CN203724080U - 一种嵌入式生命体征与环境信息感知装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种嵌入式生命体征与环境信息感知装置，采用监测人体生命基本特征的传感器以及用于监测环境参数的传感器对佩戴者的基本生命体征和佩戴者所处环境的多种参数进行同时采集，然后传输给主控模块，主控模块再将这些数据发送给蓝牙无线通讯模块，蓝牙无线通讯模块发送给手持机***，手持机***再通过无线通信网络发送给监控平台，从而实现了对作业人员的全面监测。
Description
技术领域
本实用新型属于生命及环境技术领域，更为具体地讲，涉及一种嵌入式生命体征与环境信息感知装置，用于识别、感知高原高寒地区作业人员生命基本体征和所处环境典型参数。
背景技术
在特殊劳动环境中，尤其是在高原高寒地区，建立以单人机能监测***为基础的卫勤保障信息链，对于实施掌控特殊作业环境情况、维护特殊作业人员生命健康具有重要价值和意义。通过电子信息传感器，实现生命信息动态监测和卫勤伴随保障，有针对性地做好应急救援准备，精确调整卫勤力量与资源，全面提升卫勤保障能力。
人体生命体征是机体内在活动的客观反映，是判断机体健康状态的基本依据和指标。正常人的生命体征互相间有内在联系，并且呈比例、相对稳定在一定范围内。当机体受到伤害时，人体生命体征会首先出现不同程度的异常、发生变化。因此，监测并及时正确地记录生命体征，为临床正确诊断、及时治疗和护理提供资料和依据，意义非常重大。
开展环境因素对人体危害评价及侦检技术研究是环境医学研究学科任务之一。特种作业的环境因素对于人体健康以及作业水平的影响已经引起了广泛的关注和深入、持久的研究。
单人生命信息***是卫勤医疗信息***的前端，也是远程医疗信息***的前端。近年来，各种新理念、新原理、新结构、新功能、新工艺的交叉融合，使得传统特殊环境中特种作业人员作战单元概念发生了质的飞跃。特种作业人员***中的生命信息支持模块是特殊作业环境医学工程中重要的研究内容，它与其它配套装备一样有助于提高各种复杂作业环境中特种作业人员的指挥和控制能力、生存能力、持续作战能力和机动能力等。
目前，现有设备尚无法实现人体生命参数和所处环境参数的同步监测，对于作业人员，尤其是特种环境中从事危险作业人员生命健康存在风险。同时也不利于特种环境下的卫勤管理工作。因此，有必要研发一种能够同步、适时对人体基本生命体征及环境参数进行监测的便携式装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种嵌入式生命体征与环境信息感知装置，以实现测出佩戴者的基本生命体征的同时，采集佩戴者所处环境的多种参数。
为实现上述目的，本实用新型嵌入式生命体征与环境信息感知装置，包括多个用于监测人体生命基本特征的传感器，其特征在于，还包括：多个用于监测环境参数的传感器、主控模块、蓝牙无线通讯模块及头盔/安全帽；
传感器、主控模块以及蓝牙无线通讯模块外置于头盔/安全帽；
所述的用于监测人体生命基本特征的多个传感器分别完成体表温度、体表湿度、血氧饱和度、心率和脉搏的测量，得到人体生命基本特征数据；
所述的用于监测环境参数的多个传感器分别完成环境温度、环境湿度、气压、海拔、CO浓度和紫外线照射强度的测量，得到环境参数数据；
所述的主控模块分别与用于监测人体生命基本特征的多个传感器、用于监测环境参数的多个传感器连接，用于接收各个传感器传回的人体生命基本特征数据、环境参数数据；其中，传感器中的数字传感器输出与主控模块I/O端连接，主控模块直接进行数据解析，提取出所需要的信号，传感器中的模拟传感器输出与主控模块的A/D转换端连接，主控模块进行模数转换、数据分析，然后提取出所需的信号；
所述主控模块通过串口与蓝牙无线通讯模块相连，主控模块通过蓝牙无线通讯模块将提取的所需信号发送给手持机***，手持机***再通过无线通信网络发送给监控平台。
本实用新型的发明目的是这样实现的：
本实用新型嵌入式生命体征与环境信息感知装置，采用监测人体生命基本特征的传感器以及用于监测环境参数的传感器对佩戴者的基本生命体征和佩戴者所处环境的多种参数进行同时采集，然后传输给主控模块，主控模块再将这些数据发送给蓝牙无线通讯模块，蓝牙无线通讯模块发送给手持机***，手持机***再通过无线通信网络发送给监控平台，从而实现了对作业人员的全面监测。
附图说明
图1是本实用新型嵌入式生命体征与环境信息感知装置一种具体实施方式原理框图；
图2是图1所示主控模块一种具体实施方式电路图；
图3是图1所示传感器中湿度传感器与主控模块连接的一种具体实施方式电路图；
图4是图1所示传感器中温度传感器与主控模块连接的一种具体实施方式电路图；
图5是图1所示蓝牙无线通讯原理示意图；
图6是图1所示用于监测环境参数的传感器与主控模块连接一种具体实施方式原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示，本实用新型嵌入式生命体征与环境信息感知装置可以归纳为主要的三个部分组成，1）传感器，包括用于执行多参数监测任务的各个传感器，主要由人体表面温湿度、血氧和心率等生命参数监测的传感器和外部环境参数监测的传感器组成，传感器的主要功能是在主控模块的控制下采集环境参数和人体生命参数。在本实施例中，传感器包括数字传感器201和模拟传感器202，数字传感器201输出与主控模块1的I/O端连接，主控模块1直接进行数据解析，提取出所需要的信号，模拟传感器202输出与主控模块1的A/D转换端即AD口连接，主控模块1进行模数转换、数据分析，然后提取出所需的信号。在本实施例中，对于模拟传感器202输出还要进行在调理电路3中进行信号调理，完成信号的滤波放大的处理，再输出到主控模块1的A/D转换端。2）主控模块1，由单片机LPC936构成的主控模块1来汇总各个传感器传回的数据，数字传感器201传回的数字信号直接用I/O读取，通过程序进行数据解析，提取出所需要的信号，模拟传感器202传回的电信号通过A/D转换器转换成数字信号。3）蓝牙无线通讯模块4，主控模块1通过串口TX/RX与蓝牙无线通讯模块4相连，使主控模块1具有无线收发功能。主控模块1通过蓝牙无线通讯模块4将提取的所需信号发送给手持机***5，手持机***5再通过无线通信网络发送给监控平台。电源6为各个部分提供电能。
在本实施例中，主控模块1通过蓝牙无线通讯模块4接收手持机***5所发出的命令，根据不同的命令获取相应的数据。通过I/O模拟串口方式读取血氧饱和度和心率测量模块发送到数据包，并从中提取代表血氧饱和度和心率的数据；初始化环境或人体参数测量传感器，读取温度和湿度数据、紫外线照度、CO浓度和绝对大气压；将I/O口电压进行A/D转换，以约定的协议通过蓝牙无线通讯模块4发送数据给手持机***5。
在本实施例中，主控模块1选用的是PHILIPS公司生产的LPC936单片机，单片机串口用于主控模块1同蓝牙无线通讯模块4之间的数据传输。人体表面温湿度、环境温湿度等数据均是由单片机经串口发送至蓝牙无线通讯模块4，再由蓝牙无线通讯模块4发送至监控平台；利用单片机的定时器来模拟串口进行数据传输；IO口作为温度传感器DS18B20和温湿度模块AM2302的双向数据接口；单片机一个A/D转换模块中的3路，将CO浓度，紫外线照度和绝对大气压的电压信号转换成微控制器可识别的数字信号。
LPC936外部电路连接如图2所示。测量体表温湿度和环境温湿度的DS18B20和AM2302分别与单片机的一个双向I/O口相连。蓝牙无线通讯模块4与单片机的串口连接，可实现接收监控平台下发的命令，以及上传体表温湿度、环境温湿度、血氧饱和度、心率、CO浓度、紫外线照度、绝对大气压等数据的功能。由于在本实施例中，采集环境参数和人体生命参数的传感器是分离在两块电路板上的，通过P2接口飞线将供电电压输出到环境采集传感器，并将环境采集传感器产生的电压和数字信号输入到单片机的A/D转换接口和相应的I/O接口。在本实施例中，选用AD00、AD01和AD02分别作为CO浓度、紫外线照度和绝对大气压模块所产生的电压信号的A/D转换输入口。
在本实施例中，电源模块6选用9V锂电池为***供电。选用稳压芯片LM1117-3.3和LM1117-5.0为单片机和蓝牙无线通讯模块输出准确的电压值。
在本实施例中，人体表面温湿度测量使用湿度传感器AM2302和温度传感器DS18B20。
在本实施例中，如图3所示，单片机和湿度传感器AM2302之间仅需要一个端口引脚进行通讯。传感器的串行数据引脚直接与单片机的I/O口相连，单片机与传感器的连接线很短，采用5K的上拉电阻可以保证数据读取的精度。
在本实施例中，如图4所示，人体表面温度测量使用温度传感器为DS18B20，采用外部电源法。I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。
在本实施例中，血氧饱和度与心率测量传感器采用NXSPO血氧模块，同时该血氧模块的供电电压为3.3V，正常工作时的电流只有30mA，具有很低的功耗，非常适合用电池供电的便携式设备。
在本实施例中，选用飞利浦耳夹血氧探头P3325，为了适应设计需求，去除原有设备接头，按顺序与本实用新型电路板设计规则连接。
在本实施例中，采用蓝牙技术实现主控模块1与外部通讯设备即手持机***的无线数据传输。蓝牙通讯原理示意图如图5所示，在该模块的设计中，蓝牙协议栈中的协议由蓝牙无线通讯模块实现，单片机作为蓝牙无线通讯模块的主机使用，单片机实现数据采集、处理以及同蓝牙无线通讯模块之间的通信，单片机的串口与蓝牙无线通讯模块的串口相连接，本实用新型采用蓝牙无线通讯模块为ZX-15M V2.13，以串行方式与单片机相连。
用于监测环境参数的传感器构成一个外部环境参数监测模块，集成了外部温湿度传感器（AM2302、DS18B20）、一氧化碳浓度（NAP-505）、紫外线照度（G5842）和绝对大气压（MPX4115A）测量模块，其结构原理如图6所示，首先建立传感器所需的测量环境电路，NAP-505需要建立起RE电极引脚和CE引脚之间的反馈回路，使CE引脚上的电压保持WE引脚的恒定电位，才能保证传感器的正常工作，MPX4115A要对传感器提供5V的供电，搭建去耦网络，保证输出精度，根据不同的传感器的输出电信号不同，建立不同的信号调理电路，NAP-505和G5842输出电流信号，而信号处理一般是电压信号，所以将其转化成电压信号，放大合适的倍数后进行A/D转换实现对信号的测量，MPX4115A输出电压信号，而且其电压输出范围明显超出A/D转换的参考电压，所以先对输出电压信号进行分压，然后再进行A/D转换。
本实用新型的有益效果是，可以同步测试该实用新型使用者生命特征及所处作业环境参数，在现有装备基础上进行的嵌入式设计不给使用者增加额外负担，为切实保障特殊环境下作业人员的生命健康提供支持。
尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种嵌入式生命体征与环境信息感知装置，包括多个用于监测人体生命基本特征的传感器，其特征在于，还包括：多个用于监测环境参数的传感器、主控模块、蓝牙无线通讯模块及头盔/安全帽；
传感器、主控模块以及蓝牙无线通讯模块外置于头盔/安全帽；
所述的用于监测人体生命基本特征的多个传感器分别完成体表温度、体表湿度、血氧饱和度、心率和脉搏的测量，得到人体生命基本特征数据；
所述的用于监测环境参数的多个传感器分别完成环境温度、环境湿度、气压、海拔、CO浓度和紫外线照射强度的测量，得到环境参数数据；
所述的主控模块分别与用于监测人体生命基本特征的多个传感器、用于监测环境参数的多个传感器连接，用于接收各个传感器传回的人体生命基本特征数据、环境参数数据；其中，传感器中的数字传感器输出与主控模块I/O端连接，主控模块直接进行数据解析，提取出所需要的信号，传感器中的模拟传感器输出与主控模块的A/D转换端连接，主控模块进行模数转换、数据分析，然后提取出所需的信号；
所述主控模块通过串口与蓝牙无线通讯模块相连，主控模块通过蓝牙无线通讯模块将提取的所需信号发送给手持机***，手持机***再通过无线通信网络发送给监控平台。
2.根据权利要求1所述的嵌入式生命体征与环境信息感知装置，其特征在于，所述的模拟传感器输出在调理电路中进行信号调理，完成信号的滤波放大的处理，再输出到主控模块的A/D转换端。
3.根据权利要求1所述的嵌入式生命体征与环境信息感知装置，其特征在于，所述的模拟传感器输出在调理电路中进行信号调理，完成信号的滤波放大的处理，再输出到主控模块的A/D转换端。
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