一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其利用脈搏血氧儀探頭檢測運動者的血氧飽和度和脈搏量標稱人體健康狀況，根據(jù)加速度傳感器采集的加速值變化監(jiān)測運動者是否發(fā)生摔倒跌落，使用大氣壓強傳感器檢測運動者所處運動環(huán)境，提供大氣壓強值、溫度值，并通過控制器計算運動環(huán)境的高度值，通過智能終端顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，利用高度值修正導航定位信息，使定位更加精確，并在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。
【專利說明】—種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及戶外運動生命保障【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]戶外運動的健康快速發(fā)展需要可行的安全裝備和救援服務(wù)體系保障。目前，應急系統(tǒng)缺少一種能夠?qū)\動者實行人體安全和運動環(huán)境監(jiān)測并能夠?qū)Ш蕉ㄎ?、危機報警的系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)只是單一的實現(xiàn)了人體定位或者是安全監(jiān)測，只是對人體本身進行了實時監(jiān)控，但是缺少運動環(huán)境的監(jiān)測，相應的就不能估計出運動環(huán)境對運動者的影響。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于通過一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，來解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0004]為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其包括控制器、探頭驅(qū)動電路、脈搏血氧儀探頭、光電轉(zhuǎn)換電路、差分放大濾波電路、加速度傳感器、大氣壓強傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸豐旲塊及智能終端；
[0006]所述控制器與探頭驅(qū)動電路、加速度傳感器、大氣壓強傳感器電性連接，用于輸出控制信號給探頭驅(qū)動電路、加速度傳感器及大氣壓強傳感器，控制脈搏血氧儀探頭、加速度傳感器及大氣壓強傳感器的數(shù)據(jù)采集，并對其采集的數(shù)據(jù)進行處理，獲得運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值；
[0007]所述探頭驅(qū)動電路與脈搏血氧儀探頭電性連接，用于根據(jù)控制器輸出的控制信號驅(qū)動脈搏血氧儀探頭進行數(shù)據(jù)采集；
[0008]所述脈搏血氧儀探頭內(nèi)嵌可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管和光電接收管，探頭驅(qū)動電路驅(qū)動所述可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管發(fā)光，在經(jīng)過手指后被光電接收管接收；
[0009]所述光電轉(zhuǎn)換電路與脈搏血氧儀探頭電性連接，用于將光電接收管接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)差分放大濾波電路處理后，輸出給控制器；
[0010]所述加速度傳感器與控制器電性連接，用于實時檢測運動者的加速度值，輸出給控制器；
[0011]所述大氣壓強傳感器與控制器電性連接，用于實時檢測運動者所處運動環(huán)境的大氣壓強值和溫度值，輸出給控制器；
[0012]所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與控制器電性連接，用于將控制器輸出的運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值，無線發(fā)送給智能終端;
[0013]所述智能終端與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，用于顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，并利用所述高度值修正導航定位信息，在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。
[0014]特別地，所述探頭驅(qū)動電路還用于對可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管進行增益控制和開關(guān)控制。
[0015]特別地，所述差分放大濾波電路的同相輸入端連接控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出引腳，輸出端連接控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器弓I腳。
[0016]特別地，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用載波頻率為433MHz或者2.4GHz的無線模塊。
[0017]特別地，所述智能終端為具備無線上網(wǎng)功能的電子設(shè)備，其包括手機、筆記本、掌上電腦及平板電腦。
[0018]特別地，所述控制器選用微處理器。
[0019]本實用新型利用脈搏血氧儀探頭檢測運動者血氧飽和度和脈搏量標稱人體健康狀況，根據(jù)加速度傳感器采集的加速值變化監(jiān)測運動者是否發(fā)生摔倒跌落，使用大氣壓強傳感器檢測運動者所處運動環(huán)境，提供大氣壓強值、溫度值，并通過控制器計算運動環(huán)境的高度值，最后通過智能終端顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，利用所述高度值修正導航定位信息，使定位更加精確，并在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。與傳統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)相比，本實用新型不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測戶外運動者的健康狀況，在運動者發(fā)生跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心進行呼救，而且可以對運動環(huán)境進行監(jiān)測，并相應的估計出運動環(huán)境對運動者的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例提供的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本實用新型實施例提供的探頭驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0023]請參照圖1所示，本實施例中基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)包括控制器1、探頭驅(qū)動電路2、脈搏血氧儀探頭3、光電轉(zhuǎn)換電路4、差分放大濾波電路5、加速度傳感器6、大氣壓強傳感器7、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊8及智能終端9。
[0024]所述控制器I與探頭驅(qū)動電路2、加速度傳感器6、大氣壓強傳感器7電性連接，用于輸出控制信號給探頭驅(qū)動電路2、加速度傳感器6及大氣壓強傳感器7，控制脈搏血氧儀探頭3、加速度傳感器6及大氣壓強傳感器7的數(shù)據(jù)采集，并對其采集的數(shù)據(jù)進行處理，獲得運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值。
[0025]于本實施例，控制器I選用微處理器，其可以是8位或者16位的單片機，也可以是ARM (Advanced RISC Machines)處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)或者片上系統(tǒng)。
[0026]所述探頭驅(qū)動電路2與脈搏血氧儀探頭3電性連接，用于根據(jù)控制器I輸出的控制信號驅(qū)動脈搏血氧儀探頭3進行數(shù)據(jù)采集。
[0027]于本實施例，如圖2所示，探頭驅(qū)動電路2是由三極管Ql、Q2、Tl、T2構(gòu)成的H橋電路，其中，Q1、Q2為PNP型三極管BC856，T1、T2為NPN型三極管ΜΜΒΤ2222，探頭節(jié)點201和探頭節(jié)點202連接脈搏血氧儀探頭3中的可見光發(fā)光二極管和紅外光發(fā)光二極管。由圖2可知，探頭驅(qū)動電路2還包括電容C38、電阻R31、R32、R33、R34、R35及R36。需要說明的是，探頭驅(qū)動電路2還可以是電流源和模擬開關(guān)組成的驅(qū)動電路。
[0028]所述脈搏血氧儀探頭3內(nèi)嵌可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管和光電接收管，探頭驅(qū)動電路2驅(qū)動所述可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管發(fā)光，在經(jīng)過手指后被光電接收管接收。
[0029]脈搏血氧儀探頭3套在人體食指或中指指甲處，由控制器I控制探頭驅(qū)動電路2以一定頻率分時驅(qū)動可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)出的光經(jīng)過手指后被光電接收管接收。在實際應用中，探頭驅(qū)動電路2還可以對可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管進行增益控制和開關(guān)控制。
[0030]所述光電轉(zhuǎn)換電路4與脈搏血氧儀探頭3電性連接，用于將光電接收管接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并濾除部分噪聲，經(jīng)差分放大濾波電路5處理后，輸出給控制器I。
[0031]差分放大濾波電路5的同相輸入端連接控制器I的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出引腳，輸出端連接控制器I的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)引腳，其與控制器I的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出電壓做差分計算，消除直流干擾分量，放大脈動分量，使其在控制器I內(nèi)部ADC的采集范圍0-3.3V之內(nèi)。數(shù)據(jù)經(jīng)過采集之后在控制器I內(nèi)編程做數(shù)字濾波和直流跟蹤計算，二者進行減法計算得到紅光和紅外光經(jīng)過手指后的交流脈動信號，兩交流脈動信號相除獲得的值即可標示血氧飽和度，交流脈動信號周期代表了脈搏量。
[0032]所述加速度傳感器6與控制器I電性連接，用于實時檢測運動者的加速度值，輸出給控制器I。所述大氣壓強傳感器7與控制器I電性連接，用于實時檢測運動者所處運動環(huán)境的大氣壓強值和溫度值，輸出給控制器I。
[0033]控制器I通過IIC通信協(xié)議與加速度傳感器6和大氣壓強傳感器7通信，控制器I編程配置加速度傳感器6后，加速度傳感器6芯片在運動者出現(xiàn)跌倒摔落時會向控制器I發(fā)出中斷信號，控制器I獲得中斷信號之后判定出現(xiàn)摔倒還是高空摔落，并據(jù)此判斷是否自動發(fā)出呼救信號。控制器I獲得大氣壓強傳感器7輸出的大氣壓強值和溫度值，并根據(jù)大氣壓強值與環(huán)境高度的關(guān)系，計算運動者所處運動環(huán)境的高度值。
[0034]所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊8與控制器I電性連接，用于將控制器I輸出的運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值，無線發(fā)送給智能終端9。
[0035]于本實施例，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊8選用載波頻率為433MHz或者2.4GHz的無線模塊。為了降低功耗，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊8也可以是符合低功耗藍牙4.0技術(shù)規(guī)范的藍牙通信模塊。藍牙通信模塊使用TI公司的CC2541低功耗藍牙片上系統(tǒng)，符合藍牙4.0技術(shù)規(guī)范。通信距離10m，打開系統(tǒng)后藍牙通信模塊可以被嵌有藍牙4.0模塊的安卓平臺搜索、鏈接、通信，安卓平臺通常使用戶外運動專用平板電腦。相應的，控制器I優(yōu)選使用TI公司的MSP430FG437, MSP430FG437包含有串行通信接口 UART，兩個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC12_0和DAC12_1,1個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。UART接口連接藍牙通信模塊傳輸數(shù)據(jù)。兩個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于控制探頭驅(qū)動電路2中的兩個NPN三極管T1、T2。
[0036]所述智能終端9與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊8通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，用于顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，并利用所述高度值修正導航定位信息，在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。
[0037]于本實施例，智能終端9為具備無線上網(wǎng)功能的電子設(shè)備，其包括手機、筆記本、掌上電腦及平板電腦。當控制器I根據(jù)加速度傳感器6采集的加速值變化監(jiān)測出運動者發(fā)生摔倒跌落時，智能終端9將通過全球定位系統(tǒng)(GPS)或者北斗導航定位，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。
[0038]本實施例的工作流程如下:一、系統(tǒng)初始化，控制器通過IIC協(xié)議配置加速度傳感器、大氣壓強傳感器。二、控制器實時監(jiān)測跌倒摔落中斷信號。三、控制器讀取血氧飽和度值、脈搏量并計算大氣壓強值。四、控制器讀取運動環(huán)境的高度值、溫度值。四、通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊向智能終端傳輸數(shù)據(jù)。六、智能終端顯示數(shù)據(jù)并判定是否自動報警，若需要報警則向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。其中，步驟二至六是循環(huán)進行的，并且在步驟二至六任何階段，只要發(fā)生跌倒摔落狀況，智能終端就會產(chǎn)生報警信號。
[0039]下面對本實施例中脈搏血氧儀探頭、加速度傳感器及大氣壓強傳感器的工作機理進行簡要說明。
[0040]一、血紅蛋白吸收的紅光與紅外光強的比率和血氧飽和度之間的線性關(guān)系是需要根據(jù)經(jīng)驗值進行數(shù)據(jù)擬合的,人體中主要有氧合血紅蛋白HbO2、還原血紅蛋白Hb。Hb主要吸收660nm波長的光，HbO2主要吸收940nm的光?？梢园讶梭w看做一個盛有血液溶液的容器，所以根據(jù)Lambert-Beer定律,忽略動脈血管中其他成份的影響,血氧飽和度SpO2的值可以表示為:
[0041 ] SpO2 = HbO2/ (Hb02+Hb)
[0042]二、人體在跌倒的過程中，是一個由穩(wěn)定狀態(tài)到加速狀態(tài)，再到與地面撞擊而后穩(wěn)定的一個過程。在這個過程中，加速度傳感器可以很好的檢測出狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，因此，只要有合適的算法，使用加速度傳感器就可以正確的檢測出人體跌倒事件的發(fā)生。
[0043]三、大氣溫度為常數(shù)，即設(shè)大氣是等溫系統(tǒng)，令P和為距離地面高度為h和h=0處的氣體分子密度，u為氣體分子的摩爾質(zhì)量，重力加速度為g，R為氣體常數(shù)，T是絕對溫度，P為大氣壓強，ks為波爾茲曼常數(shù)，從而得到等溫氣壓公式如下:
[0044]P = poe_ugh/KT
[0045]在實際應用中經(jīng)過溫度修正，我們可以利用上述關(guān)系求得大氣壓強，反之可以求得該大氣壓強對應的高度值。
[0046]本實用新型的技術(shù)方案利用脈搏血氧儀探頭檢測運動者血氧飽和度和脈搏量標稱人體健康狀況，根據(jù)加速度傳感器采集的加速值變化監(jiān)測運動者是否發(fā)生摔倒跌落，使用大氣壓強傳感器檢測運動者所處的運動環(huán)境，提供大氣壓強值、溫度值，并通過控制器計算運動環(huán)境的高度值，最后通過智能終端顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，利用所述高度值修正導航定位信息，使定位更加精確，并在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。與傳統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)相比，本實用新型不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測戶外運動者的健康狀況，在運動者發(fā)生跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心進行呼救，而且可以對運動環(huán)境進行監(jiān)測，并相應的估計出運動環(huán)境對運動者的影響。
[0047]注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、探頭驅(qū)動電路、脈搏血氧儀探頭、光電轉(zhuǎn)換電路、差分放大濾波電路、加速度傳感器、大氣壓強傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊及智能終端； 所述控制器與探頭驅(qū)動電路、加速度傳感器、大氣壓強傳感器電性連接，用于輸出控制信號給探頭驅(qū)動電路、加速度傳感器及大氣壓強傳感器，控制脈搏血氧儀探頭、加速度傳感器及大氣壓強傳感器的數(shù)據(jù)采集，并對其采集的數(shù)據(jù)進行處理，獲得運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值； 所述探頭驅(qū)動電路與脈搏血氧儀探頭電性連接，用于根據(jù)控制器輸出的控制信號驅(qū)動脈搏血氧儀探頭進行數(shù)據(jù)采集； 所述脈搏血氧儀探頭內(nèi)嵌可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管和光電接收管，探頭驅(qū)動電路驅(qū)動所述可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管發(fā)光，在經(jīng)過手指后被光電接收管接收； 所述光電轉(zhuǎn)換電路與脈搏血氧儀探頭電性連接，用于將光電接收管接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)差分放大濾波電路處理后，輸出給控制器； 所述加速度傳感器與控制器電性連接，用于實時檢測運動者的加速度值，輸出給控制器； 所述大氣壓強傳感器與控制器電性連接，用于實時檢測運動者所處運動環(huán)境的大氣壓強值和溫度值，輸出給控制器； 所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與控制器電性連接，用于將控制器輸出的運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值，無線發(fā)送給智能終端； 所述智能終端與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，用于顯示運動者的血氧飽和度和脈搏量、運動狀態(tài)、運動環(huán)境的大氣壓強值、溫度值及高度值信息，并利用所述高度值修正導航定位信息，在所述運動狀態(tài)為跌倒摔落時，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭驅(qū)動電路還用于對可見光發(fā)光二極管、紅外光發(fā)光二極管進行增益控制和開關(guān)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述差分放大濾波電路的同相輸入端連接控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出引腳，輸出端連接控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用載波頻率為433MHz或者2.4GHz的無線模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述智能終端為具備無線上網(wǎng)功能的電子設(shè)備，其包括手機、筆記本、掌上電腦及平板電腦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的基于戶外運動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器選用微處理器。
【文檔編號】A61B5/0245GK203524681SQ201320609500
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】宋海永, 張雷, 吳瑞金, 張樹義 申請人:無錫科之乾科技有限公司