CN213155837U

CN213155837U - 可穿戴生理监测装置

Info

Publication number: CN213155837U
Application number: CN202021449490.0U
Authority: CN
Inventors: 王丽荣; 朱文亮; 马刚; 邱励燊; 杨余运
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2030-07-21

Abstract

本实用新型涉及一种可穿戴生理监测装置,包括采集模块和接收模块，所述采集模块置放在第一载体上，所述采集模块包括第一主控制器、第一射频收发线圈、生理信号采集芯片，所述生理信号采集芯片和所述第一射频收发线圈均与所述第一主控制器相连；所述接收模块置放在第二载体上，所述接收模块包括第二主控制器、第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块，所述第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块均与所述第二主控制器相连。本实用新型会使采集到的生理数据更加准确，提升装置的稳定性和准确性。

Description

可穿戴生理监测装置

技术领域

本实用新型涉及生理监测的技术领域，尤其是指一种可穿戴生理监测装置。

背景技术

随着传感器技术、信息采集处理技术的发展，生理监测产品越来越趋于小型化、便携化和智能化。近年来，国内外关于此类型的产品和研究呈爆发式增长，其中按监测方式划分，主要有穿戴式设备、便携式设备、台式设备等；按功能划分，有心电血压监测设备、除颤监测设备、睡眠监测设备、多参数监测设备等，各类产品的技术大都采用生理信息采集传感器来进行信息的采集，借助现在体积小、价格低的嵌入式作为主控制器来进行数据的处理，同时借助现有的数据传输技术来进行数据的传输，从而做到对生理信息的实时监测，采集的信息主要包括心电、血压、血氧饱和度、心率、呼吸和体温等。

现有穿戴技术中，主要设计思路总共分为两种：

第一种设计思路是使用一个生理信息采集传感器，通过导线连接至主控制器，配合主控制器通过AD模块采集生理数据。这样的设计不可避免地要使用导线，一般使用时，是将生理信息采集传感器贴在皮肤表层，主控制器部分放置在身体其他部位，针对主控制器放置的不同部位，有时候甚至需要很长的导线来完成设计，因此在日常使用中，会对使用造成不方便甚至不适。

第二种设计思路是将采集芯片、低功耗的主控制器和低功耗的无线传输模块整合起来设计成一块采集电路，然后设计另一块主控制器电路，由采集端采集到生理信号后，再通过无线传输技术将采集端采集到的生理信号发送至接收端。上述设计思路中，采集端的供电有两种方案，其一是通过导线连接至接收端进行供电，其二是给采集端加上电池，这样可以直接将其嵌入采集端。但是，连接导线供电的方案违背了使用无线设计的初衷，加入电池供电的方案，由于在采集端增加了无线传输模块和电池等，过多的模块使得采集端质量明显增大，因为采集端是放在皮肤表层的，质量越大，与皮肤表层摩擦越大，会不可避免地产生摩擦噪声，从而影响采集到的数据的准确性，因此对整个装置的稳定性和准确性造成了很大影响。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中采集端质量大、信号噪声大，且佩戴舒适感差的问题，从而提供一种采集端质量和信号噪声均小，且可提升佩戴舒适感的可穿戴生理监测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的一种可穿戴生理监测装置，包括采集模块和接收模块，所述采集模块置放在第一载体上，所述采集模块包括第一主控制器、第一射频收发线圈、生理信号采集芯片，所述生理信号采集芯片用于生理信号的采集，所述第一射频收发线圈用于将采集的信号发射出去，同时对所述采集模块供电，所述生理信号采集芯片和所述第一射频收发线圈均与所述第一主控制器相连；所述接收模块置放在第二载体上，所述接收模块包括第二主控制器、第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块，所述第二射频收发线圈用于接收所述第一射频收发线圈发射的信号，同时给所述采集模块供电，所述无线传输模块用于传输接收的信号，所述存储模块用于存储生理数据，所述开关及 LED电路用于显示工作的状态，所述电池电源管理模块用于为整个装置提供电源，所述第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块均与所述第二主控制器相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二射频收发线圈所在的位置正对所述第一射频收发线圈所在的位置。

在本实用新型的一个实施例中，所述接收模块还包括反馈马达，所述反馈马达与所述第二主控制器相连，所述反馈马达用来提供开机、电量过低以及生理信号过阈值的反馈提醒。

在本实用新型的一个实施例中，所述电池电源管理模块包括电池、可充电电路以及稳压电路。

在本实用新型的一个实施例中，所述无线传输模块通过无线方式与电脑或者手机相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一载体是人体表面；所述第二载体是外层衣物。

在本实用新型的一个实施例中，所述采集模块粘贴在人体表面；所述接收模块粘接或卡扣在外层衣物上。

在本实用新型的一个实施例中，所述采集模块和所述接收模块呈可拆卸式连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述接收模块上设有USB协议通信接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述生理信号采集芯片包括：通过SPI 采集心电信号的ADS1294R、通过IIC采集温度信号的ADS1110A0IDBVR、以及通过IIC采集呼吸信号的FDC2114。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的可穿戴生理监测装置，利用短距离无线射频技术，通过接收端的无线射频线圈将电能无线传输至采集端，由此来给采集端供电，同时，通过射频通信技术进行采集端到接收端的数据传输，不但能够降低采集端质量，从而减小运动状态下产生的信号噪声，也利于提升使用者的佩戴舒适感。另外，在采集端上无电池设计和取消无线传输模块，减轻了装置采集端的质量，减少由于身体摩擦带来的噪声，会使采集到的生理数据更加准确，提升装置的稳定性和准确性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型可穿戴生理监测装置的示意图；

图2是本实用新型可穿戴生理监测装置使用时的示意图；

图3是本实用新型生理信号采集芯片的电路图。

说明书附图标记说明：10-采集模块，11-第一主控制器，12-第一射频收发线圈，13-生理信号采集芯片，20-接收模块，21-第二主控制器，22- 第二射频收发线圈，23-无线传输模块，24-存储模块，25-开关及LED电路，26-电池电源管理模块，27-反馈马达。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例提供一种可穿戴生理监测装置，包括采集模块10和接收模块20，所述采集模块10置放在第一载体上，所述采集模块10包括第一主控制器11、第一射频收发线圈12、生理信号采集芯片13，所述生理信号采集芯片13用于生理信号的采集，所述第一射频收发线圈12 用于将采集的信号发射出去，同时对所述采集模块10供电，所述生理信号采集芯片13和所述第一射频收发线圈12均与所述第一主控制器11相连；所述接收模块20置放在第二载体上，所述接收模块20包括第二主控制器 21、第二射频收发线圈22、无线传输模块23、存储模块24、开关及LED电路25以及电池电源管理模块26，所述第二射频收发线圈22用于接收所述第一射频收发线圈12发射的信号，同时给所述采集模块10供电，所述无线传输模块23用于传输接收的信号，所述存储模块24用于存储生理数据，所述开关及LED电路25用于控制整个设备以及显示工作的状态，所述电池电源管理模块26用于为整个装置提供电源，所述第二射频收发线圈22、无线传输模块23、存储模块24、开关及LED电路25以及电池电源管理模块26 均与所述第二主控制器21相连。

本实施例所述可穿戴生理监测装置，包括采集模块10和接收模块20，所述采集模块10置放在第一载体上，作为采集端，所述采集模块10包括第一主控制器11、第一射频收发线圈12、生理信号采集芯片13，所述生理信号采集芯片13用于生理信号的采集，所述第一射频收发线圈12用于将采集的信号发射出去，同时通过与第二射频收发线圈22产生的电磁感应实现对所述采集模块10供电，所述生理信号采集芯片13和所述第一射频收发线圈 12均与所述第一主控制器11相连，由于所述采集模块10中并不涉及电池和无线传输模块，因此减轻了装置采集端的质量，减少由于身体摩擦带来的噪声，会使采集到的生理数据更加准确，提升装置的稳定性和准确性。

所述接收模块20置放在第二载体上，作为接收端，所述接收模块20包括第二主控制器21、第二射频收发线圈22、无线传输模块23、存储模块24、开关及LED电路25以及电池电源管理模块26，所述第二射频收发线圈22 用于接收所述第一射频收发线圈12发射的信号，同时通过与第一射频收发线圈12产生的电磁感应实现给所述采集模块10供电，由于第二射频收发线圈22可以将电能无线传输至所述采集模块10，以此给所述采集模块10供电，由于通过无线射频技术来进行近距离数据传输和供电，避免了由于有线采集带来的佩戴不适，所述无线传输模块23用于传输接收的信号，所述存储模块24用于存储生理数据，所述开关及LED电路25用于显示工作的状态，所述电池电源管理模块26用于为整个装置提供电源，所述第二射频收发线圈22、无线传输模块23、存储模块24、开关及LED电路25以及电池电源管理模块26均与所述第二主控制器21相连，由于本实用新型能够降低采集端质量，从而减小运动状态下产生的信号噪声，因此有利于提升使用者的佩戴舒适感。

所述第二射频收发线圈22所在的位置正对所述第一射频收发线圈12所在的位置，从而有利于产生互感来进行供电，以及进行生理数据的传输。

所述接收模块20还包括反馈马达，所述反馈马达27与所述第二主控制器21相连，所述反馈马达27用来提供开机、电量过低以及生理信号过阈值的反馈提醒。

所述电池电源管理模块26包括电池、可充电电路以及稳压电路。

所述无线传输模块23通过无线方式与电脑或者手机相连。

所述第一载体是人体表面，所述采集模块10贴到人体表面，由于装置轻，因此减轻了装置采集端的质量，会使采集到的生理数据更加准确，提升装置的稳定性和准确性；所述第二载体是外层衣物，所述外层衣物可以是外套、内衣等。具体地，所述采集模块粘贴在人体表面；所述接收模块粘接或卡扣在外层衣物上。

所述采集模块10和所述接收模块20呈可拆卸式连接。

所述接收模块20上设有协议通信接口，所述协议通信接口包括USB接口或Type-C接口。

本实用新型在使用时，将所述采集模块10贴到人体表面，该装置轻薄，仅有少数关键元器件，现有工艺完全可以做到柔性，采集端有射频互感线圈，该线圈也可做到柔性材质上面；将所述接收模块20佩戴于外层衣物上，且第二射频收发线圈22正对所述第一射频收发线圈12上。

佩戴好之后，启动所述接收模块20的开关，由于所述反馈马达27的作用，当启动成功时会有轻微的振动反馈，同时LED点亮，显示绿色；然后所述采集模块10开始采集数据，采集到的数据通过近距离射频通信传输到所述接收模块20，通过所述存储模块24(可以使用EMMC存储器)进行存储，同时数据可以通过无线传输模块23(例如低功耗的蓝牙模块)将生理数据传输到中远距离的PC端或者手机端(如果想要做到更远距离的传输，此处的无线传输模块可以使用2G/4G/5G模块进行替代)，当设备电池电量不足， LED灯由绿变红，也会以反馈的形式进行提醒，此时取下所述接收模块20，通过设计的USB或者Type-C口进行充电，充电完成后，LED灯由红变绿。

数据读取时，在不使用中远距离无线传输的情况下(离线模式)，将所述接收模块20取下，通过USB***到PC端，可以将数据文件通过PC端打开。

本实施例中，所述生理信号采集芯片包括：通过SPI(串行外设接口) 采集ECG(心电图)信号的ADS1294R、通过IIC(总线协议)采集温度信号的ADS1110A0IDBVR、以及通过IIC采集呼吸信号的FDC2114。具体地，可根据采集信息具体需求再增加或者删减采集芯片。所述第一主控制器11和所述第二主控制器21均采用STM32F205RGY6；所述存储电路芯片采用KLMBG4GESD-B04P。所述无线传输模块23采用NRF52832蓝牙，具体地，可根据需求或者具体情况更换其他无线传输模块，例如远距离传输使用4G/5G 模块等。所述反馈马达采用10*2mm的线性马达；所述电池电源管理模块26 中，bq24040构成可充电电路，ETA5070的各种型号器件构成变压电路给每个模块进行供电。

所述ADS1110A0IDBVR的电路图，如图3所示，其中U13的芯片引脚1 接高精度分压电阻上拉至基准电压，引脚6接地，引脚1、6拉至电极端口 (图中P6)，引脚3、4分别连接至第一主控制器11的IIC通信相应的引脚，引脚2、5分别接地和连接至电源，其中引脚5接入LT1790AIS6-2.048(图中U15)基准电压源电路。本电路由于使用超高精度分压电阻以及基准电压源，能使得采集到的温度信号更加准确。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims

1.一种可穿戴生理监测装置，包括采集模块和接收模块，其特征在于：所述采集模块置放在第一载体上，所述采集模块包括第一主控制器、第一射频收发线圈、生理信号采集芯片，所述生理信号采集芯片用于生理信号的采集，所述第一射频收发线圈用于将采集的信号发射出去，同时对所述采集模块供电，所述生理信号采集芯片和所述第一射频收发线圈均与所述第一主控制器相连；所述接收模块置放在第二载体上，所述接收模块包括第二主控制器、第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块，所述第二射频收发线圈用于接收所述第一射频收发线圈发射的信号，同时给所述采集模块供电，所述无线传输模块用于传输接收的信号，所述存储模块用于存储生理数据，所述开关及LED电路用于显示工作的状态，所述电池电源管理模块用于为整个装置提供电源，所述第二射频收发线圈、无线传输模块、存储模块、开关及LED电路以及电池电源管理模块均与所述第二主控制器相连。

2.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述第二射频收发线圈所在的位置正对所述第一射频收发线圈所在的位置。

3.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述接收模块还包括反馈马达，所述反馈马达与所述第二主控制器相连，所述反馈马达用来提供开机、电量过低以及生理信号过阈值的反馈提醒。

4.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述电池电源管理模块包括电池、可充电电路以及稳压电路。

5.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述无线传输模块通过无线方式与电脑或者手机相连。

6.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述第一载体是人体表面；所述第二载体是外层衣物。

7.根据权利要求6所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述采集模块粘贴在人体表面；所述接收模块粘接或卡扣在外层衣物上。

8.根据权利要求1或7所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述采集模块和所述接收模块呈可拆卸式连接。

9.根据权利要求8所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述接收模块上设有USB协议通信接口。

10.根据权利要求1所述的可穿戴生理监测装置，其特征在于：所述生理信号采集芯片包括：通过SPI采集心电信号的ADS1294R、通过IIC采集温度信号的ADS1110A0IDBVR、以及通过IIC采集呼吸信号的FDC2114。