CN204883189U - 一种腕表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种腕表，包括表体和腕带，其特点是所述表体内设有核心控制单元模块，与该核心控制单元模块单向电性连接的电源模块，以及与该核心控制单元模块双向连接的室内定位模块，室外定位跟踪模块，以及体征检测模块和辅助控制电路；所述室内定位模块为射频无线通信收发模块，其包括天线，与设置于室内的RFID读卡器通信连接的RFID标签，所述室外定位跟踪模块包括GPS定位模块和GSM通信模块；所述体征检测模块包括加速度传感器；所述辅助控制电路包括用于下载程序的接口电路及按键呼叫电路。其具有室内定位功能、室外定位追踪功能、门禁功能、摔倒检测功能和脉搏检测功能、以及一键呼叫功能和夜间查房功能。

Description

一种腕表

技术领域

本实用新型涉及一种腕表。

背景技术

基于人口老龄化与家庭空巢化的现象所带来的问题,2011年,国务院印发了《中国老龄事业发展“十二五”规划》和《社会养老服务体系建设规划(2011～2015年)》要求在未来五年加快社会化的老龄体系建设,大力发展居家与社区照料服务,加强对失能老人和高龄老人生活照料和各项服务,统筹发展机构养老服务。同时,人们自身对于社会化养老服务的需求也不断增加,因此,社会越来越重视养老问题,而养老院养老由于其专业化、人性化的服务满足了老年人的生活、精神和护理康复等许多方面的需求,受到了人们的青睐和热捧。越来越多的子女把家里的老人送到养老院去,希望老人们在养老院能够安享晚年。

但是将老人送进养老院并不意味着老人们就安全了,随着养老院基础设施的发展,养老院里一般都会配有花园、运动及休闲娱乐场所。这些设施虽然让老人生活的质量得以提高,使得老人的生活更加丰富了,但同时也带来了不少安全隐患。

根据调查发现,引起老人发生意外的因素有很多,而调查结果表明排名最靠前的几项事件如下所示：

1)老人摔倒:老人年纪大了,活动能力较弱,因而较容易出现摔倒这一情况,尤其在那些易滑倒的地方,比如厕所、浴室等。

2)忘记吃药:老人年纪大了,一般都患有各种老年病,而老年人记忆力衰退,往往记不清吃药的时间和用药的剂量,忘记吃药或没按时吃药给老人的病情带来安全隐患,不能为老人的身体健康提供保证。

3)迷路或走失:指的是一些记忆力衰退或患有健忘症的老人外出时可能会迷路或走失。

4)紧急事件:比如老人心脏病发作等其他异常情况。

当发生以上情况时,如果老人不愿意主动联系管理人员或者管理人员不能及时发现从而耽误了老人救助的时间,这样往往会造成令人遗憾和不可挽回的后果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种集室内定位功能、室外定位追踪功能、门禁功能、摔倒检测功能和脉搏检测功能、以及一键呼叫功能和夜间查房功能于一体的腕表。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种腕表，包括表体和腕带，其中所述表体内设有核心控制单元模块，与该核心控制单元模块单向电性连接的电源模块，以及与该核心控制单元模块双向连接的室内定位模块，室外定位跟踪模块，以及体征检测模块和辅助控制电路；所述室内定位模块为射频无线通信收发模块，其包括天线，与设置于室内的RFID读卡器通信连接的RFID标签，所述室外定位跟踪模块包括GPS定位模块和GSM通信模块；所述体征检测模块包括加速度传感器；所述辅助控制电路包括用于下载程序的接口电路及按键呼叫电路。

优选地，上述的一种腕表，其中所述核心控制单元模块、电源模块、GPS定位模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块均设置于第一电路板上，所述GSM通信模块和所述辅助控制电路设置于第二电路板上，所述第一电路板与所述第二电路板由电路板连接器DF12相连。

优选地，上述的一种腕表，其中所述核心控制单元模块包括与MSP430F149单片机芯片连接的时钟晶振电路、复位电路、模拟开关电路；所述MSP430F149单片机芯片供电电压范围为1.8V～3.6V，其具有60KB+256B闪存及2KB的RAM，采用64引脚QFP的封装形式，所述模拟开关电路包括两个独立的单片CMOS单刀单掷开关，其工作电压为1.8V～5.5V。

优选地，上述的一种腕表，其中所述RFID标签采用射频芯片nRF24L01+，其工作电压为1.9V～3.6V，工作频段为2.4～2.5GHzISM频段；所述天线为2.4GHz陶瓷贴片天线AN9520，其尺寸为9.5*2.1*1.0mm,中心频率为2400MHz,峰值增益为1.5dBi,带宽200MHz,功率3W,最大VSWR值为2.0,输入阻抗50欧姆。

优选地，上述的一种腕表，其中所述加速度传感器为ADXL345加速度传感器。

优选地，上述的一种腕表，其中所述电源模块采用3.7V锂电池，其容量为2200mah,峰值电流为2A，其外加滤波及退耦电容与所述GSM通信模块连接，其通过AME8827-3.3稳压模块与所述核心控制单元模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块及GPS定位模块连接。

优选地，上述的一种腕表，其中所述表体的长宽大小为3.5cm*3.5cm，其厚度小于1.5cm。

优选地，上述的一种腕表，其中所述RFID标签为有源RFID标签。

优选地，上述的一种腕表，其中所述体征检测模块还包括脉搏传感器。

优选地，上述的一种腕表，其中该腕表还包括时钟芯片显示模块。

较现有技术，本实用新型的有益效果主要体现在：该技术方案中腕表内携带了REID标签，其具有唯一标识符的ID号，其能通过后台数据库绑定老人与标签，通信过程依托标签号来识别，确保了老人信息安全，而且腕表通过自身携带的加速度传感器、脉搏传感器等实时的采集老人的数据，同时通过无线射频网络（室内环境）或者是经由移动通信网络（室外环境）将数据传输给读卡器或者监控计算机，从而实现数据采集。

具体地，当佩戴腕表的老人进入楼以后,只要通过或接近安装在院内的任何一个RFID读卡器,RFID读卡器即会感应到信号同时立即上传到对应监护室计算机上,计算机马上就可得到其具体信息(如:是谁,在哪个位置,具体时间,身体状况等),同时把这些信息显示在监护室的电脑显示屏上并做好备份。管理人员也可以根据电脑上的分布示意图点击养老院内某一位置,电脑即会把这一区域人员情况统计并显示出来。如果在规定时间内老人不在房间或走错房间,监护室发出警报,提示管理员进行相应的管理操作。当老人外出或距离养老院较远时,监护中心的管理人员就可以通过腕带上的GPS定位功能和GSM功能对老人进行实时监护,可以查看老人当前位置及状况。

腕带上装有功能传感器,在老人发生紧急情况时(如老人不小心摔倒)可以主动通知管理人员,管理人员会及时赶到帮助老人。同时,老人也能够主动发送求助信号给管理人员。另外,监控室的计算机会根据一段时间老人移动的信息整理出这一时期每个老人的各种活动记录。一旦养老院内发生紧急事故,管理人员可根据电脑中的老人分布信息马上查出事故地点的人员情况,从而确定人员位置,能够准确快速的解决事故。

附图说明

图1：本实用新型结构原理框图；

图2：本实用新型MSP430F149功能结构框图；

图3：本实用新型MSP430F149单片机原理图；

图4：本实用新型时钟电路原理图；

图5：本实用新型MSP430F149单片机复位电路；

图6：本用新型ADG821模拟开关功能框图；

图7：本用新型ADG821模拟开关引脚图；

图8：本实用新型8ADG821模拟开关电路原理图；

图9：本实用新型nRF24L01+射频通信电路原理图；

图10：本实用新型加速度传感器原理实现总体框图；

图11：本实用新型锂电池供电电路图。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，一种腕表，包括表体和腕带，其中所述表体内设有核心控制单元模块，与该核心控制单元模块单向电性连接的电源模块，以及与该核心控制单元模块双向连接的室内定位模块，室外定位跟踪模块，以及体征检测模块和辅助控制电路；所述室内定位模块为射频无线通信收发模块，其包括天线，与设置于室内的RFID读卡器通信连接的RFID标签，RFID标签优选为有源RFID标签，所述室外定位跟踪模块包括GPS定位模块和GSM通信模块；所述体征检测模块包括加速度传感器；所述辅助控制电路包括用于下载程序的接口电路及按键呼叫电路。

其中所述核心控制单元模块、电源模块、GPS定位模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块均设置于第一电路板上，所述GSM通信模块和所述辅助控制电路设置于第二电路板上，所述第一电路板与所述第二电路板由电路板连接器DF12相连。表体的长宽大小为3.5cm*3.5cm，其厚度小于1.5cm。

如图2所示，其中所述核心控制单元模块主要包括与MSP430F149单片机芯片连接的时钟晶振电路、复位电路、模拟开关电路以及一些电阻、电容等***器件；其适用于普遍的便携式设备，单片机芯片采用了16位RISC的精简指令集,指令周期很短,只有125ns,基本上所有的指令都能够在一个指令周内完成。该芯片具有以下特点:采用的供电电压很低,范围为1.8V到3.6V,芯片采用了超低功耗技术,具有5种低功耗的模式,在活动模式时,在电压2.2V且工作频率为1MHZ时的电流消耗仅为280uA,在标准模式时消耗的电流为1.6uA,待机模式时仅O.luA。在芯片有内部参考的12位A/D转换器,带有采样保持和自动扫描的特点。芯片具有两个16位的定时器,一个是带有3位捕获/比较寄存器A,另一个是带有7位捕获/比较阴影寄存器的定时器B。芯片上还具有片上比较器,无需外部编程电压就能进行串行在线编程,有保险溶丝能保护程序代码的安全。芯片有60KB+256B闪存及2KB的RAM。单片机的串行通信接口可以作为异步通用接口。

如图3所示，MSP430F149单片机除了上述所讲具有超低功耗等特点外,还有就是其管脚非常丰富而且兼容性比较好,驱动的能力比较强,同时还支持SPI通信,釆用SPI的形式使单片机与射频芯片和加速度传感器连接非常简单且通信方便。MSP430F149单片机采用64引脚QFP的封装形式。

如图4所示，时钟晶振电路主要是由低频晶体振荡器,高频品体振荡器,数字控制振荡器(DCO),锁频环(FLL)及FLL+等模块组成的，设计低频晶体振荡器时采用的是32.768kHz的贴片品振,让低频振荡器在默认情况下使其工作在32.768kHz。我们在32.768kHz品振外接两个容值为22pf的电容到单片机中,其对应的管脚为XIN和XOUT。在设计高频晶体振荡器时其时钟最高可到达8MHz,我们采用的也是8MHz的贴片晶振。同时,在8MHz晶振外接两个33pf的电容到单片机的XT2I和XT20。

如图5所示，MSP430F149单片机复位电路中采用的复位方式为上电复位。为了使上电后RST/NMI管脚保持高电平,我们通过在RST/NMI管脚接上一个100k的上拉电阻R1和一个O.luf的电容C2,电容的另一端接地。又因为MSP430F149单片机具有超低功耗的特点,在单片机***断电后立马上电,***中电容存储的电荷会来不及释放完全,使得***的电压不能达到复位电压以下导致上电复位失败。同时,在RST/NMI管脚也没有足够低的电平使单片机***复位。所以,我们在电阻两端增加了一个二极管1N4008。如果在单片机***断电后再上电的话,复位电容C2的电荷能够通过二极管快速放电,使得复位电路更加可靠。

在腕带式采集中终端电路中,由于老人在室内的时候,我们用射频无线的方式与读卡器通信,在室外的时候我们通过GPS定位模块和GSM模块与监护中心通信。因此,我们需要一个模拟开关来控制老人在室内以及室外时通信方式的切换。老人在室内的时候关闭GSM模块和GPS定位模块,在室外的时候打开GSM模块和GPS定位模块。通过模拟开关的作用,我们可以降低腕带式采集终端的功耗,延长电池的寿命。

如图6～图8所示，模拟开关电路中选择的模拟开关为ADI公司生产的ADG821。ADG821模拟开关是单片CMOS单刀单掷(SPST)开关。这种开关是基于先进的亚微米工艺设计的,具有低功耗,高开关速度,低导通电阻及低漏电流的特点[55]。ADG821模拟开关的工作电压为1.8V至5.5V电源供电,它可以用在理想电池供电的设备中。ADG821模拟开关包含两个独立的SPST开关,功能框图以及引脚图分别如图6、7所示，ADG821模拟开关引脚中S1、S2、D1、D2可以接输入和输出,IN1、IN2是输入控制管脚,且是低电平有效,即当IN1低电平有效时,S1和D1接通。当IN2低电平有效时,S2和D2接通。VDD接电路最高电位,GND为接地管脚。如图8所示，在电路中S1、S2接到3.3V电源上,VDD接锂电池3.7V电源上,D1连接到后面射频通信模块中的射频芯片nRF24L01+的电源管脚,D2连接到GPS定位模块中的GPS芯片的电源管脚。IN1、IN2分别连接到MSP430F149单片机的P4.2和P4.1管脚。通过控制这两个管脚的高低电平来开启或关闭射频芯片和GPS芯片的电源供应,实现室内和室外通信的切换,在室内的时候,将P4.2管脚置于低电平,S1和D1接通,射频芯片有电源供应,射频通信模块工作。同时将P4.1管脚置高电平,切断了GPS模块的电源供应,使其在室内时不工作。从而节省***的功耗。在室外时则相反。

如图9所示，其中所述RFID标签采用射频芯片nRF24L01+，其工作电压为1.9V～3.6V，工作频段为2.4～2.5GHzISM频段；所述天线为2.4GHz陶瓷贴片天线AN9520，其尺寸为9.5*2.1*1.0mm,中心频率为2400MHz,峰值增益为1.5dBi,带宽200MHz,功率3W,最大VSWR值为2.0,输入阻抗50欧姆。用nRF24L01+射频芯片实现无线收发其电路设计非常简单,只需要在芯片周围增加一些***器件。从图中可以看出,nRF24L01+采用3.3V供电,电容C13、C14是去耦合旁路电容,滤除电源噪声。参考电流IREF引脚通过22k电阻R4与地相连,DVDD是射频芯片内部数字电源引脚,通过外加一个33nf的电容C10连接到地,C10主要对内部的数字电源去耦。XC1和XC2引脚连接一个16M的贴片晶振,晶振和1个1M的电阻R4、2个22pf的电容C20、C21构成了射频芯片的时钟电路。

另外，天线在电路中主要用来发射和接收空气中的电磁波信号，天线的选择对射频模块通信距离及模块性能有着重要影响,我们采用选择的天线是RAINSUN公司的2.4GHZ陶瓷贴片天线AN9520,贴片天线AN9520实际尺寸为9.5*2.1*1.0mm,中心频率为2400MHz,峰值增益为1.5dBi,带宽200MHz,功率3W,最大VSWR值为2.0,输入阻抗50欧姆。

如图10所示，加速度传感器为ADXL345加速度传感器，ADXL345能够将摔倒的信息通过SPI通信方式传递给单片机。在室内的时候,单片机通过nRF24L01+收发模块将摔倒信息发送给读卡器,并在监护中心管理软件上显示出来。在室外的时候,单片机将数据信息打包给GSM模块,GSM模块通过GSM网络将信息传递给监护中心。

如图11所示，电源模块采用3.7V锂电池，其容量为2200mah,峰值电流为2A，其外加滤波及退耦电容与所述GSM通信模块连接，其通过AME8827-3.3稳压模块与所述核心控制单元模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块及GPS定位模块连接。

另外，体征检测模块还包括脉搏传感器，实现脉搏检测。而且，该腕表还包括时钟芯片显示模块，使老人在携带过程中可以做手表使用，同时也可以通过显示屏查看包括电量在内的腕表信息，提高了腕表的可用性，也让老人乐于携带。

通过以上描述可以看出，该腕表具有室内定位功能、室外定位追踪功能、门禁功能、摔倒检测功能和脉搏检测功能、以及一键呼叫功能和夜间查房功能。

室内定位功能主要是出于帮助养老院看护人员迅速找到特定老人在养老院中的位置而研发的。携带腕表的老人在布设读卡器的养老院范围内走动，被读卡器读到后，读卡器将定位数据通过无线数据采集终端发送到监控计算机，监控计算机对数据进行处理，确定老人所在的位置，在数据库中将其与老人信息绑定，同时将老人的位置通过图标的方式标注在指定楼层信息的平面图上。老人位置变动后其图标位置也会跟随变动，从而实现实时室内定位。

为了便于看护人员的使用，室内定位提供查找功能。在寻找某个老人的位置时，通过在管理软件平台输入老人姓名或编号便可快速定位要查找的老人所在位置，保证实时准确。为老人的安全提供保障，为工作人员的管理提供强有力的支撑。

室外定位追踪功能主要是为了防止老人在外出时迷路走失，方便养老院看护人员和老人子女查看老人位置研发的。老人携带的腕表内部集成了GPS定位模块，在老人走出养老院时，腕表工作模式由室内模式转换为室外模式，GPS模块被激活，定时的通过腕表中集成的GSM模块提供的GPRS数据传输功能将老人所在的经纬度信息发送回养老院。养老院中的监控计算机接收到定位数据，进行处理存储后，以图标的方式标注在地图上，实现室外定位功能。为了在多个外出老人中迅速找到特定老人的位置，室外定位也提供了依据老人姓名或者编号进行查询的功能，同时可以通过调取数据库中存储的老人的位置信息实现老人外出轨迹标记的功能。

门禁功能主要是利用腕表中集成的有源RFID所具有的远距离、非接触读取、多标签同时读取的特点，方便老人的出入。在通过一些重要的出入口，比如养老院中一栋楼的出入口的时候，老人携带的腕表中的有源RFID标签将会与布设在出口处的RFID读卡器进行通信，对老人信息进行识别后自动开关门。整个过程老人不用刷卡，也不许进行指纹、密码识别，实现了处理的自动化并提高了处理效率。同时每一次出入信息都会传到后台管理***，并在数据库中进行记录

对于老年人而言，由于自身机能的衰退以及各种疾病的困扰导致其在日常生活中容易摔倒，摔倒发生后就需要在第一时间紧急救护，不然就可能造成严重后果。针对这一事实，在看护管理中加入摔倒检测功能。在老人携带的腕表中加入加速度传感器模块，腕表中的核心控制模块单元定时采集加速度值，并按照检测算法对其进行处理判断，如果加速度值超过预定加速度阈值则判断为老人摔倒，并将此信息通过射频模块发送给监控计算机，监控计算机处理存储后，在室内监护界面上标注摔倒老人，并语音提示看护人员。这样看护人员可以在第一时间做出反应，实现救护的实时性。

通过在老人所携带的腕表中加入脉搏检测传感器模块，可以使院方实时的监控老人脉搏的变化，并将数据存储在数据库中。通过对过往数据的分析有利于院方及早的了解老人身体状况的变化趋势，从而对老人包括心血管疾病和慢性疾病在内的疾病进行及早的预防和诊治，保证老人的身体健康。

另外，由于在老人所携带的腕表中集成了GSM通信模块，利用其语音通话功能提供了一键呼叫的看护管理功能。老人在有需求或者遇到紧急情况下，不论在室内还是室外都可以直接与养老院服务平台联系，加强沟通，提高看护水平。

夜间查房功能主要帮助养老院实现夜间睡前对养老院所有老人是否在位进行自动检查。管理平台在固定时间通过布设在房间中的读卡器对老人位置进行检查，并与数据库中注册的房间位置进行比对，确认每一位老人是不是在自己的房间。通过此功能的设置，减轻了养老院护理人员的工作负担，提高了工作效率。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种腕表，包括表体和腕带，其特征在于：所述表体内设有核心控制单元模块，与该核心控制单元模块单向电性连接的电源模块，以及与该核心控制单元模块双向连接的室内定位模块，室外定位跟踪模块，以及体征检测模块和辅助控制电路；所述室内定位模块为射频无线通信收发模块，其包括天线，与设置于室内的RFID读卡器通信连接的RFID标签，所述室外定位跟踪模块包括GPS定位模块和GSM通信模块；所述体征检测模块包括加速度传感器；所述辅助控制电路包括用于下载程序的接口电路及按键呼叫电路。

2.权利要求1所述的一种腕表，其特征在于：所述核心控制单元模块、电源模块、GPS定位模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块均设置于第一电路板上，所述GSM通信模块和所述辅助控制电路设置于第二电路板上，所述第一电路板与所述第二电路板由电路板连接器DF12相连。

3.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述核心控制单元模块包括与MSP430F149单片机芯片连接的时钟晶振电路、复位电路、模拟开关电路；所述MSP430F149单片机芯片供电电压范围为1.8V～3.6V，其具有60KB+256B闪存及2KB的RAM，采用64引脚QFP的封装形式，所述模拟开关电路包括两个独立的单片CMOS单刀单掷开关，其工作电压为1.8V～5.5V。

4.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述RFID标签采用射频芯片nRF24L01+，其工作电压为1.9V～3.6V，工作频段为2.4～2.5GHzISM频段；所述天线为2.4GHz陶瓷贴片天线AN9520，其尺寸为9.5*2.1*1.0mm,中心频率为2400MHz,峰值增益为1.5dBi,带宽200MHz,功率3W,最大VSWR值为2.0,输入阻抗50欧姆。

5.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述加速度传感器为ADXL345加速度传感器。

6.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述电源模块采用3.7V锂电池，其容量为2200mah,峰值电流为2A，其外加滤波及退耦电容与所述GSM通信模块连接，其通过AME8827-3.3稳压模块与所述核心控制单元模块、体征检测模块、射频无线通信收发模块及GPS定位模块连接。

7.权利要求2所述的一种腕表，其特征在于：所述表体的长宽大小为3.5cm*3.5cm，其厚度小于1.5cm。

8.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述RFID标签为有源RFID标签。

9.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：所述体征检测模块还包括脉搏传感器。

10.权利要求1或2所述的一种腕表，其特征在于：该腕表还包括时钟芯片显示模块。