CN103830885B - 基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置及方法，包括：生命体征信号采集模块，输入信号转换模块、处理器、数据存储模块、显示模块、输出信号转换模块、指令控制模块、信号输出模块和指令语音输出模块。生命体征信号采集模块采集的生物信号经过信号后，经过输入信号转换模块进入处理器；处理器与数据存储模块、显示模块连接；信号经过处理器提取后经过输出信号转换模块再经过指令控制模块，然后由信号输出模块输出至指令语音输出模块发出语音指令。本发明能为指导患者或健康人在保健锻炼方面提供即时生命体征数据，并即时进行动作强度和频率的调整。

Description

基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置及方法

技术领域

本发明属实验体育保健器械领域，具体涉及一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置及方法。

背景技术

心率和呼吸是人体基本生命体征，在体育运动与保健康复方面具有重要的监测价值。现有的监护设备是基于传感器的应用建立起来的。

在现代自动化设备中，各种传感器的广泛应用使得人们能够监视和控制设备工作的各种各类参数，并即时进行调整，其在体育保健领域的应用也十分广泛。

医疗机构应用较为广泛的有以下几种：1.心电监护仪，是通过显示屏连续观察监测心脏电活动情况的一种无创的监测方法，可以监测较长时间内心脏电活动。2.普通心电图机，观察描记心电图即时的心电活动情况，以上二者都需要静止卧床监测，准确度较高，仪器较大，适合住院使用。3.无线心电监护仪，是心电监测技术与移动计算技术相结合，可测量、监护及记录用户心电数据，具有便携、使用方便、结果精准等特点，可监测活动外出时的心电数据记录，可将数据存储或发送其他终端装置。

上述几种常见的心电监测装置，作为一种监测手段，不能根据数据结果即时指导使用者进行行为调整。体积小巧，便于携带，即时检测，及时反馈，具有良好的信息传输共享性能是生命体征检测未来发展的方向。

在疾病预防保健方面，康复保健与体育锻炼具有极其重要的作用，研究表明，恰当的功能锻炼能够调整人体代谢机能，改善心肺功能，提高身体协调性，改善血液循环，舒缓不良情绪反应，一定程度上提高人体的免疫力及减少发病次数。然而在实际上，个人的心肺功能与运动能力并不相同，锻炼的适宜强度与动作的正确规范问题一直缺乏有效客观的依据，因此，在日常活动中能够佩戴的心肺参数检测装置，能够为指导患者或健康人在保健锻炼方面提供即时心肺功能的数据，并根据采集的生命体征参数进行处理后，即时进行动作强度和频率的调整，在康复与体育保健方面具有较大的实用意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置，该装置基于检测心率与呼吸频率，根据获得的参数，调整控制动作指令发出的时间间隔，该装置能根据生命体征信号即时指导使用者进行行为调整，其体积小巧，便于携带，即时检测，及时反馈，具有良好的信息传输共享性能。

本发明要解决的技术问题之二是提供一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

在本发明的一方面，提供一种基于生命体征数据采集的便携式动作指令控制装置，包括：生命体征信号采集模块、输入信号转换模块、处理器、数据存储模块、显示模块、输出信号转换模块、指令控制模块、信号输出模块和指令语音输出模块；所述生命体征信号采集模块采集的生物信号后，经过输入信号转换模块进入处理器；处理器与数据存储模块、显示模块连接，该数据存储模块用于保存数据、该显示模块用于显示结果；信号经过处理器提取后经过输出信号转换模块再经过指令控制模块，然后由信号输出模块输出至指令语音输出模块发出语音指令。

作为优选的技术方案，所述生命体征信号采集模块包括心率(HR)信号采集模块、呼吸频率(RR)信号采集模块；所述心率信号采集模块采用声敏传感器，根据第一心音的频率变化设置敏感参数值，该声敏传感器置于心尖搏动处或心音最强处，即第五肋间隙锁骨中线外侧；所述呼吸频率信号采集模块采用压敏传感器，该压敏传感器置于环绕胸部的弹性固定带中，位于第五肋间腋中线部位。优选地，所述压敏传感器为电阻式压敏传感器。

作为优选的技术方案，所述装置还包括：信号前端处理模块、信号后端处理模块；该信号前端处理模块用于接收所述生命体征信号采集模块采集的生物信号并对其进行处理后传输至输入信号转换模块；该信号前端处理模块包括信号放大电路；该信号后端处理模块用于接收指令控制模块的信号并将该指令信号转换为无线信号后发射至信号输出模块。

作为优选的技术方案，所述处理器完成数据参数提取及数据传送，根据心率HR及呼吸频率RR数据进行分析，完成运动强度特征的提出和分级，根据结果发出信号至指令控制模块；同时在心跳节律出现变异（如心律不齐）时进行记录并发出提示指令。

作为优选的技术方案，所述数据存储模块可采用通用的MicroSD卡储存。所述显示模块可以为液晶显示屏，显示内容包括：显示屏幕采用通用的液晶显示屏，显示结果包括心率HR（单位：次/min）、呼吸频率RR（单位：次/min）、生命体征强度：高强度、中强度、普通强度、低强度。

作为优选的技术方案，所述指令控制模块为根据处理器传输的信号指令，调整预先设置的动作指令的语音频率和播放速度。

作为优选的技术方案，所述信号输出模块可以为有线耳机或无线蓝牙耳机。

在本发明的另一方面，提供一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制方法，包括如下步骤：

（1）通过呼吸频率信号采集模块采集呼吸频率信号，通过心率信号采集模块采集心率信号；

（2）上述信号转换为数字信号后进入处理器，根据心率及呼吸频率数据进行分析，完成运动强度特征的提取和分级，分析数据通过数据存储模块进行存储，并通过显示模块进行显示；

（3）信号经过处理器提取后根据结果发出信号至指令控制模块，调整预先设置的动作指令的语音频率和播放速度；

（4）然后指令信号由信号输出模块输出至指令语音输出模块发出语音指令。

作为优选的技术方案，步骤（2）中，所述根据心率及呼吸频率数据进行分析，完成运动强度特征的提取和分级具体为：建立生命体征等级信号与动作指令模式关系，根据计算结果处理：心率大于120次/min以上进入高强度模式，心率100次/min～120次/min进入中强度模式，心率70次/min～100次/min进入普通强度模式，心率70次/min～60次/min进入低强度模式，心率小于60次/min则给予警告标志模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明能根据生命体征信号即时指导使用者进行行为调整，其体积小巧，便于携带，即时检测，及时反馈，具有良好的信息传输共享性能。本发明应用在运动保健及体育锻炼方面的运动辅助器械，在日常活动中能够佩戴的心肺参数检测装置，能够为指导患者或健康人在保健锻炼方面提供即时心肺功能的数据，并根据采集的生命体征参数进行处理后，即时进行动作强度和频率的调整，在康复与体育保健方面具有较大的实用意义。

附图说明

图1是本发明装置的工作原理图。

图2是本发明装置硬件***的结构框架示意图。

图3是本发明主处理器的程序流程图。

图4是本发明装置使用状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

1.本发明装置的工作原理结构框架图见图1所示。其中包括：生命体征信息采集模块（主要是心率与呼吸频率的采集，呼吸频率的采集通过呼吸信号采集，然后获取胸廓扩张活动，进而得到呼吸频率；心率的采集通过心音信号采集，然后获取第一心音S1，进而得到心率）、生命体征信息的特征分析、数据存储与显示、运动模式强度的分级、动作指令频率的调整及有线及发现输出、动作指令的语音播报。基于生命体征信号定义的运动模式分级的特征、基于运动模式强度的动作指令频率的调整幅度。

2.本发明装置硬件***的结构框架见图2所示。从人体用声敏传感器采集心音信号，用压阻式传感器通过呼吸运动引起的胸廓扩周径变化采集呼吸信号，检测前端对信号进行前处理（采用信号前端处理模块，用于接收所述生命体征信号采集模块采集的生物信号并对其进行处理后传输至输入信号转换模块），包括信号放大和滤波处理，筛选出特定频率范围和幅度值的信号，经过转换器（即图2中的输入信号转换模块，即A/D转换模块）处理，将模拟信号变换为数字信号传送至处理器。处理器完成心率和呼吸频率的分析，生命体征信号的强度模式分级，并进行数据保存（图2中的数据存储模块）和显示（图2中的显示模块），并发出指令控制信号，通过输出信号转换模块（即D/A转换模块）将数字信号转换为模拟信号，然后通过指令控制模块进行动作指令的发出频率控制，指令通过信号无线输出模块完成或经过信号输出模块（即有线输出）完成，动作指令通过指令语音输出模块进行播报，可由普通蓝牙耳机完成。还可以包括信号后端处理模块，用于接收指令控制模块的信号并将该指令信号转换为无线信号后发射至信号输出模块。以上模块具体类型均不做限制。

3.处理器的工作过程见图3所示。包括：心率（HR）、呼吸频率（RR）的信息采集，HR采用声敏传感器监测第一心音S1特征获取心率信号；RR采用压敏传感器检测胸廓周径改变特征获取RR信号；获取生命体征强度等级信号；建立生命体征等级信号与动作指令模式关系；根据计算结果处理：心率大于120次/min以上进入高强度模式，心率100次/min～120次/min进入中强度模式，心率70次/min～100次/min进入普通强度模式，心率70次/min～60次/min进入低强度模式，心率小于60次/min则给予警告标志模式；然后进行动作指令语音频率及速度的调整。

4.心率(HR)信号采集模块采用声敏传感器，根据第一心音的频率变化设置敏感参数值。置于心尖搏动处或心音最强处，即第五肋间隙锁骨中线外侧。呼吸频率(RR)信号采集模块采用压阻式传感器（即压敏传感器），具体类型为电阻式。置于环绕胸部的弹性固定带中，位于第五肋间腋中线部位。具体的放大电路、工频陷波器和反馈电路以及连接方式不做具体限制。

5.数据存储模块采用常用的记忆存储MicroSD卡，具有体积小，容量大，数据传输快，支持热插拔，灵活性及通用性及安全性强。显示模块采用通用的液晶显示屏，显示结果包括心率HR（单位：次/min）、呼吸频率RR（单位：次/min）、生命体征强度：高强度（心率大于120次/min以上），中强度（心率100次/min～120次/min），普通强度（心率70次/min～100次/min），低强度（心率70次/min～60次/min），警告标志（心率小于60次/min）。

6.本发明装置佩戴使用结构见图4所示。装置佩戴时位于第五肋间（即心尖）水平，装置位于心尖搏动处，呼吸传感器（即压阻式传感器）位于第五肋间水平与腋中线处，此处胸廓随呼吸扩张运动变化较为明显。本发明装置采用水平固定带和纵向固定带两根固定带固定于人体上，在人体左锁骨中线处有一纵向固定带防止水平固定带滑脱。

Claims (8)

1.一种基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置，其特征在于，包括：生命体征信号采集模块、输入信号转换模块、处理器、数据存储模块、显示模块、输出信号转换模块、指令控制模块、信号输出模块和指令语音输出模块；所述生命体征信号采集模块采集的生物信号，经过输入信号转换模块进入处理器；处理器与数据存储模块、显示模块连接，该数据存储模块用于保存数据、该显示模块用于显示结果；信号经过处理器提取后经过输出信号转换模块再经过指令控制模块，然后由信号输出模块输出至指令语音输出模块发出语音指令；所述处理器完成数据参数提取及数据传送，对生命体征信号采集模块所采集到的心率及呼吸频率数据进行分析，完成运动强度特征的提取和分级，根据结果发出信号至指令控制模块；所述指令控制模块根据处理器传输的信号指令，调整预先设置的动作指令的语音频率和播放速度；所述完成运动强度特征的提取和分级具体为：建立生命体征等级信号与动作指令模式关系，根据计算结果处理：心率大于120次/min以上进入高强度模式，心率100次/min～120次/min进入中强度模式，心率70次/min～100次/min进入普通强度模式，心率70次/min～60次/min进入低强度模式，心率小于60次/min则给予警告标志模式。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生命体征信号采集模块包括心率信号采集模块、呼吸频率信号采集模块；所述心率信号采集模块采用声敏传感器，根据第一心音的频率变化设置敏感参数值，该声敏传感器置于心尖搏动处或心音最强处，即第五肋间隙锁骨中线外侧；所述呼吸频率信号采集模块采用压敏传感器，该压敏传感器置于环绕胸部的弹性固定带中，位于第五肋间腋中线部位。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压敏传感器为电阻式压敏传感器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：信号前端处理模块、信号后端处理模块；该信号前端处理模块用于接收所述生命体征信号采集模块采集的生物信号并对其进行处理后传输至输入信号转换模块；该信号前端处理模块包括信号放大电路；该信号后端处理模块用于接收指令控制模块的信号并将该指令信号转换为无线信号后发射至信号输出模块。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据存储模块采用MicroSD卡；所述显示模块采用液晶显示屏，显示内容包括：心率HR、呼吸频率RR、生命体征强度：高强度、中强度、普通强度、低强度。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号输出模块采用有线耳机或无线蓝牙耳机。

7.一种如权利要求1所述的基于生命体征信号的便携式动作指令控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过呼吸频率信号采集模块采集呼吸频率信号，通过心率信号采集模块采集心率信号；(2)上述信号转换为数字信号后进入处理器，根据心率及呼吸频率数据进行分析，完成运动强度特征的提取和分级，分析数据通过数据存储模块进行存储，并通过显示模块进行显示；(3)信号经过处理器提取后根据结果发出信号至指令控制模块，调整预先设置的动作指令的语音频率和播放速度；(4)然后指令信号由信号输出模块输出至指令语音输出模块发出语音指令。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述根据心率及呼吸频率数据进行分析，完成运动强度特征的提取和分级具体为：建立生命体征等级信号与动作指令模式关系，根据计算结果处理：心率大于120次/min以上进入高强度模式，心率100次/min～120次/min进入中强度模式，心率70次/min～100次/min进入普通强度模式，心率70次/min～60次/min进入低强度模式，心率小于60次/min则给予警告标志模式。