CN117204846A - 一种适用于老年人的穿戴智能手环及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于老年人的穿戴智能手环及其控制方法,包括主体、壳体和环带，所述主体安装在壳体上，所述壳体的两端连接环带，所述环带的一端连接有固定扣，另一端连接有导向环；所述主体包括显示电路板、锂电子电池和电路***；所述电路***包括依次连接的心率采集模块、运算放大模块、滤波模块和单片机***，所述单片机***并联连接有九轴陀螺仪模块、高度传感器模块、无线通信模块和屏幕显示模块。能够在老年人发生跌倒情况时，及时通知监护人，且能够在用户的提前允许下，给监护人报告准确的位置信息，便于及时开展救助措施。
Description
技术领域
本发明涉及智能穿戴设备技术领域，尤其是一种适用于老年人的穿戴智能手环及其控制方法。
背景技术
目前市场上适用于老年人的可穿戴智能手环较少，市场上现存的可穿戴手环功能复杂，许多功能没有专门针对老年人口的使用习惯进行设计，重点没有健康守护功能，老年人发生跌倒时无法及时通知监护人进行急救措施，也无法及时报告准确的位置信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于老年人的穿戴智能手环及其控制方法，能够在老年人发生跌倒情况时，及时通知监护人，且能够在用户的提前允许下，给监护人报告准确的位置信息，便于及时开展救助措施。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于老年人的穿戴智能手环，包括主体、壳体和环带，所述主体安装在壳体上，所述壳体的两端连接环带，所述环带的一端连接有固定扣，另一端连接有导向环；
所述主体包括显示电路板、锂电子电池和电路***；
所述电路***包括依次连接的心率采集模块、运算放大模块、滤波模块和单片机***，所述单片机***并联连接有九轴陀螺仪模块、高度传感器模块、无线通信模块和屏幕显示模块；
所述显示电路板包括屏幕显示模块，所述显示电路板与电路***连接，所述锂电子电池和电路***之间设置有电源转换模块。
所述壳体采用硅胶一体成型，所述壳体的侧面设置有接口，所述环带上还设置有固定孔，所述固定孔内设置有锁定环，所述锁定环与导向环相对应。
所述壳体上设置有容纳腔，所述容纳腔的两侧设置有凹槽，所述主体安装在容纳腔内，所述凹槽将主体的两端固定。
如图5至12所示，一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，包括以下步骤：
S1、心率采集模块采集原始PPG信号，所述心率采集模块包括发光二极管(LED)和光电传感器，采集心率时，发光二极管发出的光信号射入皮肤，光信号透过皮肤组织之后会被血液吸收一部分，同时，另一部分光信号被反射到光电传感器被检测到，由光电传感器转化为连续变化的电信号，在将电信号经过放大和滤波，再转化为离散数字信号，通过时域和频域计算分析，得到单位时间内血液对光信号的吸收率，从而计算出心率；
S2、运算放大模块将原始PPG信号进行放大，在保证对PPG信号的放大倍数同时，降低噪声，以保证原始PPG信号的基本特征，放大之后的PPG信号，通过运算放大模块的输出端传送至滤波模块的输入端；
S3、滤波模块去除放大PPG信号的噪音，然后经过滤波模块16的输出端传送至单片机***的AD信号采集引脚；
S4、单片机***内的AD转换器将模拟信号转为数字信号，AD转换器将滤波模块放大的PPG信号转化为连续数字信号；
S5、单片机***对数字信号进行解析和处理，同时运用时域和频率相结合的方法，设计对应的心率算法计算出当前用户心率指标，并传送至屏幕显示模块进行显示；
S6、九轴陀螺仪模块采集用户的姿态信号，传送至单片机***中，单片机***对九轴陀螺仪模块采集的姿态信号进行解析和处理，实时地计算出用户身体姿态结果，并传送至屏幕显示模块进行显示；
S7、高度传感器模块采集用户高度变化信号，传送至单片机***中，具体的，高度传感器模块由高精度气压传感器设计，检测用户在单位时间里由高度变化信号；
S8、单片机***对心率结果、身体姿态结果和相对高度变化进行融合处理，计算当前用户的是否发生跌倒情况，并排除其他干扰情况；
S9、无线通信模块将跌倒信号发送至监护人移动终端设备，具体的，无线通信模块使用窄带物联网(NB-IOT)进行通信，窄带物联网自身具备的低功耗、广覆盖优势，可以将跌倒信号发送至监护人移动终端设备。
步骤S3中，所述单片机***包括四个波长为525nm的LED灯作为光源，所述LED灯并联在一起，然后串联有三极管Q4，通过单片机***控制三极管Q4，从而控制LED灯的亮灭。
步骤S6中，所述九轴陀螺仪模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，使用三轴磁力数据进行数据校准，将采集到数据通过UART传输至单片机***中，计算单位时间用户身体姿态的结果。
步骤S6中，所述单片机***通过通用异步接收/发送装置(UART)与九轴陀螺仪模块进行相互连接，通用异步接收/发送装置(UART)是一种通用串行数据总线。
本发明的有益效果是：
1.通过对用户的心率、姿态和高度进行测量和计算分析，能够准确检测老年人是否发生跌倒情况，并在发生跌倒情况时，通过无线通信模块将跌倒信号和定位信息发送至监护人移动终端设备，保证了老年人在发生跌倒情况时可被监护人及时发现，以及得到老年人发生跌倒的具***置，便于及时开展救助措施，对意外发生跌倒的老年人的生命抢救具有重大意义；且本使用新型可随身佩戴，灵活度高，检测准确度高，同时操作简单，非常适合老年人使用。
2.通过发光二极管产生不同波长的光信号，光电传感器检测不同波段的光信号，心率采集模块可根据实际应用场景设计，将电信号经过放大、滤波，再转化为离散数字信号，通过时域和频域计算分析，得到单位时间内血液对光信号的吸收率从而计算出心率。
3.通过单片机***和九轴陀螺仪模块使用通用异步接收/发送装置(UART)，进行双向数据通信，实现全双工通信传输和接收，使得九轴陀螺仪模块采集到的用户状态信号可以及时由单片机***接收并处理计算，保证了用户身体姿态计算的实时性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为壳体的结构示意图；
图3为主体的结构示意图；
图4为电路***的连接示意图；
图5为本发明中控制方法的流程图；
图6为心率采集模块的电路连接示意图；
图7为运算放大模块的电路连接示意图；
图8为滤波模块的电路连接示意图；
图9为单片机***的电路连接示意图；
图10为九轴陀螺仪模块的电路连接示意图；
图11为高度传感器模块的电路连接示意图；
图12为无线通信模块的电路连接示意图；
图中所示：1-主体；2-壳体；3-接口；4-环带；5-固定扣；6-导向环；7-固定孔；8-锁定环；9-容纳腔；10-凹槽；11-显示电路板；12-锂电子电池；13-电路***；14-心率采集模块；15-运算放大模块；16-滤波模块；17-单片机***；18-九轴陀螺仪模块；19-高度传感器模块；20-无线通信模块；21-屏幕显示模块；22-电源转换模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至4所示，一种适用于老年人的穿戴智能手环，包括主体1、壳体2和环带4，所述主体1安装在壳体2上，所述壳体2的两端连接环带4，所述环带4的一端连接有固定扣5，另一端连接有导向环6；
所述主体1包括显示电路板11、锂电子电池12和电路***13；
所述电路***13包括依次连接的心率采集模块14、运算放大模块15、滤波模块16和单片机***17，所述单片机***17并联连接有九轴陀螺仪模块18、高度传感器模块19、无线通信模块20和屏幕显示模块21；
所述显示电路板11包括屏幕显示模块21，所述显示电路板11与电路***13连接，所述锂电子电池12和电路***13之间设置有电源转换模块22。
所述壳体2采用硅胶一体成型，所述壳体2的侧面设置有接口3，所述环带4上还设置有固定孔7，所述固定孔7内设置有锁定环8，所述锁定环8与导向环6相对应。
所述壳体2上设置有容纳腔9，所述容纳腔9的两侧设置有凹槽10，所述主体1安装在容纳腔9内，所述凹槽10将主体1的两端固定。
如图5至12所示，一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，包括以下步骤：
S1、心率采集模块14采集原始PPG信号，所述心率采集模块14包括发光二极管(LED)和光电传感器，采集心率时，发光二极管发出的光信号射入皮肤，光信号透过皮肤组织之后会被血液吸收一部分，同时，另一部分光信号被反射到光电传感器被检测到，由光电传感器转化为连续变化的电信号，在将电信号经过放大和滤波，再转化为离散数字信号，通过时域和频域计算分析，得到单位时间内血液对光信号的吸收率，从而计算出心率；
S2、运算放大模块15将原始PPG信号进行放大，在保证对PPG信号的放大倍数同时，降低噪声，以保证原始PPG信号的基本特征，放大之后的PPG信号，通过运算放大模块15的输出端传送至滤波模块16的输入端；
S3、滤波模块16去除放大PPG信号的噪音，然后经过滤波模块16的输出端传送至单片机***17的AD信号采集引脚；
S4、单片机***17内的AD转换器将模拟信号转为数字信号，AD转换器将滤波模块16放大的PPG信号转化为连续数字信号；
S5、单片机***17对数字信号进行解析和处理，同时运用时域和频率相结合的方法，设计对应的心率算法计算出当前用户心率指标，并传送至屏幕显示模块21进行显示；
S6、九轴陀螺仪模块18采集用户的姿态信号，传送至单片机***17中，单片机***17对九轴陀螺仪模块18采集的姿态信号进行解析和处理，实时地计算出用户身体姿态结果，并传送至屏幕显示模块21进行显示；
S7、高度传感器模块19采集用户高度变化信号，传送至单片机***17中，具体的，高度传感器模块19由高精度气压传感器设计，检测用户在单位时间里由高度变化信号；
S8、单片机***17对心率结果、身体姿态结果和相对高度变化进行融合处理，计算当前用户的是否发生跌倒情况，并排除其他干扰情况；
S9、无线通信模块20将跌倒信号发送至监护人移动终端设备，具体的，无线通信模块20使用窄带物联网(NB-IOT)进行通信，窄带物联网自身具备的低功耗、广覆盖优势，可以将跌倒信号发送至监护人移动终端设备。
步骤S3中，所述单片机***17包括四个波长为525nm的LED灯作为光源，所述LED灯并联在一起，然后串联有三极管Q4，通过单片机***17控制三极管Q4，从而控制LED灯的亮灭。
步骤S6中，所述九轴陀螺仪模块18包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，使用三轴磁力数据进行数据校准，将采集到数据通过UART传输至单片机***17中，计算单位时间用户身体姿态的结果。
步骤S6中，所述单片机***17通过通用异步接收/发送装置(UART)与九轴陀螺仪模块18进行相互连接，通用异步接收/发送装置(UART)是一种通用串行数据总线。
通过对用户的心率、姿态和高度进行测量和计算分析，能够准确检测老年人是否发生跌倒情况，并在发生跌倒情况时，通过无线通信模块将跌倒信号和定位信息发送至监护人移动终端设备，保证了老年人在发生跌倒情况时可被监护人及时发现，以及得到老年人发生跌倒的具***置，便于及时开展救助措施，对意外发生跌倒的老年人的生命抢救具有重大意义；且本使用新型可随身佩戴，灵活度高，检测准确度高，同时操作简单，非常适合老年人使用。
通过发光二极管产生不同波长的光信号，光电传感器检测不同波段的光信号，心率采集模块可根据实际应用场景设计，将电信号经过放大、滤波，再转化为离散数字信号，通过时域和频域计算分析，得到单位时间内血液对光信号的吸收率从而计算出心率。
通过单片机***17和九轴陀螺仪模块18使用通用异步接收/发送装置(UART)，进行双向数据通信，实现全双工通信传输和接收，使得九轴陀螺仪模块18采集到的用户状态信号可以及时由单片机***17接收并处理计算，保证了用户身体姿态计算的实时性。
单片机***17是通过串行***接口(SPI)与屏幕显示模块21进行相互连接，其中单片机***17内部有串行***接口(SPI)总线控制***，管理单片机与各种***设备以串行的方式进行通信以交换信息，本实施例中，单片机***17将需要显示的数据内容，通过SPI总线传输到屏幕显示模块21上显示。
高度传感器模块19采用了BMP390L高精度相对海拔气压传感器设计，高度传感器模块19是通过IIC串行通信总线与单片机最小***17连接进行数据通信。
所述无线通信模块20将跌倒信号发送至监护人移动终端设备，具体的，无线通信模块20使用窄带物联网(NB-IOT)进行通信，窄带物联网自身具备的低功耗、广覆盖优势，可以将跌倒信号发送至监护人移动终端设备，无线通信模块20采用塔石物联网E33V全网通BN-IOT模块，以及微空科技的M9三频四模GPS模块设计而成，移动终端设备不是唯一的，可以是移动手机、平板电脑等个人设备，也可以是云平台、大数据平台或者接入互联网的康养、医疗机构平台，移动终端设备可以实时查看用户是否发生跌倒。
在单片机***17经过***初始化之后，心率采集模块14、九轴陀螺仪模块18和高度传感器模块19分别采集心率信号、姿态信号、高度信号并传输到单片机***17进行解析和处理，在屏幕显示模块21上显示，同时单片机***17对心率数据、身体姿态数据、高度相对变化数据进行融合处理，计算当前用户的是否发生跌倒情况，并排除其他干扰情况，判断出是否发生了真实的跌倒，若发生了真实的跌倒，由无线通信模块20获取当前用户的位置信息，并将跌倒信号和位置信息发送到监护人移动终端设备。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护。
Claims (7)
1.一种适用于老年人的穿戴智能手环，包括主体(1)、壳体(2)和环带(4)，其特征在于：所述主体(1)安装在壳体(2)上，所述壳体(2)的两端连接环带(4)，所述环带(4)的一端连接有固定扣(5)，另一端连接有导向环(6)；
所述主体(1)包括显示电路板(11)、锂电子电池(12)和电路***(13)；
所述电路***(13)包括依次连接的心率采集模块(14)、运算放大模块(15)、滤波模块(16)和单片机***(17)，所述单片机***(17)并联连接有九轴陀螺仪模块(18)、高度传感器模块(19)、无线通信模块(20)和屏幕显示模块(21)；
所述显示电路板(11)包括屏幕显示模块(21)，所述显示电路板(11)与电路***(13)连接，所述锂电子电池(12)和电路***(13)之间设置有电源转换模块(22)。
2.如权利要求1所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环，其特征在于；所述壳体(2)采用硅胶一体成型，所述壳体(2)的侧面设置有接口(3)，所述环带(4)上还设置有固定孔(7)，所述固定孔(7)内设置有锁定环(8)，所述锁定环(8)与导向环(6)相对应。
3.如权利要求1所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环，其特征在于；所述壳体(2)上设置有容纳腔(9)，所述容纳腔(9)的两侧设置有凹槽(10)，所述主体(1)安装在容纳腔(9)内。
4.如权利要求1至3任意一项权利要求所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，其特征在于；包括以下步骤：
S1、心率采集模块(14)采集原始PPG信号，所述心率采集模块(14)包括发光二极管(LED)和光电传感器，采集心率时，发光二极管发出的光信号射入皮肤，光信号透过皮肤组织之后会被血液吸收一部分，同时，另一部分光信号被反射到光电传感器被检测到，由光电传感器转化为连续变化的电信号，在将电信号经过放大和滤波，再转化为离散数字信号，通过时域和频域计算分析，得到单位时间内血液对光信号的吸收率，从而计算出心率；
S2、运算放大模块(15)将原始PPG信号进行放大，在保证对PPG信号的放大倍数同时，降低噪声，以保证原始PPG信号的基本特征，放大之后的PPG信号，通过运算放大模块(15)的输出端传送至滤波模块(16)的输入端；
S3、滤波模块(16)去除放大PPG信号的噪音，然后经过滤波模块(16)的输出端传送至单片机***(17)的AD信号采集引脚；
S4、单片机***(17)内的AD转换器将模拟信号转为数字信号，AD转换器将滤波模块(16)放大的PPG信号转化为连续数字信号；
S5、单片机***(17)对数字信号进行解析和处理，同时运用时域和频率相结合的方法，设计对应的心率算法计算出当前用户心率指标，并传送至屏幕显示模块(21)进行显示；
S6、九轴陀螺仪模块(18)采集用户的姿态信号，传送至单片机***(17)中，单片机***(17)对九轴陀螺仪模块(18)采集的姿态信号进行解析和处理，实时地计算出用户身体姿态结果，并传送至屏幕显示模块(21)进行显示；
S7、高度传感器模块(19)采集用户高度变化信号，传送至单片机***(17)中，具体的，高度传感器模块(19)由高精度气压传感器设计，检测用户在单位时间里由高度变化信号；
S8、单片机***(17)对心率结果、身体姿态结果和相对高度变化进行融合处理，计算当前用户的是否发生跌倒情况，并排除其他干扰情况；
S9、无线通信模块(20)将跌倒信号发送至监护人移动终端设备，具体的，无线通信模块(20)使用窄带物联网(NB-IOT)进行通信，将跌倒信号发送至监护人移动终端设备。
5.如权利要求1所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，其特征在于；步骤S3中，所述单片机***(17)包括四个波长为525nm的LED灯作为光源，所述LED灯并联在一起，然后串联有三极管Q4，通过单片机***(17)控制三极管Q4，从而控制LED灯的亮灭。
6.如权利要求1所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，其特征在于；步骤S6中，所述九轴陀螺仪模块(18)包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，使用三轴磁力数据进行数据校准，将采集到数据通过UART传输至单片机***(17)中，计算单位时间用户身体姿态的结果。
7.如权利要求1所述的一种适用于老年人的穿戴智能手环的控制方法，其特征在于；步骤S6中，所述单片机***(17)通过通用异步接收/发送装置(UART)与九轴陀螺仪模块(18)进行相互连接，通用异步接收/发送装置(UART)是一种通用串行数据总线。
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