CN102512143A

CN102512143A - 一种组网式人体生理参数实时监测***

Info

Publication number: CN102512143A
Application number: CN2011104356740A
Authority: CN
Inventors: 谌玉红; 郑捷文; 张振波; 王天昊; 李晨明
Original assignee: Quartermaster Research Institute of General Logistics Department of CPLA
Current assignee: Quartermaster Research Institute of General Logistics Department of CPLA
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：它包括若干人体生理信息监测装置，每一人体生理信息监测装置采集一个测量个体的生理信息；若干人体生理信息监测装置与一舱内终端通信连接，组成一个监测小组；所有监测小组的舱内终端与一舱外终端通信连接，舱外终端再与一计算机设备通信连接，从而将所有人体生理信息监测装置采集的人体生理信息汇总至计算机设备；计算机设备预装有处理这些信息的功能软件。人体生理信息监测装置中的传感器单元集成在一弹性胸带和若干附带中，以便使用时固定在人体待监测部位。本发明一体化程度高，穿戴舒适方便，尤其适合长时间监测多人人体在真实作业或应激环境下的动态、连续的生理数据。

Description

一种组网式人体生理参数实时监测***

技术领域

本发明涉及一种人体生理参数监测***，特别是关于一种可以对多人人体热、冷应激生理参数进行同步监测的组网式人体生理参数实时监测***。

背景技术

未来高技术对人的能力和素质提出异乎寻常的要求，任务的复杂性与快速性使人体容易暴露于高原、戈壁、舱室、坑道等极热或极冷的恶劣环境中，面临严峻的热、冷应激等医学问题。如何保障人体在特殊作业环境下的身心健康，避免热、冷应激损伤，提高适应能力，是多年以来相关科研技术人员关注和研究的重要课题。

目前，对人体热、冷应激实验的研究一般采用多个分散、零散的生理采集设备，如多点温度记录仪、心率监测胸带、脑电图仪等，这种多设备分立工作的方式操作复杂，需要专业人士指导，且容易产生测量误差，实验数据统计工作量较大。也有研究人员将多个检测仪器集成，通过计算机检测和记录人体的多项生理参数，虽然这种方式的集成化和自动化程度有所提高，但它只是简单的设备集成，没有实现真正意义的穿戴检测一体化，因此仍然存在操作、使用不便，动态实时性差，以及作业效能易受干扰等缺点；且受试者在佩戴多种传感器的状态下，如繁琐的电极、传感器和电缆等装置，身心负荷较重，在一定程度上会影响测试结果的准确性和真实性。

另一方面，由于监测装置的集成化程度低，导致现有的大多数的实验研究都只是在仿真实验室，即人工气候室的模拟条件下进行，无法获得人体在真实作业或应激环境下的实时、动态、连续的生理数据，严重影响了人体热、冷应激监测和评估等技术研究的发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种一体化程度高，穿戴舒适，使用方便，且能够对多人动态数据进行同步监测的组网式人体生理参数实时监测***。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：它包括一个以上的人体生理信息监测装置；若干人体生理信息监测装置与一舱内终端通信连接，组成一监测小组；所有监测小组内的舱内终端与一舱外终端通信连接；舱外终端再与一计算机设备通信连接，进而将人体生理信息监测装置采集的信息汇总至计算机设备；计算机设备内设置对这些生理信息进行实时采集、显示、分析、存储和回放的功能软件。

上述人体生理信息监测装置包括一传感器单元、一生理信号处理单元、一微处理器单元、一按键单元、一显示单元、一通信单元；传感器单元将采集的表征人体生理参数的信号通过屏蔽导线传送给生理信号处理单元；生理信号处理单元对得到的信号进行调理，然后通过屏蔽导线传送给微处理器单元；微处理器单元通过屏蔽导线分别与按键单元、显示单元和通信单元连接；其中，按键单元包括若干功能按键，借助功能按键，通过微处理器对人体生理参数的报警临界值进行设定；微处理器单元将得到的信号传送给显示单元和通信单元；显示单元实时显示得到的信号波形以及相关参数值；通信单元则与监测小组内的舱内终端通信连接。

上述传感器单元包括一心电传感器、一呼吸传感器、一体动传感器和若干温度传感器；心电传感器为三个金属电极，呼吸传感器为可缠绕在胸部的屏蔽导线，体动传感器为三轴加速度芯片，温度传感器为铂电阻温度传感器；传感器单元集成在一弹性胸带和若干附带内，于使用时固定在人体待监测部位。

上述生理信号处理单元包括一心电信号调理电路、一呼吸信号调理电路和一温度信号调理电路；心电信号调理电路采用精密仪表放大器和高精度运算放大器构成放大和积分反馈电路，去除心电信号中的直流干扰；呼吸信号调理电路采用呼吸感应体积描计技术，将收到的呼吸信号转换为计算机设备能识别的人体呼吸参数；温度信号调理电路采用恒流源激励法，对收到的温度信号进行检测和校正。

上述人体生理信息监测装置内的通信单元为一具有以太网通信功能的模块，与所在监测小组内的舱内终端有线连接。

上述舱内终端包括一数据集中处理单元，数据集中处理单元为一工业宽温以太网交换机，其一部分通信接口与所在监测小组内的人体生理信息监测装置的通信单元有线连接，一个通信接口与舱外终端有线连接。

上述舱外终端包括一数据集中处理单元和一按键单元；数据集中处理单元由工业宽温以太网交换机和工业宽温WIFI路由器共同组成；工业宽温以太网交换机的一部分通信接口与各监测小组的舱内终端有线连接，工业宽温以太网交换机还另留两个通信接口，其中的一个通信接口连接至工业宽温WIFI路由器，另一个通信接口则连接至计算机设备的通信接口；相应地，按键单元包括一通信方式切换开关。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于配置舱内终端和舱外终端，采用组网方式将受试者分成多个监测小组，可以根据需要变换每组的受试者人数以及组数，因此具有灵活方便，扩展性能强的优点。2、本发明由于采用一种分布式监测方法，只用一台计算机终端就可以同时监测多个实验地点，同时开展多项实验，实时反应多人人体生理数据，使用效率高。3、本发明由于采用胸带和附带集成心电电极、呼吸传感器、体动传感器、及温度传感器等检测人体生理信息，无需粘贴繁琐的电极和导线，穿戴方便舒适无刺激性，可反复使用，且能有效确保传感器在实验中固定于指定的监测位置，可靠性强。本发明尤其适合长时间监测多人人体在真实作业或应激环境下的动态、连续的生理数据。

附图说明

图1是本发明组成示意图

图2是本发明人体生理信息监测装置组成示意图

图3是本发明通信连接示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一个以上的人体生理信息监测装置10，每一人体生理信息监测装置10负责采集一个测量个体的生理信息。若干人体生理信息监测装置10与一舱内终端20通信连接，组成一监测小组30；所有监测小组30的舱内终端20与一舱外终端40通信连接，舱外终端40再与一计算机设备50通信连接，进而将所有人体生理信息监测装置10采集到的信息汇总至计算机设备50；计算机设备50内设置有对这些生理信息进行实时采集、显示、分析、存储和回放的功能软件。

上述每一监测小组30内的人体生理信息监测装置10的个数和监测小组30的个数均可以根据测量个体总数进行变换，能够连续12小时同步监测最多16个小组共256个测量个体。每个人体生理信息监测装置10与舱内终端20之间，每个舱内终端20与舱外终端40之间，舱外终端40与计算机设备50之间的通信连接方式均可以是有线通信或无线通信。

在本实施例中，每个人体生理信息监测装置10与舱内终端20之间设置为有线通信，每个舱内终端20与舱外终端40之间设置为有线通信，而舱外终端40与计算机设备50之间设置为有线或无线可切换的通信方式。

如图2所示，每一人体生理信息监测装置10均包括一传感器单元11、一生理信号处理单元12、一微处理器单元13、一按键单元14、一显示单元15、一通信单元16和一供电单元。传感器单元11将采集的表征人体生理参数的信号通过屏蔽导线传送给生理信号处理单元12。生理信号处理单元12对得到的信号进行滤波，校正或转换等调理后，通过屏蔽导线再传送给微处理器单元13。微处理器单元13通过屏蔽导线分别与按键单元14、显示单元15和通信单元16连接。其中，按键单元14包括若干功能按键，借助功能按键，可以通过微处理器13对人体心率、呼吸和温度的报警临界值等参数进行设定。微处理器单元13将得到的信号传送给显示单元15和通信单元16。显示单元15实时显示得到的信号波形以及相关参数值。通信单元16可以为一具有以太网或RS-232/485/422串行口通信功能的模块，通过有线方式与监测小组30内的舱内终端20建立通信连接，将得到的人体生理信号传送给舱内终端20。供电单元则通过导线给人体生理信息监测装置10的各个单元提供工作电压(图中未示出)。

在本实施例中，传感器单元11包括一心电传感器111、一呼吸传感器112、若干温度传感器113以及一体动传感器114，分别采集人体的心率，呼吸，胸部、背部、上臂、大腿、小腿、脚底(或大脚趾)和环境等温度，以及如人体运动幅度的体动信息。心电传感器111为三个金属电极。呼吸传感器112为能够缠绕在胸部的屏蔽导线。温度传感器113为铂电阻温度传感器。体动传感器114可以为三轴加速度芯片。心电传感器111、呼吸传感器112、体动传感器114与采集胸部和背部温度的两温度传感器可以集成在一长度可调的弹性胸带中。其它人体部位的温度传感器则单独附着在各自的附带内，以便使用时快速固定在人体相应的监测位置。环境温度传感器的引线，则于使用时悬空放置在监测位置。上述胸带内的导线可以汇集在一多芯屏蔽导线中，借助如LEMO公司推拉连接插头的接插件与人体生理信息监测装置10中的生理信号处理单元12或微处理器单元13连接。

与传感器单元11中的心电传感器111、呼吸传感器112和温度传感器113对应，生理信号处理单元12包括一心电信号调理电路121、一呼吸信号调理电路122和一温度信号调理电路123。心电信号调理电路121采用精密仪表放大器和高精度运算放大器构成放大和积分反馈电路，将收到的心电信号中的直流干扰部分去除。呼吸信号调理电路122采用呼吸感应体积描计技术(RIP)，将收到的信号转换为计算机设备能识别的人体呼吸参数。温度信号调理电路123采用恒流源激励法，对收到的温度信号进行检测和校正。心电、呼吸和温度信号经过上述调理后，被传送给微处理器13。而体动传感器114采集的体动信号则是直接传送给微处理器13。

如图3所示，每一舱内终端20均包括一数据集中处理单元21和一供电单元。数据集中处理单元21可以为一工业宽温以太网交换机或RS-232/485/422串口服务器，其一部分通信接口作为数据输入端，与所在监测小组30内的人体生理信息监测装置10的通信单元15有线连接；另有一通信接口作为数据输出端，与舱外终端40有线连接，进而将从所在监测小组30的人体生理信息监测装置10获得的多人人体生理信息汇总后向舱外终端40传输。供电单元则通过导线给舱内终端20的各个单元提供工作电压(图中未示出)。

如图3所示，舱外终端40包括一数据集中处理单元41、一按键单元42和一供电单元。数据集中处理单元41由工业宽温以太网交换机和工业宽温WIFI路由器共同组成。工业宽温以太网交换机的一部分通信接口作为数据输入端，与各监测小组的舱内终端有线连接；此外，工业宽温以太网交换机还留有两个通信接口作为数据输出端，其中一个通信接口连接至工业宽温WIFI路由器，另一个通信接口则连接至计算机设备的通信接口，进而将从舱内终端20获得的多人人体生理信息汇总后，通过有线或无线的通信方式向计算机设备50传输，所述有线或无线通信方式的转换通过按键单元42中的通信方式切换开关实现：当拨向有线一侧，舱外终端40通过工业宽温以太网交换机与计算机设备50有线通信；当拨向无线一侧，舱外终端40通过工业宽温WIFI路由器与计算机设备50无线通信。

当舱外终端40中的供电单元采用交、直流可切换电源时，按键单元42中还包括一供电方式切换开关：当切换到交流电源供电时，供电单元将输入的交流电压转换为低电压输出，通过导线提供给舱外终端40的各个单元；当切换到直流电源供电时，供电单元则直接从计算机设备50的电池接口处获取直流电，通过导线提供给舱外终端40的各个单元。

上述实施例中，舱内终端20以及舱外终端40内还可以设置一散热单元。散热单元可以包括一直流风扇和一个机械开关，当舱内终端20或舱外终端40工作在如20℃以上环境时，可以手动开启风扇，进行散热。

上述实施例中，舱内终端20以及舱外终端40内还可以设置一电源指示单元。电源指示单元可以为一发光二极管，当舱内终端20或舱外终端40接通电源时，指示灯亮。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：它包括一个以上的人体生理信息监测装置；若干所述人体生理信息监测装置与一舱内终端通信连接，组成一监测小组；所有监测小组内的所述舱内终端与一舱外终端通信连接；所述舱外终端再与一计算机设备通信连接，进而将所述人体生理信息监测装置采集的信息汇总至所述计算机设备；所述计算机设备内设置对这些生理信息进行实时采集、显示、分析、存储和回放的功能软件。

2.如权利要求1所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述人体生理信息监测装置包括一传感器单元、一生理信号处理单元、一微处理器单元、一按键单元、一显示单元、一通信单元；所述传感器单元将采集的表征人体生理参数的信号通过屏蔽导线传送给所述生理信号处理单元；所述生理信号处理单元对得到的信号进行调理，然后通过屏蔽导线传送给所述微处理器单元；所述微处理器单元通过屏蔽导线分别与所述按键单元、所述显示单元和所述通信单元连接；其中，所述按键单元包括若干功能按键，借助所述功能按键，通过所述微处理器对人体生理参数的报警临界值进行设定；所述微处理器单元将得到的信号传送给所述显示单元和所述通信单元；所述显示单元实时显示得到的信号波形以及相关参数值；所述通信单元则与所述监测小组内的舱内终端通信连接。

3.如权利要求2所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述传感器单元包括一心电传感器、一呼吸传感器、一体动传感器和若干温度传感器；所述心电传感器为三个金属电极，所述呼吸传感器为可缠绕在胸部的屏蔽导线，所述体动传感器为三轴加速度芯片，所述温度传感器为铂电阻温度传感器；所述传感器单元集成在一弹性胸带和若干附带内，于使用时固定在人体待监测部位。

4.如权利要求3所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述生理信号处理单元包括一心电信号调理电路、一呼吸信号调理电路和一温度信号调理电路；所述心电信号调理电路采用精密仪表放大器和高精度运算放大器构成放大和积分反馈电路，去除心电信号中的直流干扰；所述呼吸信号调理电路采用呼吸感应体积描计技术，将收到的呼吸信号转换为所述计算机设备能识别的人体呼吸参数；所述温度信号调理电路采用恒流源激励法，对收到的温度信号进行检测和校正。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述人体生理信息监测装置内的通信单元为一具有以太网通信功能的模块，与所在监测小组内的舱内终端有线连接。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述舱内终端包括一数据集中处理单元，所述数据集中处理单元为一工业宽温以太网交换机，其一部分通信接口与所在监测小组内的人体生理信息监测装置的通信单元有线连接，一个通信接口与所述舱外终端有线连接。

7.如权利要求5所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述舱内终端均包括一数据集中处理单元，所述数据集中处理单元为一工业宽温以太网交换机，其一部分通信接口与所在监测小组内的人体生理信息监测装置的通信单元有线连接，一个通信接口与所述舱外终端有线连接。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述舱外终端包括一数据集中处理单元和一按键单元；所述数据集中处理单元由工业宽温以太网交换机和工业宽温WIFI路由器共同组成；所述工业宽温以太网交换机的一部分通信接口与各监测小组的所述舱内终端有线连接，所述工业宽温以太网交换机还另留两个通信接口，其中的一个通信接口连接至所述工业宽温WIFI路由器，另一个通信接口则连接至所述计算机设备的通信接口；相应地，按键单元包括一通信方式切换开关。

9.如权利要求5所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述舱外终端包括一数据集中处理单元和一按键单元；所述数据集中处理单元由工业宽温以太网交换机和工业宽温WIFI路由器共同组成；所述工业宽温以太网交换机的一部分通信接口与各监测小组的所述舱内终端有线连接，所述工业宽温以太网交换机还另留两个通信接口，其中的一个通信接口连接至所述工业宽温WIFI路由器，另一个通信接口则连接至所述计算机设备的通信接口；相应地，按键单元包括一通信方式切换开关。

10.如权利要求6所述的一种组网式人体生理参数实时监测***，其特征在于：所述舱外终端包括一数据集中处理单元和一按键单元；所述数据集中处理单元由工业宽温以太网交换机和工业宽温WIFI路由器共同组成；所述工业宽温以太网交换机的一部分通信接口与各监测小组的所述舱内终端有线连接，所述工业宽温以太网交换机还另留两个通信接口，其中的一个通信接口连接至所述工业宽温WIFI路由器，另一个通信接口则连接至所述计算机设备的通信接口；相应地，按键单元包括一通信方式切换开关。