋至導引儀主機中的信號采集及反饋模塊；其中，一段時間是認為設定的一個值，時間范圍越大，則檢測的精度越高；

(3)信號采集及反饋模塊將接收到的傳感器數據傳送至導引儀主機中的中央處理器，中央處理器根據接收到的數據計算得出人體當前的呼吸頻率；

(4)中央處理器將人體當前的呼吸頻率與存儲的人體健康呼吸頻率進行對比，得到引導策略：引導周期和引導呼吸頻率；

(5)中央處理器控制音頻存儲模塊通過功率輸出模塊向耳機輸出音頻信號，開始引導呼吸訓練，同時，同步計時控制器開始計時；

(6)完成一個引導周期的引導呼吸訓練后，停止向耳機輸出音頻信號，同時，同步計時控制器停止計時；

(7)循環執行步驟(2)-(6)，直至完成人體呼吸的調節。

本發明申請的設計原理：中醫理論方面主要是要求人們加強呼吸運動的鍛煉，沒有進行個體的判斷和針對性精準指導，同時由于人們的天然惰性，無法主動堅持去完成這樣的吐納運動，也就無法達到健身強體的效果。因此，本發明申請通過對傳統醫學吐納運動的武術、健身實踐進行深入研究，發展防治結合的傳統觀念，變被動為主動，建立呼吸導引機制并結合實時檢測，實現呼吸頻率的動態調節，形成規律性的生命運動特質，達到調養預防的目的。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明實現了動態調節人體呼吸頻率的功能，其可以根據人體實際情況對其呼吸頻率進行階段式的漸變調節，避免一次性較大幅度的呼吸頻率調節帶來的不適和危險。另一方面，采用本發明使人們的惰性得以最大限度克服，加以定時的強制調節，將使個體形成適合自身身體實際的呼吸(吐納運動)規律，呼吸合理的規律形成后，對高血壓、心血管疾病、氣管炎、肺心病等老年性疾病有強烈的輔助療效，對各年齡段的人群均有良好的保健作用。

(2)本發明采用動態呼吸導引儀對人體的呼吸進行主動調節，不僅使用方便，而且效果顯著，與現有技術相比，具備創造性和很高的市場價值。

附圖說明

圖1為本發明的原理示意圖。

圖2為本發明中主電路板的系統框圖。

其中，附圖標記所對應的名稱如下：1-呼吸傳感機構，2-呼吸導引機構，3-導引儀主機，4-主電路板，5-電源管理模塊，6-信號采集及反饋模塊，7-中央處理器，8-音頻存儲模塊，9-功率輸出模塊，10-電池，11-壓電薄膜傳感器，12-耳機。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。

本文中術語“和/或”，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關系，表示可以存在三種關系，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，單獨存在B，同時存在A和B三種情況，本文中術語“/和”是描述另一種關聯對象關系，表示可以存在兩種關系，例如，A/和B，可以表示：單獨存在A，單獨存在A和B兩種情況，另外，本文中字符“/”，一般表示前后關聯對象是一種“或”關系。

實施例1

如圖1所示，本實施例提供了一種動態呼吸導引儀，該動態呼吸導引儀主要分為三個部分：導引儀主機、呼吸傳感機構和呼吸導引機構；其中，呼吸傳感機構負責采集人體的呼吸數據，并將呼吸數據反饋至導引儀主機；導引儀主機負責接收傳感器數據，并根據接收的傳感器數據計算得出人體當前的呼吸頻率(也稱檢測頻率)，然后將當前的呼吸頻率和存儲的健康呼吸頻率進行對比，得到引導策略；呼吸導引機構則受導引儀主機控制，根據引導策略對人體呼吸進行主動引導。采用動態呼吸導引儀對人體的呼吸進行主動的引導，并在引導調節的過程中，實時動態調節引導策略，從而將使個體形成適合自身身體實際的呼吸(吐納運動)規律，呼吸合理的規律形成后，對高血壓、心血管疾病、氣管炎、肺心病等老年性疾病有強烈的輔助療效，對各年齡段的人群均有良好的保健作用。

為了使得本領域技術人員對本實施例中各硬件結構有更清晰的了解和認識，下面對各部件進行詳細說明：

一、導引儀主機

導引儀主機是動態呼吸導引儀的核心技術之一，本實施例中導引儀主機主要包括主機外殼和主電路板兩部分。其中，主機外殼為可拆卸罩式結構：第一罩殼和第二罩殼，所述主電路板安裝固定在所述第一罩殼內，在所述第二罩殼內裝配有電池座，同時，設置有電池裝卸蓋板。在使用時，在電池座安裝對應型號的電池進行供電，電池選擇有多種，如：干電池、紐扣電池、充電電池等，本領域技術人員可以根據實際的情況進行選擇。

作為進一步的改進，本實施例在主機外殼的外部還設置有液晶顯示屏和若干功能按鍵，液晶顯示屏可以用于顯示若干信息，如：心率、脈搏、呼吸頻率、溫度數據、電量等，功能按鍵采用防水設計，功能按鍵對應若干功能模式、顯示模式或輸入功能等，功能按鍵的輸入直接作用于主電路板，并通過主電路板響應，此為現有成熟技術，故在此不再贅述。

本實施例中，主機外殼由適應的模具加工制成，為了保證其強度和耐用度，可以采用一體化注塑成型。

如圖2所示，主電路板是實現各種功能的實際處理單元，其主要負責數據的接收、處理，發出控制指令等。本實施例中，主電路板采用雙面覆銅板，為了降低功耗，大量采用貼片原件裝配。主電路板分為五個功能區域：電源管理區、信號采集及反饋區、中央處理區、音頻存儲區、功率輸出區，這五個功能區域分別對應電源管理模塊、信號采集及反饋模塊、中央處理器、音頻存儲模塊和功率輸出模塊，每個模塊對應實現的功能如下：

電源管理模塊主要控制電源的電壓和整機電源啟停，讀取面板啟停鍵操作，檢測電源電量程度，同時輸出至液晶顯示相應電量指示區域進行直觀電量或電池狀態顯示；電源管理模塊是電子設備中常見的模塊，本實施例中電源管理模塊可采用常見的電源管理芯片。

信號采集及反饋模塊，包含人機對話面板功能鍵讀取、傳感器信號讀取和模數變換處理，將綜合信號傳送至中央處理器；信號采集及反饋模塊由多個集成電路組成。分為門檻濾波電路、初級放大電路、采樣保持電路、A/D轉換電路聯合完成信號采集；反饋模塊是由開關電路組成，由中央處理器管腳輸出作為判據?？傮w工作過程為中央處理器對數字電信號進項對傳感器輸入的模擬量通過模數變換集成電路進行模數變換，轉化為數字信號，輸入中央處理器，對中央處理器判斷的雜波信號或無效信號經反饋電路向對話界面提出指引，指導外圍設備佩戴調整。

中央處理器，將模塊的各種狀態信號進行計算處理、讀取相應功能區數據和控制開放輸出，同時跟蹤采樣反饋信號，根據接收數據發出對應的輸出指令，以及對輸出指令進行調整。

音頻存儲模塊，用于存儲背景音樂、指令錄音和功能提示錄音等音頻信號，同時，執行中央處理器的讀取輸出。音頻存儲模塊：由紫外線擦除EPROM為主要存儲單元構成，用于存儲固化背景音樂和功能音頻。

功率輸出模塊，主要是向外設輸出音頻、指令和液晶顯示信號；功率輸出模塊：由寬頻響集成功率放大器組成，可驅動聲音和液晶顯示器。其主要是對所有與外為設備連接的元器件提供適當的輸出功率，便于顯示、操作和聲音控制，相當于輸出放大器。

由于人們的惰性原因，一般無法堅持按照某一特定頻率或要求進行長時間運動，虎頭蛇尾的現象普遍存在。為了進行這樣的強化訓練，要求使用個體都要按照設定的時間(引導周期)按照導引提示要求進行。故在本實施例中，導引儀主機還包括有同步計時控制器。同步計時控制器會在導引提示下開始計時，通過這樣的方式可完全消除虎頭蛇尾的練習現象，確保訓練時間和訓練效果。

二、呼吸傳感機構

呼吸傳感機構用于采集人體呼吸數據，由此計算出人體呼吸頻率，本實施例中，呼吸傳感機構包括張力帶和壓電薄膜傳感器；其中，壓電薄膜傳感器采用壓電模式工作，內置壓電膜，壓電薄膜傳感器采用雙芯純銅多股護套軟線固定連接。壓電薄膜傳感器通過信號線連接到導引儀主機，壓電薄膜傳感器通過張力帶固定在人體的腹部，人體腹部在呼吸時的起伏帶來壓力的變化，通過壓電薄膜傳感器檢測后，反饋至導引儀主機。

作為進一步的改進，本實施例在張力帶上設置有擴張標識圖形，該擴張標識圖形可隨張力帶張緊程度變化而變化，當達到設定壓力值時，所述擴張標識圖形顯示正常的圖形，具體的圖形樣式并不做特別限定，可以根據用戶喜歡進行選擇。其中，設定壓力值是指通過張力帶將壓電薄膜傳感器固定在人體腹部后，張力帶最適宜的張緊程度所對應的壓電薄膜傳感器采集到的壓力值。通過上述設置，一方面，便于控制佩戴壓力，可以使用戶在使用時，參照張力帶上的圖形快速地完成張力帶的佩戴，另一方面，張力帶上顯示正常的圖形時，為產品出廠調校后，張力帶張緊程度的最佳值，此時，可以最大限度地保證壓電薄膜傳感器的檢測靈敏度和準確度。本實施例中，張力帶采用可調節塑料快速接插進行佩戴，需要說明的是，本領域技術人員在了解本發明申請所披露的技術內容的基礎上，也可以選用其他佩戴方式，而這些佩戴方式應該等同于本實施例所披露的佩戴方式。

三、呼吸導引機構

呼吸導引機構為呼吸引導的執行部件，本實施例中，采用聲音信號進行呼吸的引導，具體的說，本實施例采用耳機作為呼吸導引機構，耳機插在導引儀主機上，由導引儀主機輸出音頻信號，并通過耳機傳遞至用戶耳中。進一步的，為了防止外界對調節提示的干擾，耳機采用耳內式(埋入式)耳機，并通過專有的傳統音樂作為背景音，加強了調節提示音的干凈度，對老年性耳聾也有良好效果。

動態呼吸導引儀的工作方法，包括以下步驟：

(1)將壓電薄膜傳感器通過張力帶固定在人體腹部，調整張力帶的張緊程度，使其上的擴張標識圖形顯示正常的圖形；

(2)在一段時間內，壓電薄膜傳感器檢測人體呼吸時，其腹部起伏的壓力變化，并將檢測到的傳感器數據反饋至導引儀主機中的信號采集及反饋模塊；其中，一段時間是認為設定的一個值，時間范圍越大，則檢測的精度越高；

(3)信號采集及反饋模塊將接收到的傳感器數據傳送至導引儀主機中的中央處理器，中央處理器根據接收到的數據計算得出人體當前的呼吸頻率；

(4)中央處理器將人體當前的呼吸頻率與存儲的人體健康呼吸頻率進行對比，得到引導策略：引導周期和引導呼吸頻率；

(5)中央處理器控制音頻存儲模塊通過功率輸出模塊向耳機輸出音頻信號，開始引導呼吸訓練，同時，同步計時控制器開始計時；

(6)完成一個引導周期的引導呼吸訓練后，停止向耳機輸出音頻信號，同時，同步計時控制器停止計時；

(7)循環執行步驟(2)-(6)，直至完成人體呼吸的調節。

上述方法與傳統的引導方式最大的不同點在于，在引導過程中，本發明申請采用的是動態引導，該動態引導是相對于目前常采用的一次性引導而言的，例如：現有的引導方式中，人體的正常呼吸頻率(健康呼吸頻率)為16分/次，人體的呼吸過緩，則設置引導時并不會檢測人體當前呼吸頻率，而直接以正常的16分/次進行呼吸引導，這樣的呼吸引導幅度大，極易造成人體的不適，與之不同的是，上述方法采用的是動態引導方式，其首先會檢測當前的呼吸頻率，然后根據當前的呼吸頻率，通過循循漸進的引導方式進行引導，每次以較小幅度的變化在一個周期(一個周期可以根據檢測的呼吸頻率和健康呼吸頻率對比結果進行設定，其可以是一天、三天、一周、兩周、一個月、二個月等)內進行引導，結束后，再根據檢測的呼吸頻率，重新制定相應的引導策略，由此，以多階段下幅度的引導方式對人體的呼吸進行引導，在不知不覺中即達到了呼吸調節的目的，減輕或避免了人體因呼吸節奏被打亂而帶來的不適感，例如：設人體的健康呼吸頻率為15分/次，檢測的呼吸頻率為10分/次，對比如下表(其中，A代表本發明申請所涉及的動態呼吸引導方法的呼吸引導頻率，B代表傳統的呼吸引導方法)的呼吸引導頻率：

由上表可知，本發明申請采用的是循循漸進的引導方式，每次引導的呼吸頻率變化幅度均不會與檢測的呼吸頻率存在較大差異，然后通過多個周期的漸進式引導，最終達到人體的健康呼吸頻率：15分/次，而傳統的引導則是直接以15分/次進行引導，根據實際試驗和應用效果可知，起收效欠佳。

實施例2

本實施例與實施例1的不同點在于，呼吸導引機構為受所述導引儀主機控制可實現漸明和漸暗變化的發光源。由此通過發光源漸明和漸暗的變化來引導人體的呼吸，其多應用于集中性的呼吸鍛煉中，使用的便捷性并不如采用聲音信號的引導方式。

本發明申請可應用于保健鍛煉、醫學治療、瑜伽活動及各項對需要呼吸調節的運動或治療領域。

按照上述實施例，便可很好地實現本發明。值得說明的是，基于上述設計原理的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本發明所公開的結構或方法基礎上做出的一些無實質性的改動或潤色，所采用的技術方案的實質仍然與本發明一樣，故其也應當在本發明的保護范圍內。