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一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，采用監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的傳感器以及用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器對(duì)佩戴者的基本生命體征和佩戴者所處環(huán)境的多種參數(shù)進(jìn)行同時(shí)采集，然后傳輸給主控模塊，主控模塊再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊，藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊發(fā)送給手持機(jī)系統(tǒng)，手持機(jī)系統(tǒng)再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)人員的全面監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生命及環(huán)境【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，用于識(shí)別、感知高原高寒地區(qū)作業(yè)人員生命基本體征和所處環(huán)境典型參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在特殊勞動(dòng)環(huán)境中，尤其是在高原高寒地區(qū)，建立以單人機(jī)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的衛(wèi)勤保障信息鏈，對(duì)于實(shí)施掌控特殊作業(yè)環(huán)境情況、維護(hù)特殊作業(yè)人員生命健康具有重要價(jià)值和意義。通過(guò)電子信息傳感器，實(shí)現(xiàn)生命信息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和衛(wèi)勤伴隨保障，有針對(duì)性地做好應(yīng)急救援準(zhǔn)備，精確調(diào)整衛(wèi)勤力量與資源，全面提升衛(wèi)勤保障能力。
[0003]人體生命體征是機(jī)體內(nèi)在活動(dòng)的客觀反映，是判斷機(jī)體健康狀態(tài)的基本依據(jù)和指標(biāo)。正常人的生命體征互相間有內(nèi)在聯(lián)系，并且呈比例、相對(duì)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。當(dāng)機(jī)體受到傷害時(shí)，人體生命體征會(huì)首先出現(xiàn)不同程度的異常、發(fā)生變化。因此，監(jiān)測(cè)并及時(shí)正確地記錄生命體征，為臨床正確診斷、及時(shí)治療和護(hù)理提供資料和依據(jù)，意義非常重大。
[0004]開(kāi)展環(huán)境因素對(duì)人體危害評(píng)價(jià)及偵檢技術(shù)研究是環(huán)境醫(yī)學(xué)研究學(xué)科任務(wù)之一。特種作業(yè)的環(huán)境因素對(duì)于人體健康以及作業(yè)水平的影響已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和深入、持久的研究。
[0005]單人生命信息系統(tǒng)是衛(wèi)勤醫(yī)療信息系統(tǒng)的前端，也是遠(yuǎn)程醫(yī)療信息系統(tǒng)的前端。近年來(lái)，各種新理念、新原理、新結(jié)構(gòu)、新功能、新工藝的交叉融合，使得傳統(tǒng)特殊環(huán)境中特種作業(yè)人員作戰(zhàn)單元概念發(fā)生了質(zhì)的飛躍。特種作業(yè)人員系統(tǒng)中的生命信息支持模塊是特殊作業(yè)環(huán)境醫(yī)學(xué)工程中重要的研究?jī)?nèi)容，它與其它配套裝備一樣有助于提高各種復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中特種作業(yè)人員的指揮和控制能力、生存能力、持續(xù)作戰(zhàn)能力和機(jī)動(dòng)能力等。
[0006]目前，現(xiàn)有設(shè)備尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)人體生命參數(shù)和所處環(huán)境參數(shù)的同步監(jiān)測(cè)，對(duì)于作業(yè)人員，尤其是特種環(huán)境中從事危險(xiǎn)作業(yè)人員生命健康存在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)也不利于特種環(huán)境下的衛(wèi)勤管理工作。因此，有必要研發(fā)一種能夠同步、適時(shí)對(duì)人體基本生命體征及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的便攜式裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，以實(shí)現(xiàn)測(cè)出佩戴者的基本生命體征的同時(shí)，采集佩戴者所處環(huán)境的多種參數(shù)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，包括多個(gè)用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的傳感器，其特征在于，還包括:多個(gè)用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器、主控模塊、藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊及頭盔/安全帽；
[0009]傳感器、主控模塊以及藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊外置于頭盔/安全帽；
[0010]所述的用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的多個(gè)傳感器分別完成體表溫度、體表濕度、血氧飽和度、心率和脈搏的測(cè)量，得到人體生命基本特征數(shù)據(jù)；[0011]所述的用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的多個(gè)傳感器分別完成環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、氣壓、海拔、CO濃度和紫外線照射強(qiáng)度的測(cè)量，得到環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0012]所述的主控模塊分別與用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的多個(gè)傳感器、用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的多個(gè)傳感器連接，用于接收各個(gè)傳感器傳回的人體生命基本特征數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；其中，傳感器中的數(shù)字傳感器輸出與主控模塊I/o端連接，主控模塊直接進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，提取出所需要的信號(hào)，傳感器中的模擬傳感器輸出與主控模塊的A/D轉(zhuǎn)換端連接，主控模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析，然后提取出所需的信號(hào)；
[0013]所述主控模塊通過(guò)串口與藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊相連，主控模塊通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊將提取的所需信號(hào)發(fā)送給手持機(jī)系統(tǒng)，手持機(jī)系統(tǒng)再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)。
[0014]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]本實(shí)用新型嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，采用監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的傳感器以及用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器對(duì)佩戴者的基本生命體征和佩戴者所處環(huán)境的多種參數(shù)進(jìn)行同時(shí)采集，然后傳輸給主控模塊，主控模塊再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊，藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊發(fā)送給手持機(jī)系統(tǒng)，手持機(jī)系統(tǒng)再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)人員的全面監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置一種【具體實(shí)施方式】原理框圖；
[0017]圖2是圖1所示主控模塊一種【具體實(shí)施方式】電路圖；
[0018]圖3是圖1所示傳感器中濕度傳感器與主控模塊連接的一種【具體實(shí)施方式】電路圖；
[0019]圖4是圖1所示傳感器中溫度傳感器與主控模塊連接的一種【具體實(shí)施方式】電路圖；
[0020]圖5是圖1所示藍(lán)牙無(wú)線通訊原理示意圖；
[0021]圖6是圖1所示用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器與主控模塊連接一種【具體實(shí)施方式】原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本實(shí)用新型的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置可以歸納為主要的三個(gè)部分組成，I)傳感器，包括用于執(zhí)行多參數(shù)監(jiān)測(cè)任務(wù)的各個(gè)傳感器，主要由人體表面溫濕度、血氧和心率等生命參數(shù)監(jiān)測(cè)的傳感器和外部環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的傳感器組成，傳感器的主要功能是在主控模塊的控制下采集環(huán)境參數(shù)和人體生命參數(shù)。在本實(shí)施例中，傳感器包括數(shù)字傳感器201和模擬傳感器202，數(shù)字傳感器201輸出與主控模塊I的I/O端連接，主控模塊I直接進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，提取出所需要的信號(hào)，模擬傳感器202輸出與主控模塊I的A/D轉(zhuǎn)換端即AD 口連接，主控模塊I進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析，然后提取出所需的信號(hào)。在本實(shí)施例中，對(duì)于模擬傳感器202輸出還要進(jìn)行在調(diào)理電路3中進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，完成信號(hào)的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊I的A/D轉(zhuǎn)換端。2)主控模塊1，由單片機(jī)LPC936構(gòu)成的主控模塊I來(lái)匯總各個(gè)傳感器傳回的數(shù)據(jù)，數(shù)字傳感器201傳回的數(shù)字信號(hào)直接用I/O讀取，通過(guò)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，提取出所需要的信號(hào)，模擬傳感器202傳回的電信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。3)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4，主控模塊I通過(guò)串口 TX/RX與藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4相連，使主控模塊I具有無(wú)線收發(fā)功能。主控模塊I通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4將提取的所需信號(hào)發(fā)送給手持機(jī)系統(tǒng)5，手持機(jī)系統(tǒng)5再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)。電源6為各個(gè)部分提供電能。
[0024]在本實(shí)施例中，主控模塊I通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4接收手持機(jī)系統(tǒng)5所發(fā)出的命令，根據(jù)不同的命令獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過(guò)I/o模擬串口方式讀取血氧飽和度和心率測(cè)量模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)包，并從中提取代表血氧飽和度和心率的數(shù)據(jù)；初始化環(huán)境或人體參數(shù)測(cè)量傳感器，讀取溫度和濕度數(shù)據(jù)、紫外線照度、CO濃度和絕對(duì)大氣壓；將I/O 口電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以約定的協(xié)議通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4發(fā)送數(shù)據(jù)給手持機(jī)系統(tǒng)5。
[0025]在本實(shí)施例中，主控模塊I選用的是PHILIPS公司生產(chǎn)的LPC936單片機(jī)，單片機(jī)串口用于主控模塊I同藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4之間的數(shù)據(jù)傳輸。人體表面溫濕度、環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)均是由單片機(jī)經(jīng)串口發(fā)送至藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4，再由藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)；利用單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)模擬串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；10 口作為溫度傳感器DS18B20和溫濕度模塊AM2302的雙向數(shù)據(jù)接口 ；單片機(jī)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊中的3路，將CO濃度，紫外線照度和絕對(duì)大氣壓的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成微控制器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。
[0026]LPC936外部電路連接如圖2所示。測(cè)量體表溫濕度和環(huán)境溫濕度的DS18B20和AM2302分別與單片機(jī)的一個(gè)雙向I/O 口相連。藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊4與單片機(jī)的串口連接，可實(shí)現(xiàn)接收監(jiān)控平臺(tái)下發(fā)的命令，以及上傳體表溫濕度、環(huán)境溫濕度、血氧飽和度、心率、CO濃度、紫外線照度、絕對(duì)大氣壓等數(shù)據(jù)的功能。由于在本實(shí)施例中，采集環(huán)境參數(shù)和人體生命參數(shù)的傳感器是分離在兩塊電路板上的，通過(guò)P2接口飛線將供電電壓輸出到環(huán)境采集傳感器，并將環(huán)境采集傳感器產(chǎn)生的電壓和數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口和相應(yīng)的I/O接口。在本實(shí)施例中，選用AD00、AD01和ADO 2分別作為CO濃度、紫外線照度和絕對(duì)大氣壓模塊所產(chǎn)生的電壓信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換輸入口。
[0027]在本實(shí)施例中，電源模塊6選用9V鋰電池為系統(tǒng)供電。選用穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3和LM1117-5.0為單片機(jī)和藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊輸出準(zhǔn)確的電壓值。
[0028]在本實(shí)施例中，人體表面溫濕度測(cè)量使用濕度傳感器AM2302和溫度傳感器DS18B20。
[0029]在本實(shí)施例中，如圖3所示，單片機(jī)和濕度傳感器AM2302之間僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。傳感器的串行數(shù)據(jù)引腳直接與單片機(jī)的I/O 口相連，單片機(jī)與傳感器的連接線很短，采用5K的上拉電阻可以保證數(shù)據(jù)讀取的精度。
[0030]在本實(shí)施例中，如圖4所示，人體表面溫度測(cè)量使用溫度傳感器為DS18B20，采用外部電源法。I/o線上不需要加強(qiáng)上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來(lái)。
[0031]在本實(shí)施例中，血氧飽和度與心率測(cè)量傳感器采用NXSPO血氧模塊，同時(shí)該血氧模塊的供電電壓為3.3V，正常工作時(shí)的電流只有30mA，具有很低的功耗，非常適合用電池供電的便攜式設(shè)備。
[0032]在本實(shí)施例中，選用飛利浦耳夾血氧探頭P3325，為了適應(yīng)設(shè)計(jì)需求，去除原有設(shè)備接頭，按順序與本實(shí)用新型電路板設(shè)計(jì)規(guī)則連接。
[0033]在本實(shí)施例中，采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)主控模塊I與外部通訊設(shè)備即手持機(jī)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙通訊原理示意圖如圖5所示，在該模塊的設(shè)計(jì)中，藍(lán)牙協(xié)議棧中的協(xié)議由藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)作為藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊的主機(jī)使用，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理以及同藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊之間的通信，單片機(jī)的串口與藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊的串口相連接，本實(shí)用新型采用藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊為ZX-15M V2.13，以串行方式與單片機(jī)相連。
[0034]用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器構(gòu)成一個(gè)外部環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，集成了外部溫濕度傳感器(AM2302、DS18B20)、一氧化碳濃度(NAP-505)、紫外線照度(G5842)和絕對(duì)大氣壓(MPX4115A)測(cè)量模塊，其結(jié)構(gòu)原理如圖6所示，首先建立傳感器所需的測(cè)量環(huán)境電路，NAP-505需要建立起RE電極引腳和CE引腳之間的反饋回路，使CE引腳上的電壓保持WE引腳的恒定電位，才能保證傳感器的正常工作，MPX4115A要對(duì)傳感器提供5V的供電，搭建去耦網(wǎng)絡(luò)，保證輸出精度，根據(jù)不同的傳感器的輸出電信號(hào)不同，建立不同的信號(hào)調(diào)理電路，NAP-505和G5842輸出電流信號(hào)，而信號(hào)處理一般是電壓信號(hào),所以將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，放大合適的倍數(shù)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的測(cè)量，MPX4115A輸出電壓信號(hào)，而且其電壓輸出范圍明顯超出A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓，所以先對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行分壓，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0035]本實(shí)用新型的有益效果是，可以同步測(cè)試該實(shí)用新型使用者生命特征及所處作業(yè)環(huán)境參數(shù)，在現(xiàn)有裝備基礎(chǔ)上進(jìn)行的嵌入式設(shè)計(jì)不給使用者增加額外負(fù)擔(dān)，為切實(shí)保障特殊環(huán)境下作業(yè)人員的生命健康提供支持。
[0036]盡管上面對(duì)本實(shí)用新型說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，包括多個(gè)用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的傳感器，其特征在于，還包括:多個(gè)用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器、主控模塊、藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊及頭盔/安全帽； 傳感器、主控模塊以及藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊外置于頭盔/安全帽； 所述的用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的多個(gè)傳感器分別完成體表溫度、體表濕度、血氧飽和度、心率和脈搏的測(cè)量，得到人體生命基本特征數(shù)據(jù)； 所述的用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的多個(gè)傳感器分別完成環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、氣壓、海拔、CO濃度和紫外線照射強(qiáng)度的測(cè)量，得到環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)； 所述的主控模塊分別與用于監(jiān)測(cè)人體生命基本特征的多個(gè)傳感器、用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的多個(gè)傳感器連接，用于接收各個(gè)傳感器傳回的人體生命基本特征數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；其中，傳感器中的數(shù)字傳感器輸出與主控模塊I/o端連接，主控模塊直接進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，提取出所需要的信號(hào)，傳感器中的模擬傳感器輸出與主控模塊的A/d轉(zhuǎn)換端連接，主控模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析，然后提取出所需的信號(hào)； 所述主控模塊通過(guò)串口與藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊相連，主控模塊通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊將提取的所需信號(hào)發(fā)送給手持機(jī)系統(tǒng)，手持機(jī)系統(tǒng)再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，其特征在于，所述的模擬傳感器輸出在調(diào)理電路中進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，完成信號(hào)的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊的A/D轉(zhuǎn)換端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式生命體征與環(huán)境信息感知裝置，其特征在于，所述的模擬傳感器輸出在調(diào)理電路中進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，完成信號(hào)的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊的A/D轉(zhuǎn)換端。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK203724080SQ201320785458
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】周龍甫, 呼永河, 趙明, 張超群 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍成都軍區(qū)總醫(yī)院