基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，包括血氧傳感器、集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，血氧傳感器設(shè)置于可穿戴裝置的背面，與皮膚接觸，血氧傳感器與集成模擬前端相連，集成模擬前端與混合信號微控制器相連，藍牙模塊分別與混合信號微控制器、外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為檢測裝置中相關(guān)部件供電；輸入裝置用于啟動可穿戴裝置的血氧飽和度檢測功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置當前所處的血氧飽和度檢測功能狀態(tài)。本發(fā)明體積小，結(jié)果準確，功耗極低，可利用太陽能充電，便于進行戶外運動或者缺氧性疾病的血氧飽和度隨時隨地監(jiān)測。
【專利說明】基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生命體征參數(shù)檢測裝置研宄領(lǐng)域，具體是指一種基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]空氣中的氧氣在人體肺部進行交換后進入血液，結(jié)合在血紅蛋白上供給到全身，維持細胞的正常新陳代謝。血氧飽和度(Sp02)用于反映這種血液中含氧水平，血氧飽和度是指血液中氧合血紅蛋白(Hb02)的容量占全部血紅蛋白(Hb)容量的百分比。在正常情況下，人體的血氧飽和度保持在98 %，一般不會低于94%，若血氧飽和度過低，則表明組織得不到充足的氧，或不能充分利用氧，導(dǎo)致組織的代謝、機能、甚至形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，缺血缺氧4分鐘即可造成神經(jīng)元的死亡，嚴重時可危及生命。因此，對人體進行血氧飽和度的檢測非常重要。另一方面，隨著人們生活水平的提高，人們的健康意識日益增強，隨時隨地檢測生理參數(shù)的需求隨之出現(xiàn)，近幾年，發(fā)展迅速的可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品正是滿足這種需求的理想產(chǎn)品。將血氧檢測功能移植到可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品上，一方面可以實時監(jiān)測心腦缺氧疾病、組織性缺氧疾病、呼吸性缺氧疾病和睡眠呼吸暫停綜合癥，方便使用者進行自我健康狀況評估，及早采取措施控制病情，最大程度避免血氧飽和度過低造成的健康危害或者生命危險。另一方面，可以為極限運動、高強度運動和高原野外活動實時提供血氧飽和度數(shù)據(jù)，有利于根據(jù)血氧飽和度數(shù)據(jù)實時調(diào)整運動強度，制定、修改運動計劃，在血氧飽和度降低到危險值前停止運動或者離開缺氧地區(qū)，避免運動過度造成的缺氧傷害，更可以避免在野外環(huán)境下由缺氧導(dǎo)致的長時間昏厥帶來的生命危險。
[0003]目前，血氧飽和度檢測功能常見于各種監(jiān)護儀或者監(jiān)測儀中，為監(jiān)護、搶救、健康評價提供了一種客觀的生命體征參數(shù)，然而，這些市場上常見的血氧飽和度檢測裝置大多采用透射式血氧飽和度檢測方法，利用指套或者指夾完成檢測，不僅體積大、操作不便、舒適度差，更會造成檢測時的緊張感，給檢測者帶來心理壓力，從而導(dǎo)致結(jié)果失真。此外，現(xiàn)有血氧飽和度檢測裝置電源幾乎全部采用電池供電或電源充電的方式，這種供電方式使可使用時間受到很大程度的限制，不能滿足日益增長的裝置便攜式需求，也不能滿足隨時隨地根據(jù)檢測者需求而進行實時檢測的可穿戴需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，該裝置是設(shè)置于現(xiàn)有的可穿戴式設(shè)備上，例如智能手表、智能手環(huán)等，具有體積小巧、使用方便、使用時間長的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，包括血氧傳感器、集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，血氧傳感器設(shè)置于可穿戴裝置的背面，與皮膚接觸，血氧傳感器與集成模擬前端相連，并由集成模擬前端控制和供電，集成模擬前端通過SPI (Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口)與混合信號微控制器相連，藍牙模塊通過 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收發(fā)傳輸器)與混合信號微控制器相連，藍牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、指示燈供電，；顯示裝置、輸入裝置、指示燈分別與混合信號微控制器相連，并由混合信號微控制器控制工作，所述輸入裝置用于啟動可穿戴裝置的血氧飽和度檢測功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置當前所處的血氧飽和度檢測功能狀態(tài)。
[0006]優(yōu)選的，所述電源管理模塊包括太陽能充電電路、太陽能放電電路、太陽能充電控制器、太陽能放電控制器、太陽能接口、蓄電池接口、負載接口和蓄電池，其中太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池還設(shè)有接口用于與外部充電電源連接；負載接口與所述混合信號微控制器連接；太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能電池通過太陽能充電電路向蓄電池充電；太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作，蓄電池通過太陽能放電電路向血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、指示燈供電。
[0007]優(yōu)選的，由所述太陽能充電電路和所述太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由所述太陽能放電電路和所述太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨立，充電和放電過程獨立進行。從而可以大幅度降低功耗，進一步延長待機、使用時間。
[0008]更進一步的，所述太陽能電池采用多晶硅薄膜型太陽能電池。該電池是由高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型光電材料得到的，因此具有體積小、供電時間長的優(yōu)點。
[0009]優(yōu)選的，所述藍牙模塊包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊、傳感器接口模塊和天線，所述主控制模塊用于接收、存儲混合信號微控制器傳來的信號，并在信號需要向外傳輸時，將信號傳入射頻核心模塊，主控制模塊包括導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG (Joint Test Act1n Group，聯(lián)合測試工作組)接口、ROM (Read-Only Memory，只讀存儲器)、閃存、SRAM;所述射頻核心模塊用于在信號需要向外傳輸時，接收主控制模塊傳入的信號，并將信號由天線向外傳輸，射頻核心模塊包括導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器，放大器與天線相連接；所述天線用于將信號發(fā)送到外部移動終端，并接收移動終端反饋結(jié)果，將反饋結(jié)果發(fā)送到顯示裝置顯示；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的I2C、UART和SPI組成；傳感器接口模塊由導(dǎo)線相連的傳感器控制器、ADC (Analog to Digital Converter,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)和比較器組成；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
[0010]更進一步的，所述主控制模塊在將信號傳到射頻核心模塊后進入睡眠狀態(tài)。從而可以大大降低藍牙模塊的功耗。
[0011]更進一步的，所述傳感器控制器用于感知外接血氧傳感器的工作狀態(tài)，若外接血氧傳感器沒有進行信號采集，則控制藍牙模塊自動進入睡眠狀態(tài)。從而可以大大降低藍牙模塊的功耗。
[0012]更進一步的，所述藍牙模塊采用藍牙標準V4.0，用以將wif 1、UWB無線射頻技術(shù)納入藍牙技術(shù)。從而將高速傳輸和超低功耗有機地結(jié)合，可以實現(xiàn)本發(fā)明與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，進行信息共享。
[0013]優(yōu)選的，所述血氧傳感器包括LED燈和接收頭，LED燈由所述集成模擬前端驅(qū)動并供電，接收頭用于接收LED燈所發(fā)出光波在通過人體組織后的反射光。
[0014]具體的，所述集成模擬前端選用TI公司的AFE4400芯片，包含一具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接收器、一驅(qū)動血氧傳感器中LED燈發(fā)射的控制模塊，用于對采集到的血氧信號進行濾波、光路分離、自動增益、AD轉(zhuǎn)換，同時還可以驅(qū)動血氧探頭中的LED燈。
[0015]具體的，所述混合信號微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，用于對采集到的血氧飽和度信號進行中值濾波運算、滑動平均運算和LMS運算，從而實現(xiàn)對血氧飽和度信號消除孤立的噪聲點，低通濾波和自適應(yīng)濾波，得到平滑的信號分布，并進一步采用運動補償算法去除運動過程中產(chǎn)生的運動偽差。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0017](I)本發(fā)明的血氧飽和度檢測裝置基于可穿戴裝置，克服了傳統(tǒng)血氧飽和度檢測裝置中有線連接帶來的使用局限性，并且通過可穿戴裝置可以實現(xiàn)隨時隨地的血氧飽和度檢測。體積小巧，可穿戴，結(jié)果準確，功耗極低，可利用太陽能充電，便于進行戶外運動或者缺氧性疾病的血氧飽和度隨時隨地監(jiān)測，最大程度地降低缺氧對機體的損害和生命危險。
[0018](2)本發(fā)明采用反射式血氧飽和度檢測，血氧傳感器中LED燈和接收頭置于同側(cè)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中透射式血氧飽和度檢測方法中LED燈和接收頭置于兩側(cè)而必須使用指夾或者指套的檢測方法，不僅體積小巧，操作方便，舒適度高，更可以避免檢測時帶來的心理壓力，從而獲得更準確的檢測結(jié)果。
[0019](3)本發(fā)明的藍牙模塊，一方面配有自主的超低功耗傳感器控制器，可以自主感知外接血氧傳感器的工作狀態(tài)，若外接血氧傳感器沒有進行信號采集，則藍牙模塊自動進入睡眠狀態(tài)。若外接血氧傳感器進行信號采集，則藍牙模塊自動進入工作狀態(tài)；另一方面采用更細致的分區(qū)管理，將數(shù)據(jù)接收、存儲與數(shù)據(jù)向外傳輸分離，以便獨立管理和運行，由混合信號微控制器傳來的信號首先在主控制模塊中進行接收、存儲，主控制模塊由主控制器控制工作，此時射頻核心模塊暫不工作，當信號需要向外傳輸時，在主控制器作用下將信號傳輸入射頻核心模塊，主控制模塊隨即進入睡眠狀態(tài)，在協(xié)控制器控制下，經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器和放大器處理，由天線將此信號向外傳輸發(fā)送。相比于現(xiàn)有技術(shù)，以上兩個方面可以很大程度地降低藍牙模塊的功耗，從而延長待機和使用時間。
[0020](4)本發(fā)明采用的藍牙模塊，相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以很大程度上降低功耗，延長待機和使用時間，同時支持藍牙、wif1、UWB無線射頻技術(shù)，可實現(xiàn)本發(fā)明與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，不僅可以將檢測結(jié)果發(fā)送到智能終端，進一步計算得到健康參數(shù)，更可以為遠程醫(yī)療監(jiān)護和遠程醫(yī)療診斷提供有力支持，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更廣泛的適用范圍，可以獲得更豐富的監(jiān)測信息，從而給使用者帶來更好的、更準確的、更實用的可穿戴醫(yī)療體驗。
[0021](5)本發(fā)明的電源管理模塊采取太陽能充電和充電電源充電兩種供電模式。其中的電源管理模塊的太陽能充電模式，采用高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型太陽能電池，這種新型光電材料制得的太陽能電池一方面可以減小電池體積，從而帶來更良好的可穿戴體驗，另一方面其高光電轉(zhuǎn)換率保證了本發(fā)明的持久供電性能，與現(xiàn)有技術(shù)相比，當通過充電電源獲得的電量耗盡后，可再利用太陽能電池高效能轉(zhuǎn)換來的電量繼續(xù)進行血氧飽和度的檢測，突破了現(xiàn)有技術(shù)中血氧飽和度檢測受電池電量限制的局限。同時，電源管理模塊的太陽能充電模式采取充電模塊和放電模塊彼此獨立的結(jié)構(gòu)和工作方式，充電和放電過程不必同時進行，相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以大幅度降低功耗，進一步延長待機、使用時間。多晶硅薄膜型太陽能電池的使用還可以大幅度降低成本，增加本發(fā)明的市場競爭力。
[0022](6)本發(fā)明采用集成模擬前端，使得信號處理效率更高，穩(wěn)定性明顯增強?？朔艘酝鶛z測裝置中測試裝置復(fù)雜，需要使用大量電子元件，不易于實現(xiàn)便攜化的缺點，此外，現(xiàn)有技術(shù)中光強信號轉(zhuǎn)換為電信號后以模擬電壓信號的方式向下一級傳輸，直到A/D轉(zhuǎn)換處才實現(xiàn)數(shù)字化，這個過程中信號極易受到外界的干擾而引入噪聲，本發(fā)明通過采用集成模擬前端，克服了這個缺陷，極大提高了測量結(jié)果的準確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實施例的硬件框圖。
[0024]圖2是本實施例的血氧模塊組成圖。
[0025]圖3是本實施例的藍牙模塊的組成結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖4是本實施例的電源管理模塊組成圖。
[0027]圖5(a)是本實施例電源管理模塊中太陽能充電控制器的電路圖。
[0028]圖5(b)是本實施例電源管理模塊中太陽能充電控制器的蓄電池反接保護電路圖。
[0029]圖6是本實施例電源管理模塊中太陽能放電控制器的電路圖。
[0030]圖7是本實施例電源管理模塊中太陽能充電電路的電路圖。
[0031]圖8是本實施例電源管理模塊中太陽能放電電路的電路圖。
[0032]圖9是本實施例的工作流程圖。
[0033]圖10是本實施例混合信號微控制器的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0035]實施例1
[0036]如圖1所示，本實施例的硬件組成包括血氧傳感器、集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置(即液晶顯示器)、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置(即按鍵)和指示燈。血氧傳感器與集成模擬前端相連，并由集成模擬前端控制和供電，集成模擬前端通過SPI與混合信號微控制器相連，混合信號微控制器通過藍牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接，藍牙模塊通過UART與混合信號微控制器相連，電源管理模塊與太陽能電池相連為血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、液晶顯示器、指示燈供電，液晶顯示器、按鍵和指示燈與混合信號微控制器相連，并由混合信號微控制器控制工作，所述按鍵用于啟動可穿戴裝置的血氧飽和度檢測功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置處于血氧飽和度檢測功能狀態(tài)。圖1中黑色實線箭頭表示電流走向，中空箭頭表示采集到的血氧飽和度信號走向，虛線箭頭表示控制指令走向。
[0037]具體的，本實施例中所述集成模擬前端選用TI公司AFE4400芯片，該芯片包含一個具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低噪聲接收器、一個驅(qū)動血氧傳感器中LED燈發(fā)射的控制模塊，并具有針對傳感器以及LED故障檢測的診斷功能，在這里對采集到的血氧飽和度信號進行濾波、光路分離、自動增益、AD轉(zhuǎn)換，從而得到血氧容積波波形進而顯示在液晶顯示器上，同時還可以驅(qū)動血氧傳感器中的LED燈。
[0038]具體的，本實施例所述混合信號微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，該微控制器為超低功耗型，在這里對采集到的血氧飽和度信號進行中值濾波運算、滑動平均運算和LMS運算，從而實現(xiàn)對血氧飽和度信號消除孤立的噪聲點，低通濾波和自適應(yīng)濾波，得到平滑的信號分布，并進一步采用運動補償算法去除運動過程中產(chǎn)生的運動偽差，從而得到準確的血氧飽和度數(shù)值和心率數(shù)值并顯示在液晶顯示器上。
[0039]如圖2所示，本實施例采用反射法檢測血氧飽和度，所用血氧傳感器由LED燈I和接收頭2組成，根據(jù)光的散射理論，光波在通過人體組織(皮膚3、皮下組織4)時除了被吸收以外，還會出現(xiàn)另一種現(xiàn)象，即散射。由于人體組織是非均勻分布的，光在組織內(nèi)并不能嚴格的按照直線傳播，例如在遇到微靜脈5、微動脈6時會發(fā)生強烈的散射現(xiàn)象，其中一部分光經(jīng)過多次散射以后回到入射表面，宏觀上表現(xiàn)為反射光。通過檢測這束光的光強來進行血氧飽和度的檢測，是本實施例血氧傳感器的總體構(gòu)思。所述血氧傳感器放在本實施例所述可穿戴裝置的背板，與皮膚接觸。
[0040]如圖3所示，本實施例的藍牙模塊，包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊。其中主控制模塊由導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG、ROM、閃存、SRAM組成；射頻核心模塊由導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器組成，放大器與天線相接；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的I2C、UART和低功耗SPI組成；傳感器接口模塊由導(dǎo)線相連的超低功耗傳感器控制器、ADC和低功耗比較器組成；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
[0041]具體的，所述藍牙模塊通過如下方式達到功耗超低水平:
[0042](I)所述藍牙模塊配有自主的超低功耗傳感器控制器，可以自主感知外接血氧傳感器的工作狀態(tài)，若外接血氧傳感器沒有進行信號采集，則藍牙模塊自動進入睡眠狀態(tài)。若外接血氧傳感器進行信號采集，則藍牙模塊自動進入工作狀態(tài)。睡眠狀態(tài)時藍牙模塊中只有中斷檢測程序運行，此時功耗極低，幾乎可忽略不計。若超低功耗傳感器控制器檢測到外接血氧傳感器進行信號采集，立即向藍牙模塊中主控制器傳送中斷指令，喚醒藍牙模塊中主控制模塊運行。
[0043](2)該藍牙芯片采用更細致的分區(qū)管理，將數(shù)據(jù)接收、存儲與數(shù)據(jù)向外傳輸分離，以便獨立管理和運行，由混合信號微控制器傳來的信號首先在主控制模塊中進行接收、存儲，主控制模塊由主控制器控制工作，此時射頻核心模塊暫不工作，當信號需要向外傳輸時，在主控制器作用下將信號傳輸入射頻核心模塊，主控制模塊隨即進入睡眠狀態(tài)，在協(xié)控制器控制下，經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器和放大器處理，由天線將此信號向外傳輸發(fā)送，
[0044]該藍牙模塊除具備超低功耗的特性外，還利用最新的藍牙標準V4.0提供一個平臺，用以將wif 1、UffB無線射頻技術(shù)納入藍牙技術(shù)，將高速傳輸和超低功耗有機地結(jié)合，可以實現(xiàn)本實施例與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，進行信息共享。此外，利用本實施例采集得到的血氧飽和度信號不僅可以在可穿戴裝置的液晶顯示器上顯示血氧容積波、血氧飽和度數(shù)值和心率數(shù)值，也可以通過藍牙模塊發(fā)送到移動終端，進一步計算其他健康參數(shù)，并將結(jié)果發(fā)送回可穿戴裝置的液晶顯示器上進行顯示，同時，也可以將檢測結(jié)果和計算得到的健康參數(shù)通過移動終端的無線網(wǎng)絡(luò)傳送到遠程醫(yī)療監(jiān)護中心和醫(yī)院，實現(xiàn)遠程監(jiān)護和遠程醫(yī)療。
[0045]本實施例的電源管理模塊采取太陽能充電和充電電源充電兩種供電模式。電源管理模塊的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由太陽能充電電路(見圖7)、太陽能放電電路(見圖8)、太陽能充電控制器(見圖5(a)和圖5(b))、太陽能放電控制器(見圖6)、太陽能接口、蓄電池接口、負載接口、蓄電池組成。太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池也可以與外部充電電源相接，負載接口與所述混合信號微控制器相接。太陽能充電電路實現(xiàn)太陽能電池向蓄電池的充電過程，太陽能放電電路實現(xiàn)蓄電池向血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、液晶顯示器、指示燈的放電過程，太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作。太陽能電池置于本實施例中可穿戴裝置的腕帶或手環(huán)上。電源管理模塊采取太陽能充電模式時，由太陽能充電電路和太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由太陽能放電電路和太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨立，充電和放電過程獨立進行，從而可以大幅度降低功耗，進一步延長待機、使用時間。電源管理模塊的太陽能充電模式中，采用高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型太陽能電池，這種多晶硅薄膜型太陽能電池在保持高光電轉(zhuǎn)換效率的同時，使得太陽能電池得以薄膜化，一方面減小了太陽能電池的體積，提供更舒適的可穿戴體驗，另一方面，降低了太陽能電池的生產(chǎn)成本，提高了本實施例的市場競爭力。
[0046]具體的，所述太陽能充電控制器的電路圖如圖5(a)所示，U2起電壓比較和震蕩作用，其中U2A是核心控制元件，VD3為紅綠雙色指示LED燈，用于指示充電工作狀態(tài)，由U2B驅(qū)動，根據(jù)充電電池的參數(shù)指標，通過精密電位器RVl設(shè)定浮充電壓，RTl為熱敏電阻，用于微調(diào)不同溫度時的浮充電壓值。當偶爾發(fā)生電池過充時，將開關(guān)SW2接通可設(shè)置更高的浮充電壓，起到補償均衡的作用。VT2為電源開關(guān)，VD4為肖特基二極管，防止蓄電池向太陽能電池方向放電，VD5起蓄電池保護反接作用(見圖5(b))，當極性接反時熔斷器熔絲燒斷，保護電路其余部分免遭損壞。當電池電壓低于設(shè)定的浮充電壓時，U2A輸出高電平，LED指示紅色，光耦導(dǎo)通使能開關(guān)管VT2，太陽能電池向蓄電池充電，當充電電壓達到設(shè)定浮充電壓值時進入浮充狀態(tài)，LED進入雙色閃爍指示狀態(tài)。
[0047]具體的，所述太陽能放電控制器的電路圖如圖6所示，將開關(guān)SI切換至開位置時，供電激活集成運放工作，此時，如果蓄電池電壓高于低電壓指令(Low VoltageDirective, LVD)電壓值，電壓比較器輸出低電壓，VT5截止，上半部分電路驅(qū)動VT3，蓄電池為負載正常供電，如果蓄電池電壓低于LVD電壓值，VT5導(dǎo)通使得通斷控制端輸出低電壓將VT3關(guān)斷，切斷負載電源，為避免負載在LVD電壓值附近反復(fù)地進行通斷操作，此時，將開關(guān)SI切換至關(guān)位置以自鎖，同時關(guān)斷放電控制系統(tǒng)以實現(xiàn)節(jié)能，發(fā)光二極管VD14用以提示電池電壓接近LVD電壓值，調(diào)節(jié)電位器RV2可調(diào)節(jié)LVD電壓值。
[0048]具體的，所述太陽能充電電路圖如圖7所示，由單相橋式整流電路D和電感L濾波電路組成濾波單元，D可使太陽能電池始終向蓄電池充電而蓄電池不會向太陽能電池供電，且太陽能電池在光線驟變時產(chǎn)生交流電流或與蓄電池反接時，只能向蓄電池充電，濾波電路濾波整流后輸出電壓的穩(wěn)波，使充電電流更穩(wěn)定。
[0049]具體的，所述太陽能放電電路圖如圖8所示，采取兩級電保護裝置，以防外界短路或其他情況造成的電流驟增而損壞蓄電池以及其他電子元件，第一級保護采集高精密電阻R兩段電壓，當滿足設(shè)定最大放電電流與高精密電阻阻值之積且持續(xù)20秒，確認短路，由混合信號微控制器控制Rll切斷放電回路。第二級保護為防止第一級電流過大且未持續(xù)20秒，將對電路造成損害，此時增加自恢復(fù)保險絲，當流經(jīng)的電流達到額定值時，自恢復(fù)保險絲溫度上升，電阻迅速增大，電流迅速減小，當過流消失時，電子保險絲自動回復(fù)到初始狀
--τ O
[0050]如圖9所示，本實施例的工作流程如下:
[0051]開啟可穿戴裝置的總開關(guān)后，系統(tǒng)初始化，若按下按鍵時間超過3秒，血氧飽和度檢測功能開啟，否則血氧飽和度檢測功能不開啟，血氧飽和度檢測功能開啟后驅(qū)動血氧傳感器中LED燈發(fā)射循環(huán)光波，若滿足定時條件則集成模擬前端對采集的血氧飽和度信號進行濾波、光路分離、自動增益、AD轉(zhuǎn)換，否則返回繼續(xù)執(zhí)行LED發(fā)射循環(huán)，處理后的信號進入混合信號微控制器進行存儲、運算，運算結(jié)果可發(fā)送至藍牙模塊進行數(shù)據(jù)發(fā)送，也可以發(fā)送至液晶顯示器進行血氧容積波波形、血氧飽和度數(shù)值和心率數(shù)值的顯示，此時控制系統(tǒng)結(jié)束任務(wù)。
[0052]如圖10所示，本實施例混合信號微控制器的工作流程如下:
[0053]當接收到來自集成模擬前端的數(shù)字信號后，依次經(jīng)過中值濾波運算、滑動平均運算和LMS運算，從而實現(xiàn)對來自集成模擬前端的數(shù)字信號消除孤立的噪聲點，低通濾波和自適應(yīng)濾波，得到平滑的數(shù)字信號分布，并進一步采用運動補償算法去除運動過程中產(chǎn)生的運動偽差，若已接收全部信號，則將血氧容積波波形、血氧飽和度數(shù)值和心率數(shù)值顯示在顯示器上，系統(tǒng)結(jié)束任務(wù)，否則繼續(xù)接收由集成模擬前端傳輸?shù)臄?shù)字信號。
[0054]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，包括血氧傳感器、集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，血氧傳感器設(shè)置于可穿戴裝置的背面，與皮膚接觸，血氧傳感器與集成模擬前端相連，并由集成模擬前端控制和供電，集成模擬前端通過SPI與混合信號微控制器相連，藍牙模塊通過UART與混合信號微控制器相連，藍牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、指示燈供電；顯示裝置、輸入裝置、指示燈分別與混合信號微控制器相連，并由混合信號微控制器控制工作，所述輸入裝置用于啟動可穿戴裝置的血氧飽和度檢測功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置當前所處的血氧飽和度檢測功能狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述電源管理模塊包括太陽能充電電路、太陽能放電電路、太陽能充電控制器、太陽能放電控制器、太陽能接口、蓄電池接口、負載接口和蓄電池，其中太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池還設(shè)有接口用于與外部充電電源連接；負載接口與所述混合信號微控制器連接；太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能電池通過太陽能充電電路向蓄電池充電；太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作，蓄電池通過太陽能放電電路向血氧飽和度檢測裝置中集成模擬前端、混合信號微控制器、藍牙模塊、顯示裝置、指示燈供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，由所述太陽能充電電路和所述太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由所述太陽能放電電路和所述太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨立，充電和放電過程獨立進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述太陽能電池采用多晶硅薄膜型太陽能電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述藍牙模塊包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊、傳感器接口模塊和天線，所述主控制模塊用于接收、存儲混合信號微控制器傳來的信號，并在信號需要向外傳輸時，將信號傳入射頻核心模塊，主控制模塊包括導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG接口、ROM、閃存、SRAM;所述射頻核心模塊用于在信號需要向外傳輸時，接收主控制模塊傳入的信號，并將信號由天線向外傳輸，射頻核心模塊包括導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器，放大器與天線相連接；所述天線用于將信號發(fā)送到外部移動終端，并接收移動終端反饋結(jié)果，將反饋結(jié)果發(fā)送到顯示裝置顯示；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的I2C、UART和SPI組成；傳感器接口模塊由導(dǎo)線相連的傳感器控制器、ADC和比較器組成；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述主控制模塊在將信號傳到射頻核心模塊后進入睡眠狀態(tài)； 所述傳感器控制器用于感知外接血氧傳感器的工作狀態(tài)，若外接血氧傳感器沒有進行信號采集，則控制藍牙模塊自動進入睡眠狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述藍牙模塊采用藍牙標準V4.0，用以將wif1、UWB無線射頻技術(shù)納入藍牙技術(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述血氧傳感器包括LED燈和接收頭，LED燈由所述集成模擬前端驅(qū)動和供電，接收頭用于接收LED燈所發(fā)出光波在通過人體組織后的反射光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述集成模擬前端選用TI公司的AFE4400芯片，用于對采集到的血氧飽和度信號進行濾波、光路分離、自動增益、AD轉(zhuǎn)換，同時還用于驅(qū)動血氧傳感器中的LED燈。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述混合信號微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，用于對采集到的血氧飽和度信號進行中值濾波運算、滑動平均運算和LMS運算，得到平滑的信號分布，并進一步采用運動補償算法去除運動過程中產(chǎn)生的運動偽差。
【文檔編號】A61B5/1455GK104510478SQ201410747825
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】吳凱, 杜欣, 陳秋蘭 申請人:華南理工大學(xué), 廣州雙悠生物科技有限責(zé)任公司