專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置的制作方法
基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置技術(shù)領(lǐng)域木發(fā)明涉及嵌入式無線智能監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下 的嵌入式多功能健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
隨著生活水平和節(jié)奏的提高和人們對(duì)自身的健康狀況的重視，越來越多的 人愿意花時(shí)間進(jìn)行體育健身，另外，病人對(duì)自身的健康狀況也需要及時(shí)準(zhǔn)確的 了解，同時(shí)參加體育健身的人或接受治療的病人也期望能及時(shí)與健身教練或醫(yī) 生溝通，由他們進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)或診斷，以達(dá)到最好的鍛煉或治療效果。與此同 時(shí)，健身教練和醫(yī)牛也希望能及時(shí)對(duì)每一個(gè)會(huì)員或病人的情況進(jìn)行跟蹤了解， 并在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)或醫(yī)治，提高自身工作的效率。在現(xiàn)有的健身和治療的系統(tǒng)中，人們可以了解到自身的一些體征指標(biāo)，即 通過儀器測量出自身的血壓、心跳、脈搏、體溫等參數(shù)，但無法把上述參數(shù)及 時(shí)反饋給教練或醫(yī)生，從而不能在第一時(shí)間得到指導(dǎo)或醫(yī)治，因此往往達(dá)不到 最佳的健身效果或者延誤了最佳的治療時(shí)間。同時(shí)，教練或醫(yī)生也無法了解到 哪一些會(huì)員或病人是最需要幫助的。所以，在現(xiàn)有的健身和治療系統(tǒng)中，存在 著會(huì)員與教練、病人與醫(yī)生之間溝通效率低下的問題。發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的健身和治療系統(tǒng)中，存在的會(huì)員與教練、病人與醫(yī)生之間 溝通效率低下的問題，本發(fā)明提供了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù) 智能監(jiān)測裝置，其采用的技術(shù)方案如下基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置，包括兼容Zigbee協(xié)議 的無線射頻處理芯片、傳感數(shù)據(jù)采集模塊、射頻收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、電 源模塊。其中傳感數(shù)據(jù)采集模塊分為傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)子模塊，傳感器包 括半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器、擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器；數(shù)據(jù)采集子模 塊包括多級(jí)差動(dòng)放大電路、濾波電路和溫度補(bǔ)償電路。本發(fā)明智能檢測裝置的結(jié)構(gòu)包括液晶顯示模塊、主板、數(shù)據(jù)采集板、腕帶和傳感器。液晶顯示模塊為一塊薄型液晶顯示屏；主板上以兼容Zigbee協(xié)議的 無線射頻處理芯片為中心，外圍設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、測試端口、傳感數(shù)據(jù)采集 板接口、電源接口、射頻收發(fā)電路、液晶顯示端口、外部通信串口以及按鈕控 制；數(shù)據(jù)采集板通過IDC接口與主板連接，包括多級(jí)差動(dòng)放大電路、濾波電路、 溫度補(bǔ)償電路；傳感器覆蓋于腕帶上，包括擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器、 半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器，擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器為若干個(gè)且采用點(diǎn) 陣方式排列，半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器為若干個(gè)，嵌于擴(kuò)散硅壓力傳感陣列中。 射頻收發(fā)電路中采用陶瓷天線、電源采用紐扣電池。本發(fā)明提供一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置，結(jié)合 嵌入式、無線傳感網(wǎng)絡(luò)及微型傳感技術(shù)，徹底解決了現(xiàn)有健身和治療系統(tǒng)所存 在的會(huì)員或病人無法就自身狀況實(shí)時(shí)與教練或醫(yī)生溝通的問題。本發(fā)明可根據(jù) 實(shí)際情況做成戴于腕上，或綁在臂上的手表形狀，由于需要與人體緊密接觸， 在設(shè)計(jì)中考慮了產(chǎn)品的微型化、防水防汗、舒適性、可靠性及準(zhǔn)確度的問題， 使得該智能檢測裝置能夠滿足不同場合下不同人群的實(shí)際應(yīng)用要求。


圖1是本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明中主板的結(jié)構(gòu)框3是本發(fā)明中腕帶以及傳感器的示意圖具體實(shí)施方式
現(xiàn)依據(jù)附圖，說明本發(fā)明的一種最佳實(shí)施方式。如圖1所示，本發(fā)明的主體部分分為三層，即液晶顯示屏l、主板2、數(shù)據(jù) 采集板3，液晶顯示屏1位于主體部分的上部，方便使用者査看，數(shù)據(jù)采集板3 位于主體部分的下部，與腕帶4相鄰，便于采集傳感陣列5所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)， 這樣設(shè)計(jì)也可以提高所采集數(shù)據(jù)的可靠性。主體部分固定在腕帶4上，傳感陣 列5覆蓋在腕帶4內(nèi)側(cè)的表面上且位于腕帶4相對(duì)主體部分的最遠(yuǎn)端，這樣的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高裝置的電磁抗干擾性、穩(wěn)定性和可靠性。其中，液晶顯示屏l尺寸為40腿X20mmX5mm，它是128X16點(diǎn)陣的兩行16字的液晶屏，每字為8 X8點(diǎn)陣，它可以顯示體溫、脈搏次數(shù)、血壓舒張壓和收縮壓參數(shù)、中央監(jiān)測設(shè) 備發(fā)送的信息、反饋的指令等，它通過焊接方式與主板2連接。主板2的結(jié)構(gòu) 如圖2所示，其上的核心芯片是選用Ember公司的EM 250芯片，它內(nèi)置16位 XAP2b微處理器，128K flash存儲(chǔ)器和5K RAM，并集成可兼容Zigbee協(xié)議的 2. 4G Hz的無線射頻收發(fā)裝置和4個(gè)12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，同時(shí)Zigbee通 信協(xié)議棧也內(nèi)嵌于芯片中，EM 250芯片周圍設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、測試端口、數(shù) 據(jù)采集板接口、電源接口、射頻收發(fā)電路、液晶顯示端口、外部通信串口以及 按鈕控制，射頻收發(fā)電路中采用陶瓷天線，電源采用雙紐扣電池。數(shù)據(jù)采集板3 通過IDC接口與主板2連接，包括差動(dòng)放大電路、濾波電路、溫度補(bǔ)償電路， 采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集板處理后，再通過主板2上的EM 250芯片內(nèi)置的4個(gè) A/D轉(zhuǎn)換模塊將溫度、壓力和脈搏聲音等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入EM250 的微處理器中處理。如圖3所示，傳感器采用點(diǎn)陣方式排列，這樣設(shè)計(jì)可以保證測量血壓、脈 搏和體溫的靈敏度和準(zhǔn)確性，也可以找準(zhǔn)使用者的手腕靜動(dòng)脈血管，傳感陣列5 整體尺寸為10mmX5mm，其中擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器6直徑為l腿，組成5X2的點(diǎn)陣，NTC半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器7尺寸為1mmXlmm，內(nèi)嵌于傳感陣列中，其中NTC半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器7測量體溫，擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電 復(fù)合傳感器6既可以測量動(dòng)靜脈血管的收縮壓和舒張壓，還可以通過測量脈搏 的跳動(dòng)聲音來測量脈搏的頻率。數(shù)據(jù)采集線8內(nèi)置于腕帶4中，連接各個(gè)傳感 器和數(shù)據(jù)采集板3。另外，在裝置的外殼上設(shè)置測量、査詢、發(fā)送、接收、時(shí)鐘、向上、向下、 選擇八個(gè)手動(dòng)控制按鈕。裝置通過對(duì)按鈕陣列的掃描操作，采用外部中斷的方 式進(jìn)行按鈕按鍵控制，按鈕具體功能如下，測量手動(dòng)對(duì)自身的體溫、血壓、 脈搏等參數(shù)的控制測量，可以根據(jù)用戶需要，實(shí)施中斷實(shí)時(shí)監(jiān)測；査詢手動(dòng)?xùn)嗽円酝O(jiān)測的健康指數(shù)記錄，裝置將自動(dòng)保存5次以往的健康指數(shù)記錄；發(fā)送手動(dòng)將最近的一次監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到中央監(jiān)測設(shè)備中，使用者可以根據(jù)要求，選擇與中央監(jiān)測設(shè)備隨時(shí)實(shí)時(shí)溝通；接收手動(dòng)查詢所接收到的中央監(jiān)測設(shè)備的操作指令、建議或其他信息，裝置將自動(dòng)保存5條中央監(jiān)測設(shè)備所發(fā)送的信息，使用者可根據(jù)中央監(jiān)測設(shè)備的指示，來調(diào)整自身的操作；時(shí)鐘定時(shí)功能， 設(shè)定裝置的健康指數(shù)測量時(shí)間或向中央監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，進(jìn) 行手動(dòng)定時(shí)或調(diào)整，也可作為普通手表的時(shí)間査詢或秒表功能；向上手動(dòng)操作時(shí)的向上、進(jìn)位或遞增功能；向下手動(dòng)操作時(shí)的向下、退位或遞減功能；選擇功能選擇及確認(rèn)。本發(fā)明實(shí)際是一個(gè)嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺(tái)(上海研祥智能科技有限 公司研制開發(fā)的嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺(tái))中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間采用星-網(wǎng) 狀組網(wǎng)方式，將體溫、血壓、心率、脈搏等數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測者的中央監(jiān)測設(shè)備 上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)使用者狀況的實(shí)時(shí)跟蹤和溝通，使用者只需要將檢測裝置套于 手腕，就可以將使用者的體溫、血壓、脈搏等參數(shù)給測量并顯示出來，再根據(jù) 需要發(fā)送給中央監(jiān)測設(shè)備。每個(gè)裝置作為節(jié)點(diǎn)自動(dòng)搜尋最近的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)的 傳輸通道，再接力傳輸匯集至中繼基站或其它節(jié)點(diǎn)，然后由基站或節(jié)點(diǎn)發(fā)送給 中央監(jiān)測設(shè)備。每個(gè)裝置節(jié)點(diǎn)都具有自處理功能，增加新的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)能自 動(dòng)搜尋最近的節(jié)點(diǎn)，智能組網(wǎng)到整個(gè)平臺(tái)中。本發(fā)明采用超低功耗電源管理模式，絕大多數(shù)情況下處于睡眠待機(jī)狀態(tài)， 通過外部中斷激勵(lì)，或自動(dòng)定時(shí)監(jiān)測方式，使裝置處于工作狀態(tài)，等任務(wù)完成 后，裝置自動(dòng)返回睡眠待機(jī)狀態(tài)。裝置每1分鐘測量一次數(shù)據(jù)，也可根據(jù)需要， 進(jìn)行手動(dòng)定時(shí)測量。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送方式以自動(dòng)方式為主，同時(shí)輔以手動(dòng)方式。裝置 可通過無線射頻方式，在線進(jìn)行編程或升級(jí)。在主板上，有一個(gè)測試端口，對(duì) 裝置的性能或故障進(jìn)行檢測。本發(fā)明采用0/〔++語言作為開發(fā)工具，對(duì)裝置節(jié)點(diǎn)處理功能、地址分配、數(shù)據(jù)采集模式、自組網(wǎng)方式等進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。為了提高本發(fā)明的防水防汗性、穩(wěn)定性和可靠性，滿足運(yùn)動(dòng)等場合的使用要求，該裝置采用全封閉的人性化封裝和加固技術(shù)。這其中包括a. 采用30mm寬，厚5mm，內(nèi)徑40mm的全封閉環(huán)狀松緊繃帶作為腕帶， 腕帶質(zhì)地柔軟并具有彈性，可根據(jù)使用者的手腕大小而伸縮，并保持一定 的壓力，以便測量使用者的血壓；b. 根據(jù)具體應(yīng)用場合的需要，腕帶采用全封閉塑料或海綿式松緊繃帶外包裝，可防汗防水，傳感陣列覆蓋于腕帶上，數(shù)據(jù)線內(nèi)嵌于腕帶之中， 傳感陣列位于腕帶上相對(duì)主體部分的最遠(yuǎn)端；c. 液晶顯示屏位于主體的正上方，外殼采用PVC塑料包裝加固，塑料殼底為弧形構(gòu)造，與腕帶緊密相連，并且與手或臂之間的接觸良好充分，提高裝置佩戴的舒適性；d. 為提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性，雙紐扣電池電源采用壓扣方式固 定，電路板與外殼之間用螺釘固定。本發(fā)明中無線射頻接入模塊通信協(xié)議棧包括兼容Zigbee協(xié)議的物理層協(xié) 議、數(shù)據(jù)鏈路層媒體接入控制(MAC)層協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議、傳輸 層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議，對(duì)應(yīng)0SI網(wǎng)絡(luò)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳 輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。本發(fā)明的工作方式包括以下幾個(gè)步驟a. 覆蓋于腕帶上的傳感器將體溫、血壓、脈搏等健康狀況指數(shù)轉(zhuǎn)換 成模擬信號(hào)后，通過數(shù)據(jù)線將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板上；b. 通過數(shù)據(jù)采集板板的多級(jí)差動(dòng)放大、濾波、溫度補(bǔ)償?shù)入娐诽幚?后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到主板上的EM250處理芯片中進(jìn)行A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換和處理；c. 處理好后的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要，通過液晶顯示將使用者的各種生 理參數(shù)顯示出來，以便使用者參考；d. 同時(shí)，處理好的數(shù)據(jù)也可以根據(jù)使用者的要求，采用自動(dòng)或手動(dòng) 方式，通過2.4G Hz的RF射頻無線傳感網(wǎng)絡(luò)方式，發(fā)送到中央監(jiān)測設(shè)備 上，以備監(jiān)測者監(jiān)測；e. 監(jiān)測者根據(jù)各個(gè)裝置節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)和信息，將操作指令、建 議、處理方式等反饋信息，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)射頻發(fā)射到各個(gè)對(duì)應(yīng)的使用 者；f. 使用者根據(jù)中央監(jiān)測設(shè)備的反饋信息，及時(shí)采取相應(yīng)的操作處理;g. 裝置的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送方式以自動(dòng)方式為主，同時(shí)輔以手動(dòng)方式。
權(quán)利要求
1. 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置，其特征在于，包括兼容Zigbee協(xié)議的無線射頻處理芯片、傳感數(shù)據(jù)采集模塊、射頻收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、電源模塊。
2、 如權(quán)利要求1所述的智能檢測裝置，其特征在于，所述傳感數(shù)據(jù)采集模 塊分為傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)子模塊。
3、 如權(quán)利要求2所述的智能檢測裝置，其特征在于，傳感器包括半導(dǎo)體薄 膜溫度傳感器、擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器；數(shù)據(jù)采集子模塊包括差動(dòng) 放大電路、濾波電路和溫度補(bǔ)償電路。
4、 如權(quán)利要求1所述的智能檢測裝置，其特征在于，所述智能檢測裝置的 結(jié)構(gòu)包括液晶顯示模塊、主板、數(shù)據(jù)采集板、腕帶和傳感器。
5、 如權(quán)利要求4所述的智能檢測裝置，其特征在于，所述液晶顯示屏采用 液晶顯示模塊為一塊薄型液晶顯示屏；主板上以兼容Zigbee協(xié)議的無線射頻處 理芯片EM 250為中心，外圍設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、測試端口、傳感數(shù)據(jù)采集板接 口、電源接口、射頻收發(fā)電路、液晶顯示端口、外部通信串口以及按鈕控制； 數(shù)據(jù)采集板通過IDC接口與主板連接，包括差動(dòng)放大電路、濾波電路、溫度補(bǔ) 償電路；傳感器覆蓋于腕帶上，包括擴(kuò)散硅薄膜壓力和聲電復(fù)合傳感器、半導(dǎo) 體薄膜溫度傳感器；腕帶采用全封閉塑料或海綿式松緊繃帶外包裝。
6、 如權(quán)利要求5所述的智能檢測裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散硅薄膜壓力 和聲電復(fù)合傳感器為若干個(gè)且采用點(diǎn)陣方式排列，半導(dǎo)體薄膜溫度傳感器為若 干個(gè)，嵌于擴(kuò)散硅壓力傳感陣列中。
7、 如權(quán)利要求6所述的智能檢測裝置，其特征在于，所述射頻收發(fā)電路采 用陶瓷天線、電源采用紐扣電池。
全文摘要
基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式健康指數(shù)智能監(jiān)測裝置，包括兼容Zigbee協(xié)議的無線射頻處理芯片EM 250、傳感數(shù)據(jù)采集模塊、射頻收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、電源模塊。它結(jié)合嵌入式、無線傳感網(wǎng)絡(luò)及微型傳感技術(shù)，徹底解決了現(xiàn)有健身和治療系統(tǒng)所存在的會(huì)員或病人無法就自身狀況實(shí)時(shí)與教練或醫(yī)生溝通的問題。本發(fā)明可根據(jù)實(shí)際情況做成戴于腕上，或綁在臂上的手表形狀，由于需要與人體緊密接觸，在設(shè)計(jì)中考慮了產(chǎn)品的微型化、防水防汗、舒適性、可靠性及準(zhǔn)確度的問題，使得該智能檢測裝置能夠滿足不同場合下不同人群的實(shí)際應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101264008SQ200710038119
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者王小軍, 琰 鄭 申請(qǐng)人:上海研祥智能科技有限公司