CN210431424U - 一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置。本发明包括电源组件、唤醒信号发射单元和数据转发单元。电源组件用于给唤醒信号发射单元和数据转发单元供电；唤醒信号发射单元每隔1毫秒向外发送频率为125KHz的唤醒信号，唤醒本装置周围的穿戴式医疗设备的通信模块；数据转发单元用于接收并转发穿戴式医疗设备发送的信号。本实用新型具有结构简单、开发成本低廉的特点，可以解决体征数据实时监控中布线成本和续航能力的矛盾，特别适合医院院区内患者体征数据监控的工作。

Description

一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置

技术领域

本实用新型属于电子及通信领域，具体涉及一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置。

背景技术

随着科技的发展，穿戴式医疗设备越来越多地应用在体征数据的获取上。在大型医疗机构中，需要对特定住院病人的体征进行监控，使用穿戴式医疗设备是一种可行的解决方案。

然而在实际应用中，使用穿戴式医疗设备采集体征数据需要解决若干重要的关键问题。首先是穿戴式设备的续航能力，穿戴式设备要求便携、体型微小、重量轻、穿戴舒适，这对设备的电池续航能力提出了挑战。用于体征采集的穿戴式医疗设备的功耗主要来自网络通信，占其总功耗的80％以上甚至更多。因此如何减少穿戴式医疗设备的数据通信功耗是一个关键问题。为了解决这一问题，目前通常采用数据批量上传的方式来减少通信的时间窗口。其次是穿戴式医疗设备对体征数据报警的实时性，由于危重病人的体征数据一旦出现异常，需要及时上报给住院部信息***并向医护人员预警，这就强调了体征数据的时效性，对定期批量上传的通信形式产生了挑战。

为了使病患在医院内部空间活动时，可以以较短的时间间隔上传体征数据，同时又具有较短的通信距离来减少通信产生的功耗，可以将穿戴式医疗设备的通信模块设计成类似RFID的标签，在一般情况下处于休眠状态，一旦接受到读卡器的唤醒信号，则向外发送体征数据，由读卡器接收该数据并传输给医院信息***。

在医院内部空间大量密集安装读卡器设备存在以下问题：1.如果采用线路供电需要埋设大量的管线，成本较高且更新部署的灵活性差。如果采用电池供电则读卡器也同样存在续航的问题。2.读卡器本身所需要的微处理器芯片、存储器和相应的软件会带来一些成本和功耗。

针对这些挑战，本实用新型提出了一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置来代替读卡器设备。与传统的RFID读卡器不同，这种中继装置使用远程无线充电装置进行供电，无需埋设线路，也不需要定期更换电池；同时这种中继装置具有定期唤醒附近RFID标签的功能并接收标签传输的数据，但该装置不使用微处理器对数据包进行处理，而只是简单地对逐个字节进行放大功率后转发。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置。

一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置包括电源组件、唤醒信号发射单元和数据转发单元。

电源组件用于给唤醒信号发射单元和数据转发单元供电；所述电源组件包括充电电池、MicroUSB接口、无线充电器AirVolt；所述充电电池的电压为5V，充电电池正极连接MicroUSB接口母头的VBUS引脚，充电电池负极连接MicroUSB接口母头的GND引脚；MicroUSB接口公头连接无线充电器AirVolt接收端，所述MicroUSB接口公头***MicroUSB接口母头；无线充电器AirVolt发射端***220V交流电源插口，发送低频无线信号至无线充电器AirVolt接收端，无线充电器AirVolt接收端将低频无线信号转换为电能，通过MicroUSB接口向充电电池供电。

唤醒信号发射单元每隔1毫秒向外发送频率为125KHz的唤醒信号，唤醒本装置周围的穿戴式医疗设备的通信模块；所述唤醒信号发射单元包括晶振芯片、分频器、D类功率放大器芯片、mos管、第三感应线圈L3、第四感应线圈L4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第一天线。

所述晶振芯片VSS端接地，clock端连接分频器的

引脚，分频器VSS端接地，分频器Q7引脚连接D类功率放大器芯片的DIN端，分频器Q14引脚连接mos管的G极，D类功率放大器芯片的MCK端和VSSL端接地，D类功率放大器芯片的OUTL端连接mos管的D极，mos管的S极连接第三感应线圈L3的一端，第三感应线圈L3的另一端连接第四感应线圈L4的一端和第五电容C5的一端，第四感应线圈L4的另一端连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端和第一天线，第七电容C7的另一端连接第八电容C8的一端和第一天线；第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端和第八电容C8的另一端接地。

数据转发单元用于接收并转发穿戴式医疗设备发送的信号；所述数据转发单元包括接收端射频收发芯片、发射端射频收发芯片、接收端天线匹配模块、发射端天线匹配模块；

所述接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的一端、感应线圈L6的一端和第十电容C10的一端连接接收端射频收发芯片的ANT1引脚；第十电容C10的另一端连接第二天线；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的一端、第十一电容C11的一端和感应线圈L6的另一端连接接收端射频收发芯片的VDD_PA引脚；接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的另一端和第九电容C9的一端连接接收端射频收发芯片的ANT2引脚；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的另一端、第十一电容C11的另一端、第九电容C9的另一端和接收端射频收发芯片的VSS引脚和VSS_PA引脚接地。

所述接收端射频收发芯片被设置为直接接收模式，PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，接收端射频收发芯片的DATA引脚连接到发射端射频收发芯片的DATA引脚；

所述发射端射频收发芯片被设置为直接发送模式，发射端射频收发芯片的PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，发射端射频收发芯片的ANT1引脚连接发射端天线匹配模块中的感应线圈L1的一端、感应线圈L2的一端、第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端连接第三天线；发射端射频收发芯片的VDD_PA引脚连接发射端天线匹配模块中的第四电容C4的一端、第三电容C3的一端和感应线圈L2的另一端；发射端射频收发芯片的ANT2引脚连接感应线圈L1的另一端和第一电容C1的一端；发射端射频收发芯片的VSS引脚、VSS_PA引脚和发射端天线匹配模块中的第四电容C4的另一端、第三电容C3的另一端和第一电容C1的另一端接地。

所述的射频收发芯的型号为NRF2401；所述的第一天线的型号为PREMO KGEA-BFCAM；第二天线和第三天线的型号为AC-Q24-40J；所述D类功率放大器芯片的型号为NJU8721；所述晶振芯片的型号为Si501；所述分频器的型号为CD4060；

本发明有益效果如下：

本发明装置利用已有的远程无线充电器AirVolt对传输中继装置供电，同时使用射频收发芯片直连的方式放大并转发穿戴式设备的体征数据信号，具有结构简单、开发成本低廉的特点，可以解决体征数据实时监控中布线成本和续航能力的矛盾，特别适合医院院区内患者体征数据监控的工作。

附图说明

图1为本发明装置的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明装置包括电源组件、唤醒信号发射单元和数据转发单元。

电源组件用于给唤醒信号发射单元和数据转发单元供电；电源组件包括充电电池、MicroUSB接口、无线充电器AirVolt；充电电池的电压为5V，充电电池正极连接MicroUSB接口母头的VBUS引脚，充电电池负极连接MicroUSB接口母头的GND引脚；MicroUSB接口公头连接无线充电器AirVolt接收端，MicroUSB接口公头***MicroUSB接口母头；无线充电器AirVolt发射端***220V交流电源插口，发送低频无线信号至无线充电器AirVolt接收端，无线充电器AirVolt接收端将低频无线信号转换为电能，通过MicroUSB接口向充电电池供电。

唤醒信号发射单元每隔1毫秒向外发送频率为125KHz的唤醒信号，唤醒本装置周围的穿戴式医疗设备的通信模块；唤醒信号发射单元包括晶振芯片、分频器、D类功率放大器芯片、mos管、第三感应线圈L3、第四感应线圈L4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第一天线。

晶振芯片VSS端接地，clock端连接分频器的

引脚，分频器VSS端接地，分频器Q7引脚连接D类功率放大器芯片的DIN端，分频器Q14引脚连接mos管的G极，D类功率放大器芯片的MCK端和VSSL端接地，D类功率放大器芯片的OUTL端连接mos管的D极，mos管的S极连接第三感应线圈L3的一端，第三感应线圈L3的另一端连接第四感应线圈L4的一端和第五电容C5的一端，第四感应线圈L4的另一端连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端和第一天线，第七电容C7的另一端连接第八电容C8的一端和第一天线；第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端和第八电容C8的另一端接地。

数据转发单元用于接收并转发穿戴式医疗设备发送的信号，由于接收和发送的信号完全一致，仅仅进行功率的放大，因此本发明去掉了传统收发装置的微处理器，让两个2.4GHz射频收发芯片NRF2401直连来完成信号的转发。数据转发单元包括接收端射频收发芯片、发射端射频收发芯片、接收端天线匹配模块、发射端天线匹配模块。

接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的一端、感应线圈L6的一端和第十电容C10的一端连接接收端射频收发芯片的ANT1引脚；第十电容C10的另一端连接第二天线；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的一端、第十一电容C11的一端和感应线圈L6的另一端连接接收端射频收发芯片的VDD_PA引脚；接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的另一端和第九电容C9的一端连接接收端射频收发芯片的ANT2引脚；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的另一端、第十一电容C11的另一端、第九电容C9的另一端和接收端射频收发芯片的VSS引脚和VSS_PA引脚接地。

接收端射频收发芯片被设置为直接接收模式，PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，该引脚提供125KHz的时钟信号。接收端射频收发芯片的DATA用来输出当前接收到并经过解调的数据，该引脚连接到发射端射频收发芯片的DATA引脚；

发射端射频收发芯片被设置为直接发送模式，它的DATA引脚用来输入要发送的数据。发射端射频收发芯片的PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，发射端射频收发芯片的ANT1引脚连接发射端天线匹配模块中的感应线圈L1的一端、感应线圈L2的一端、第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端连接第三天线；发射端射频收发芯片的VDD_PA引脚连接发射端天线匹配模块中的第四电容C4的一端、第三电容C3的一端和感应线圈L2的另一端；发射端射频收发芯片的ANT2引脚连接感应线圈L1的另一端和第一电容C1的一端；发射端射频收发芯片的VSS引脚、VSS_PA引脚和发射端天线匹配模块中的第四电容C4的另一端、第三电容C3的另一端和第一电容C1的另一端接地。

在发射端天线匹配模块中，通过改变L1和L2感应线圈的长度，可以调节2.4GHz天线AC-Q24-40J的发射功率。

射频收发芯的型号为NRF2401；第一天线的型号为PREMO KGEA-BFCAM；第二天线和第三天线的型号为AC-Q24-40J；D类功率放大器芯片的型号为NJU8721；晶振芯片的型号为Si501；分频器的型号为CD4060；

本发明工作过程如下：

1.AirVolt发射端连接220V交流电，向9-12米半径范围内的AirVolt接收端发送低频无线信号。

2.AirVolt接收端将来自AirVolt发射端的低频无线信号转化为电能，通过MicroUSB接口向充电电池充电。充电电池为传输中继装置的唤醒信号发射单元和数据转发单元供电。

3.唤醒信号发射单元的晶振芯片产生频率为16MHz的晶振，发送给分频器，CD4060通过分频，在Q7引脚产生频率为125KHz的信号发送给D类功率放大器芯片，经过放大后的信号通过OUTL引脚发送给mos管的D极。CD4060的Q14引脚产生1KHz的信号发送给mos管的G极。当G极为高电平时D极与S极连通，当G极为低电平时D极与S极断开，由于G极信号的频率为1KHz，因此每隔1毫秒D极的信号会被发送给天线匹配电路。天线匹配电路可以通过改变线圈L3和L4的长度来调节天线的发射功率，最后通过125KHz天线PREMO KGEA-BFCAM将信号发射出去。

4.当有病患经过本发明的传输中继装置附近时，病患身上的穿戴式医疗设备的通信模块接收到唤醒信号发射单元的唤醒信号后，将该病患的体征数据调制成频率为2.4GHz的无线信号发射。

5.数据转发单元的接收端天线匹配模块接收到穿戴式医疗设备发送的体征数据的无线信号后，发送给接收端射频收发芯片，接收端射频收发芯片将无线信号解调成数字信号后通过DATA引脚发送给发射端射频收发芯片。发射端射频收发芯片将数字信号调制并放大为无线信号，传输到发射端天线匹配模块，由发射端天线匹配模块发送。

Claims (7)

1.一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，该装置包括电源组件、唤醒信号发射单元和数据转发单元；

电源组件用于给唤醒信号发射单元和数据转发单元供电；所述电源组件包括充电电池、MicroUSB接口、无线充电器AirVolt；所述充电电池的电压为5V，充电电池正极连接MicroUSB接口母头的VBUS引脚，充电电池负极连接MicroUSB接口母头的GND引脚；MicroUSB接口公头连接无线充电器AirVolt接收端，所述MicroUSB接口公头***MicroUSB接口母头；无线充电器AirVolt发射端***220V交流电源插口，发送低频无线信号至无线充电器AirVolt接收端，无线充电器AirVolt接收端将低频无线信号转换为电能，通过MicroUSB接口向充电电池供电；

唤醒信号发射单元每隔1毫秒向外发送频率为125KHz的唤醒信号，唤醒本装置周围的穿戴式医疗设备的通信模块；所述唤醒信号发射单元包括晶振芯片、分频器、D类功率放大器芯片、mos管、第三感应线圈L3、第四感应线圈L4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第一天线；

所述晶振芯片VSS端接地，clock端连接分频器的

引脚，分频器VSS端接地，分频器Q7引脚连接D类功率放大器芯片的DIN端，分频器Q14引脚连接mos管的G极，D类功率放大器芯片的MCK端和VSSL端接地，D类功率放大器芯片的OUTL端连接mos管的D极，mos管的S极连接第三感应线圈L3的一端，第三感应线圈L3的另一端连接第四感应线圈L4的一端和第五电容C5的一端，第四感应线圈L4的另一端连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端和第一天线，第七电容C7的另一端连接第八电容C8的一端和第一天线；第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端和第八电容C8的另一端接地；

数据转发单元用于接收并转发穿戴式医疗设备发送的信号；所述数据转发单元包括接收端射频收发芯片、发射端射频收发芯片、接收端天线匹配模块、发射端天线匹配模块；

所述接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的一端、感应线圈L6的一端和第十电容C10的一端连接接收端射频收发芯片的ANT1引脚；第十电容C10的另一端连接第二天线；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的一端、第十一电容C11的一端和感应线圈L6的另一端连接接收端射频收发芯片的VDD_PA引脚；接收端天线匹配模块中的感应线圈L5的另一端和第九电容C9的一端连接接收端射频收发芯片的ANT2引脚；接收端天线匹配模块中的第十二电容C12的另一端、第十一电容C11的另一端、第九电容C9的另一端和接收端射频收发芯片的VSS引脚和VSS_PA引脚接地；

所述接收端射频收发芯片被设置为直接接收模式，PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，接收端射频收发芯片的DATA引脚连接到发射端射频收发芯片的DATA引脚；

所述发射端射频收发芯片被设置为直接发送模式，发射端射频收发芯片的PWR_UP引脚置高电平、CE引脚置高电平、CS引脚置低电平、时钟引脚CLK1连接唤醒信号发射模块中分频器的Q7引脚，发射端射频收发芯片的ANT1引脚连接发射端天线匹配模块中的感应线圈L1的一端、感应线圈L2的一端、第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端连接第三天线；发射端射频收发芯片的VDD_PA引脚连接发射端天线匹配模块中的第四电容C4的一端、第三电容C3的一端和感应线圈L2的另一端；发射端射频收发芯片的ANT2引脚连接感应线圈L1的另一端和第一电容C1的一端；发射端射频收发芯片的VSS引脚、VSS_PA引脚和发射端天线匹配模块中的第四电容C4的另一端、第三电容C3的另一端和第一电容C1的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，所述的射频收发芯的型号为NRF2401。

3.根据权利要求2所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，所述的第一天线的型号为PREMO KGEA-BFCAM。

4.根据权利要求3所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，第二天线和第三天线的型号为AC-Q24-40J。

5.根据权利要求4所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，所述D类功率放大器芯片的型号为NJU8721。

6.根据权利要求5所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，所述晶振芯片的型号为Si501。

7.根据权利要求6所述的一种穿戴式医疗设备体征数据的传输中继装置，其特征在于，所述分频器的型号为CD4060。

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