一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，采用監測人體生命基本特征的傳感器以及用于監測環境參數的傳感器對佩戴者的基本生命體征和佩戴者所處環境的多種參數進行同時采集，然后傳輸給主控模塊，主控模塊再將這些數據發送給藍牙無線通訊模塊，藍牙無線通訊模塊發送給手持機系統，手持機系統再通過無線通信網絡發送給監控平臺，從而實現了對作業人員的全面監測。
【專利說明】一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生命及環境【技術領域】，更為具體地講，涉及一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，用于識別、感知高原高寒地區作業人員生命基本體征和所處環境典型參數。
【背景技術】
[0002]在特殊勞動環境中，尤其是在高原高寒地區，建立以單人機能監測系統為基礎的衛勤保障信息鏈，對于實施掌控特殊作業環境情況、維護特殊作業人員生命健康具有重要價值和意義。通過電子信息傳感器，實現生命信息動態監測和衛勤伴隨保障，有針對性地做好應急救援準備，精確調整衛勤力量與資源，全面提升衛勤保障能力。
[0003]人體生命體征是機體內在活動的客觀反映，是判斷機體健康狀態的基本依據和指標。正常人的生命體征互相間有內在聯系，并且呈比例、相對穩定在一定范圍內。當機體受到傷害時，人體生命體征會首先出現不同程度的異常、發生變化。因此，監測并及時正確地記錄生命體征，為臨床正確診斷、及時治療和護理提供資料和依據，意義非常重大。
[0004]開展環境因素對人體危害評價及偵檢技術研究是環境醫學研究學科任務之一。特種作業的環境因素對于人體健康以及作業水平的影響已經引起了廣泛的關注和深入、持久的研究。
[0005]單人生命信息系統是衛勤醫療信息系統的前端，也是遠程醫療信息系統的前端。近年來，各種新理念、新原理、新結構、新功能、新工藝的交叉融合，使得傳統特殊環境中特種作業人員作戰單元概念發生了質的飛躍。特種作業人員系統中的生命信息支持模塊是特殊作業環境醫學工程中重要的研究內容，它與其它配套裝備一樣有助于提高各種復雜作業環境中特種作業人員的指揮和控制能力、生存能力、持續作戰能力和機動能力等。
[0006]目前，現有設備尚無法實現人體生命參數和所處環境參數的同步監測，對于作業人員，尤其是特種環境中從事危險作業人員生命健康存在風險。同時也不利于特種環境下的衛勤管理工作。因此，有必要研發一種能夠同步、適時對人體基本生命體征及環境參數進行監測的便攜式裝置。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，以實現測出佩戴者的基本生命體征的同時，采集佩戴者所處環境的多種參數。
[0008]為實現上述目的，本實用新型嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，包括多個用于監測人體生命基本特征的傳感器，其特征在于，還包括:多個用于監測環境參數的傳感器、主控模塊、藍牙無線通訊模塊及頭盔/安全帽；
[0009]傳感器、主控模塊以及藍牙無線通訊模塊外置于頭盔/安全帽；
[0010]所述的用于監測人體生命基本特征的多個傳感器分別完成體表溫度、體表濕度、血氧飽和度、心率和脈搏的測量，得到人體生命基本特征數據；[0011]所述的用于監測環境參數的多個傳感器分別完成環境溫度、環境濕度、氣壓、海拔、CO濃度和紫外線照射強度的測量，得到環境參數數據；
[0012]所述的主控模塊分別與用于監測人體生命基本特征的多個傳感器、用于監測環境參數的多個傳感器連接，用于接收各個傳感器傳回的人體生命基本特征數據、環境參數數據；其中，傳感器中的數字傳感器輸出與主控模塊I/o端連接，主控模塊直接進行數據解析，提取出所需要的信號，傳感器中的模擬傳感器輸出與主控模塊的A/D轉換端連接，主控模塊進行模數轉換、數據分析，然后提取出所需的信號；
[0013]所述主控模塊通過串口與藍牙無線通訊模塊相連，主控模塊通過藍牙無線通訊模塊將提取的所需信號發送給手持機系統，手持機系統再通過無線通信網絡發送給監控平臺。
[0014]本實用新型的發明目的是這樣實現的:
[0015]本實用新型嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，采用監測人體生命基本特征的傳感器以及用于監測環境參數的傳感器對佩戴者的基本生命體征和佩戴者所處環境的多種參數進行同時采集，然后傳輸給主控模塊，主控模塊再將這些數據發送給藍牙無線通訊模塊，藍牙無線通訊模塊發送給手持機系統，手持機系統再通過無線通信網絡發送給監控平臺，從而實現了對作業人員的全面監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型嵌入式生命體征與環境信息感知裝置一種【具體實施方式】原理框圖；
[0017]圖2是圖1所示主控模塊一種【具體實施方式】電路圖；
[0018]圖3是圖1所示傳感器中濕度傳感器與主控模塊連接的一種【具體實施方式】電路圖；
[0019]圖4是圖1所示傳感器中溫度傳感器與主控模塊連接的一種【具體實施方式】電路圖；
[0020]圖5是圖1所示藍牙無線通訊原理示意圖；
[0021]圖6是圖1所示用于監測環境參數的傳感器與主控模塊連接一種【具體實施方式】原理框圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本實用新型。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本實用新型的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0023]如圖1所示，本實用新型嵌入式生命體征與環境信息感知裝置可以歸納為主要的三個部分組成，I)傳感器，包括用于執行多參數監測任務的各個傳感器，主要由人體表面溫濕度、血氧和心率等生命參數監測的傳感器和外部環境參數監測的傳感器組成，傳感器的主要功能是在主控模塊的控制下采集環境參數和人體生命參數。在本實施例中，傳感器包括數字傳感器201和模擬傳感器202，數字傳感器201輸出與主控模塊I的I/O端連接，主控模塊I直接進行數據解析，提取出所需要的信號，模擬傳感器202輸出與主控模塊I的A/D轉換端即AD 口連接，主控模塊I進行模數轉換、數據分析，然后提取出所需的信號。在本實施例中，對于模擬傳感器202輸出還要進行在調理電路3中進行信號調理，完成信號的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊I的A/D轉換端。2)主控模塊1，由單片機LPC936構成的主控模塊I來匯總各個傳感器傳回的數據，數字傳感器201傳回的數字信號直接用I/O讀取，通過程序進行數據解析，提取出所需要的信號，模擬傳感器202傳回的電信號通過A/D轉換器轉換成數字信號。3)藍牙無線通訊模塊4，主控模塊I通過串口 TX/RX與藍牙無線通訊模塊4相連，使主控模塊I具有無線收發功能。主控模塊I通過藍牙無線通訊模塊4將提取的所需信號發送給手持機系統5，手持機系統5再通過無線通信網絡發送給監控平臺。電源6為各個部分提供電能。
[0024]在本實施例中，主控模塊I通過藍牙無線通訊模塊4接收手持機系統5所發出的命令，根據不同的命令獲取相應的數據。通過I/o模擬串口方式讀取血氧飽和度和心率測量模塊發送到數據包，并從中提取代表血氧飽和度和心率的數據；初始化環境或人體參數測量傳感器，讀取溫度和濕度數據、紫外線照度、CO濃度和絕對大氣壓；將I/O 口電壓進行A/D轉換，以約定的協議通過藍牙無線通訊模塊4發送數據給手持機系統5。
[0025]在本實施例中，主控模塊I選用的是PHILIPS公司生產的LPC936單片機，單片機串口用于主控模塊I同藍牙無線通訊模塊4之間的數據傳輸。人體表面溫濕度、環境溫濕度等數據均是由單片機經串口發送至藍牙無線通訊模塊4，再由藍牙無線通訊模塊4發送至監控平臺；利用單片機的定時器來模擬串口進行數據傳輸；10 口作為溫度傳感器DS18B20和溫濕度模塊AM2302的雙向數據接口 ；單片機一個A/D轉換模塊中的3路，將CO濃度，紫外線照度和絕對大氣壓的電壓信號轉換成微控制器可識別的數字信號。
[0026]LPC936外部電路連接如圖2所示。測量體表溫濕度和環境溫濕度的DS18B20和AM2302分別與單片機的一個雙向I/O 口相連。藍牙無線通訊模塊4與單片機的串口連接，可實現接收監控平臺下發的命令，以及上傳體表溫濕度、環境溫濕度、血氧飽和度、心率、CO濃度、紫外線照度、絕對大氣壓等數據的功能。由于在本實施例中，采集環境參數和人體生命參數的傳感器是分離在兩塊電路板上的，通過P2接口飛線將供電電壓輸出到環境采集傳感器，并將環境采集傳感器產生的電壓和數字信號輸入到單片機的A/D轉換接口和相應的I/O接口。在本實施例中，選用AD00、AD01和ADO 2分別作為CO濃度、紫外線照度和絕對大氣壓模塊所產生的電壓信號的A/D轉換輸入口。
[0027]在本實施例中，電源模塊6選用9V鋰電池為系統供電。選用穩壓芯片LM1117-3.3和LM1117-5.0為單片機和藍牙無線通訊模塊輸出準確的電壓值。
[0028]在本實施例中，人體表面溫濕度測量使用濕度傳感器AM2302和溫度傳感器DS18B20。
[0029]在本實施例中，如圖3所示，單片機和濕度傳感器AM2302之間僅需要一個端口引腳進行通訊。傳感器的串行數據引腳直接與單片機的I/O 口相連，單片機與傳感器的連接線很短，采用5K的上拉電阻可以保證數據讀取的精度。
[0030]在本實施例中，如圖4所示，人體表面溫度測量使用溫度傳感器為DS18B20，采用外部電源法。I/o線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他數據往來。
[0031]在本實施例中，血氧飽和度與心率測量傳感器采用NXSPO血氧模塊，同時該血氧模塊的供電電壓為3.3V，正常工作時的電流只有30mA，具有很低的功耗，非常適合用電池供電的便攜式設備。
[0032]在本實施例中，選用飛利浦耳夾血氧探頭P3325，為了適應設計需求，去除原有設備接頭，按順序與本實用新型電路板設計規則連接。
[0033]在本實施例中，采用藍牙技術實現主控模塊I與外部通訊設備即手持機系統的無線數據傳輸。藍牙通訊原理示意圖如圖5所示，在該模塊的設計中，藍牙協議棧中的協議由藍牙無線通訊模塊實現，單片機作為藍牙無線通訊模塊的主機使用，單片機實現數據采集、處理以及同藍牙無線通訊模塊之間的通信，單片機的串口與藍牙無線通訊模塊的串口相連接，本實用新型采用藍牙無線通訊模塊為ZX-15M V2.13，以串行方式與單片機相連。
[0034]用于監測環境參數的傳感器構成一個外部環境參數監測模塊，集成了外部溫濕度傳感器(AM2302、DS18B20)、一氧化碳濃度(NAP-505)、紫外線照度(G5842)和絕對大氣壓(MPX4115A)測量模塊，其結構原理如圖6所示，首先建立傳感器所需的測量環境電路，NAP-505需要建立起RE電極引腳和CE引腳之間的反饋回路，使CE引腳上的電壓保持WE引腳的恒定電位，才能保證傳感器的正常工作，MPX4115A要對傳感器提供5V的供電，搭建去耦網絡，保證輸出精度，根據不同的傳感器的輸出電信號不同，建立不同的信號調理電路，NAP-505和G5842輸出電流信號，而信號處理一般是電壓信號,所以將其轉化成電壓信號，放大合適的倍數后進行A/D轉換實現對信號的測量，MPX4115A輸出電壓信號，而且其電壓輸出范圍明顯超出A/D轉換的參考電壓，所以先對輸出電壓信號進行分壓，然后再進行A/D轉換。
[0035]本實用新型的有益效果是，可以同步測試該實用新型使用者生命特征及所處作業環境參數，在現有裝備基礎上進行的嵌入式設計不給使用者增加額外負擔，為切實保障特殊環境下作業人員的生命健康提供支持。
[0036]盡管上面對本實用新型說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本【技術領域】的技術人員理解本實用新型，但應該清楚，本實用新型不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1.一種嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，包括多個用于監測人體生命基本特征的傳感器，其特征在于，還包括:多個用于監測環境參數的傳感器、主控模塊、藍牙無線通訊模塊及頭盔/安全帽； 傳感器、主控模塊以及藍牙無線通訊模塊外置于頭盔/安全帽； 所述的用于監測人體生命基本特征的多個傳感器分別完成體表溫度、體表濕度、血氧飽和度、心率和脈搏的測量，得到人體生命基本特征數據； 所述的用于監測環境參數的多個傳感器分別完成環境溫度、環境濕度、氣壓、海拔、CO濃度和紫外線照射強度的測量，得到環境參數數據； 所述的主控模塊分別與用于監測人體生命基本特征的多個傳感器、用于監測環境參數的多個傳感器連接，用于接收各個傳感器傳回的人體生命基本特征數據、環境參數數據；其中，傳感器中的數字傳感器輸出與主控模塊I/o端連接，主控模塊直接進行數據解析，提取出所需要的信號，傳感器中的模擬傳感器輸出與主控模塊的A/d轉換端連接，主控模塊進行模數轉換、數據分析，然后提取出所需的信號； 所述主控模塊通過串口與藍牙無線通訊模塊相連，主控模塊通過藍牙無線通訊模塊將提取的所需信號發送給手持機系統，手持機系統再通過無線通信網絡發送給監控平臺。
2.根據權利要求1所述的嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，其特征在于，所述的模擬傳感器輸出在調理電路中進行信號調理，完成信號的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊的A/D轉換端。
3.根據權利要求1所述的嵌入式生命體征與環境信息感知裝置，其特征在于，所述的模擬傳感器輸出在調理電路中進行信號調理，完成信號的濾波放大的處理，再輸出到主控模塊的A/D轉換端。
【文檔編號】G01D21/02GK203724080SQ201320785458
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】周龍甫, 呼永河, 趙明, 張超群 申請人:中國人民解放軍成都軍區總醫院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
