專利名稱：一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于診斷目的的測量，特別是涉及同時測定心血管狀況和不同類型的身體狀況的裝置。
背景技術：
在當今的醫療狀況下，由于患者連續性健康信息數據缺失，醫生往往依靠主訴判斷既往情況；然而患者就醫的時間節點在疾病出現后，使醫生無法了解對于緩慢累積的重大慢性疾病醞釀情況及個人形成原因，這些情況均導致醫生的診斷準確性在一定程度上受到了影響；同時，重大慢性疾病醞釀早期時，任何器官均沒有明顯器質性變化，只是功能性變化階段，無法選擇有針對性的預防性項目，而個人體檢項目為普遍性篩查，難以依照個人身體狀況和遺傳情況等需求因素進行選擇安排；老年人、慢性病患者和兒童在進行戶外活動時，會有不慎摔倒的情況，此時如果不能得到及時救助，會導致比較嚴重的后果。當監護者出現突發病癥或不慎摔倒時，若不能及時獲取相關的生理參數并及時通知醫生，將延誤治療時機，增加醫療風險。傳統的監護儀器要么沒有很好地把運動監護和運動狀態下的體征參數監護結合起來，要么不能及時地將使用者實時監護數據呈現給醫生進行分析與診斷，大大降低了監護數據的價值，要么沒有考慮到監護儀器佩戴的舒適度，監測的便捷性和使用者的隱私權，給使用者的日常生活帶來了比較大的負擔。
如何結合當前成熟的監護技術和迅速發展的微電子技術，開發具有跌倒報警功能的便攜式監護儀已成為新的發展趨勢和研究方向。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，不僅在運動狀態下的采集體征參數，而且具有跌倒報警功能。本實用新型解決上述技術問題的方案如下:一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，該裝置包括主控單元、血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、報警單元、藍牙通信單元、2G/3G手機和液晶顯示單元，其特征在于，所述的主控單元由單片機構成；所述的血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、本地報警單元、液晶顯示單元和藍牙通信單元依次分別與所述單片機的AD/DA 口、SPI 口、AD 口、一組I/O 口、另一組I/O 口和串行口連接；所述的2G/3G手機與所述的藍牙模塊無線連接，由2G/3G手機通過2G/3G網絡與遠程服務終端進行數據交換；所述的血氧信號采集單元由血氧探頭和血氧信號采集模塊連接組成；所述的心電信號采集單元由心電電極和心電信號采集模塊連接組成；所述的跌倒監測單元由三軸加速度傳感器構成。為了進一步提高數據的存儲量，本實用新型所述的移動健康監護裝置還包括存儲單元，該存儲單元與所述單片機的另一 SPI接口連接。[0010]上述技術方案中，所述的本地報警單元由聲音報警電路和振動報警電路組成，其中，所述的聲音報警電路由電子開關與揚聲器串聯組成，所述的振動報警電路由電子開關與微型震動馬達串聯組成。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型能夠在監測使用者是否發生跌倒的同時監測使用者心電、心率、血氧飽和度參數；這些參數不僅可以單獨在移動健康監護裝置上顯示，同時也可以將裝置放入口袋里，監護數據通過藍牙實時傳輸至健康監護手機上顯示；當發現使用者跌倒或者相關生理參數出現異常時，移動健康監護裝置的報警裝置發出報警信號，健康監護手機自動向相關人員發出短信提醒，提醒他人進行救助；醫生可以隨時通過健康監護網站獲得使用者的生理信息，及時給使用者提供一些生活指南；同時該移動健康監護裝置具有微型化，纖薄美觀，便于攜帶和方便使用等優點。

圖1為本實用新型所述的一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置的結構框圖。圖2 圖12為本實用新型的一個具體實施例的電路原理圖，其中，圖2為充電管理電路，圖3為穩壓電路，圖4為主控單元電路，圖5為存儲單元電路，圖6為實時時鐘電路，圖7為液晶顯示單元電路，圖8為本地報警單元電路，圖9為藍牙通信單元電路，圖10為心電信號采集單元電路，圖11為血氧信號采集單元電路，圖12為跌倒監測單元電路。圖13 16為本實用新型所述移動健康監護裝置的流程圖，其中，圖13為主程序，圖14為心電數據處理子程序，圖15為容積脈搏波數據處理子程序，圖16為跌倒判斷子程序。
具體實施方式
參見圖1，整個移動健康監護裝置的電路由主控單元、血氧信號采集單元、心電信號采集單元、本地報警單元、藍牙通信單元、3G手機、液晶(IXD)顯示單元、存儲單元、充電管理電路和穩壓電路組成。上述各單元電路的具體實施方式
如下所述。參見圖4，主控單元電路為單片機STM32F103RE (U4)構成的最小控制系統，其中，U4為32位單片機，它包含51個通用I/O 口，512KB的程序空間，64KB的RAM，5路多通道緩沖串行口，18通道12位分辨率的模擬數字轉換器，雙通道8位/12位數字模擬轉換器，最高工作頻率可達72MHz ;晶振Xl和Y2的頻率分別為8MHz和32768Hz，電容C37、C38、C62、C63為晶振的起振電容，電容C64 C70為單片機的濾波電容。參見圖2，充電管理電路由線性充電管理控制器MCP73831 (Ul)及其外圍元件組成，其中，Ul將經Micro USB接口 Jl輸入的+5V電壓變換為3.7V 4.2V對鋰電池BTl進行恒流/恒壓充電；外圍元件中，TVS管D3保護電路免受各種原因造成的電壓和電流造成的瞬態干擾，發光二極管D14在電池充電過程中起狀態指示的作用。參見圖3，穩壓電路由無電容低壓降穩壓器TPS73633 (TPSI)和無電容低壓降穩壓器TPS73630 (TP S2)及其外圍元件組成，其中，TPSl將鋰電池BTl輸入的電壓變換為+3.3V(DVDD),為主控單元電路、存儲單元電路、實時時鐘電路、液晶顯示單元電路、藍牙通信單元電路，和心電信號采集單元電路供電，TPS2將鋰電池BTl輸入的電壓變換為+3V (AVDD)，為血氧信號采集單元電路和跌倒監測單元電路供電；外圍元件中，電阻R19和R24對TPSl和TPS2的EN 口輸出的電壓進行分壓后送至主控單元中單片機U4的模數轉換端口 PCO，檢測當前電池所剩余電量。參見圖5，存儲單元電路由64M-Bit串口式閃存W25Q64CV (Fl)和排阻RPll組成，其中，排阻RPll為上拉電阻，其端口 SPI2CLK、SPI2MIS0、SPI2M0SI的一端分別連接Fl的時鐘端CLK、輸出端SO和輸入端SI，另外一端分別連接單片機U4的SPI接口 PB13 PB15，FLASH芯片采用SPI的方式與單片機通訊。參見圖6，實時時鐘電路由時鐘芯片DS1302 (U2)及其外圍電路組成，其中，U2外圍電路中，TVS管D15保護電路免受瞬態干擾的破壞，晶振Yl的頻率為32768Hz，電容C60為旁路電容，排阻RP9為分別與U2的SCLK、S10及I/O 口連接的上拉電阻，二者結點的引出線DSIO、DSCLK和DSRST分別與單片機U4的I/O 口 PB8 PBlO連接。參見圖7,液晶顯示單元電路由2.6英寸分辨率為240*320的液晶顯示器IXD和亮度控制電路組成，其中，亮度控制電路由N溝道MOS管Q5和電阻R47、R48組成；IXD的8位數據通訊口 DB8 DB15分與單片機U4的I/O 口 PBO PB7連接，IXD的寄存器選擇接口IXDRS、寫數據接口 LCDWR、復位接口 IXDRST、背光控制接口 IXDLAMP分別與單片機U4的I/O 口 PC8 PClO 及 PA15 連接。參見圖8，本地報警單元由聲音報警電路和振動報警電路組成，所述本地報警單元中，聲音報警電路由N溝道MOS管Q7構成的電子開關和揚聲器LSl串聯組成，其中Q7的柵極串聯電容C72后與單片機U4的I/O 口 PA6連接；振動報警電路由N溝道MOS管Q8構成的電子開關和微型震動 馬達B2串聯組成，其中Q8的柵極串聯電阻R54后與單片機U4的I/O 口 PCll 連接。參見圖9，藍牙通信單元電路由藍牙模塊HC-05 (BI)和藍牙開關控制電路組成，其中，藍牙開關控制電路由P溝道MOS管Q6和電阻R55、R57組成，該電路中Q6的柵極串聯電阻R57后與單片機U4的I/O 口 PA8相連；B1的數據輸出端口 TX和數據接收端口 RX分別與單片機的I/O 口 PAlO和PA9相連，BI的狀態指示端口 P109通過電阻R59與單片機U4的I/O 口 PAO連接，BI的狀態指示端口 P108通過電阻R51連接至發光二極管Dll的陽極，用于指示當前的藍牙工作狀態。參見圖10，心電信號采集單元電路由三導聯的心電電極和心電信號采集模塊連接組成，其中，心電信號采集模塊由低通濾波電路、高通濾波電路和集成ECG前端的8通道24位模數轉換器ADS1298依次連接組成。上述心電信號采集模塊中，低通濾波電路由電阻R2、R3和電容C4、C5組成的二階無源濾波電路、由電阻R7、R8和電容C8、C9組成的二階無源低通濾波電路、由電阻R13、R14和電容C13、C14組成的二階無源低通濾波電路和由電阻R20、R21和電容C17、C18組成的二階無源低通濾波電路組成；高通濾波電路由電阻RlO和電容C7組成的一階高通濾波電路、由電阻R16和電容C12組成的一階高通濾波電路、由電阻R23和電容C15組成的一階無源高通濾波電路組成；低通濾波電路的輸入端經心電導聯線和接口 J2與三導聯的心電電極連接。上述四路二階無源低通濾波電路的輸入分別為來源于心電電極RLD、LL、RA、LA的人體心電信號，初步濾除心電信號中的高頻成分，其中RLD信號經電阻Rl、R4和電容C4組成的四端網絡分別送到ADS1298的數據口 RLDOUT、RLDIN和RLDINV ；LL、RA和LA的人體心電信號分別經低通濾波和高通濾波后各分為兩路送到ADS1298的數據口 IN2P、IN3P、ININ、IN2N、IN3N和IN1P，經過ADS1298芯片的處理之后，通過SPI的方式傳送至單片機U4。參見圖10，ADS1298芯片的數據輸出口 DOUT、數據輸入口 DIN、時鐘口 SCLK、復位口 RESET、數據就緒標志DRDY、片選口 CS分別與單片機的I/O 口 PB14、PB15、PB13、PB12、PB11、PC12 相連。參見圖11，血氧信號采集單元電路由血氧探頭和血氧信號采集模塊連接組成，其中，血氧信號采集模塊由血氧探頭內LED發光時序及亮度控制電路、脈搏波信號調理電路組成。血氧信號采集單元電路的具體實施方案如下:LED發光時序及亮度控制電路是由P溝道雙MOS管Q1、兩只N溝道雙MOS管Q2、Q3及電阻R37、R38、R27、R28、R41、R42、R45和電容C39組成的H橋驅動電路；Q2的兩柵極Gl和G2分別經電阻R37和R38與單片機U4的I/O 口連接，電阻R42和R45的結點經電阻R41單片機U4的數模轉化接口連接。脈搏波信號調理由依次連接的積分運算電路、減法運算電路和電壓跟隨器組成，其中，積分運算電路由運算放大器0PA4348中U3A與電阻R30、R31、R36和電容C40組成；減法運算電路由運算放大器0PA4348中U3B與電阻R32、R34、R39、R40、R43、R44和電容C43組成，該電路將前一級輸入的血氧信號與單片機U4的數模轉換端口 PA4輸入的控制信號進行減法運算；電壓跟隨器由運算放大器0PA4348中U3C連接構成。血氧探頭連接在接口 J3上，血氧探頭中的兩只以背靠背方式連接的LED分別串接在Q2和Q3的漏極Dl、D2之間，血氧探頭中的光敏管輸出端并聯在電阻R35上。參見圖12，跌倒監測單元電路三軸加速度傳感器MMA7260QT (Ml)與外圍元件組成，其中，Ml量程選擇端口 G_SEL1通過電阻R58下拉為低電平，G_SEL2通過電阻R60上拉至高電平，將Ml的量程固定至O 4g，X、Y、Z三軸的加速度輸出端口 X0UT、Y0UT、Z0UT通過排阻RP7和電容C48、C49、C51組成的低通濾波電路與單片機U4的AD 口 PCl PC3相連接，Ml的睡眠控制接口 SLEEP通過電阻R61與單片機U4的I/O 口 PD2連接，由單片機U4把Ml輸出的模擬信號轉化為數字信號。當系統檢測到人體的合加速度值大于A (本例中A=2.5g)時即開始監測時間T (本例中T=3秒)之后人體合加速度值是否小于B (本例中B=L 2g)并且處于平躺狀態，如果是，即可判斷為使用者發生了跌倒行為，移動健康監護裝置會及時發出報警信號 ，求助他人；同時也會自動存儲使用者此時的生理信息，以便給醫生的救助提供參考與指導。 圖2 圖12所示的移動健康監護裝置工作的主程序如圖13所示。參見圖13，系統開始工作后，依次進行心電數據處理、容積脈搏波數據處理、跌倒狀態判斷，然后由單片機U4將是否報警的信息和所得到的生理信息通過藍牙發送至3G手機，然后由手機通過3G網絡上傳至健康管理服務器。當使用者跌倒或當前生理參數異常時，手機在上傳數據的同時向監護人發送尋求幫助的求助短信。參見圖14，在心電數據處理子程序開始時，系統先判斷心電導聯連接是否正常，如果導聯連接不正常，系統會提示用戶檢查心電導聯線與人體的連接，直到連接正常之后，單片機U4通過SPI接口獲取心電信號。單片機U4將所獲得的心電信號先用FIR數字濾波器濾除信號中的高頻和工頻干擾信號，再進行平滑濾波和基線處理，然后依次進行R波識別和心率計算。最后，在顯示、存儲心電圖波形和心率的同時，單片機U4則判斷當前心率值和心電圖是否正常，如果有異常，便控制本地報警單元電路發出聲音和震動報警。參見圖15，在容積脈搏波數據處理子程序開始時，系統先判斷血氧探頭連接是否正常，如果探頭連接不正常，系統會提示用戶檢查血氧探頭與人體的連接，直到連接正常之后，單片機U4便開始通過血氧探頭獲取人體容積脈搏波信號。單片機U4對所獲得的容積脈搏波數據先進行FIR數字濾波，濾除高頻和工頻干擾信號，再進行平滑濾波和基線處理，然后依次進行容積脈搏波特征點的識別、容積脈搏波信號中的交流分量和直流分量的提取和心率與血氧飽和度的計算，最后，在顯示與存儲脈搏波波形和心率、血氧值的同時，便判斷當前生理參數是否正常，如果不正常，單片機U4便控制本地報警單元電路發出聲音和震動報警。參見圖16，在跌倒判斷子程序開始時，系統首先將所采集到的X、Y、Z三個方向的加速度值轉化為數字信號，然后對數字信號進行均值濾波處理，再算出合加速度值。如果在預設時間(本例為I秒)內，各采樣點的合加速度值均大于門限值A (本例中A=2.5g)便開始等待，如果在等待的時間(本例為3秒)內，各采樣點的合加速度值均小于門限值B (本例中B=L 2g)便判斷為使用者發生了跌倒行為，單片機U4則控制本地報警單元電路發出聲音和震動報警 ，求助他人。
權利要求1.一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，該裝置包括主控單元、血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、報警單元、藍牙通信單元、2G/3G手機和液晶顯示單元，其特征在于，所述的主控單元由單片機構成；所述的血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、本地報警單元、液晶顯示單元和藍牙通信單元依次分別與所述單片機的AD/DA 口、SPI 口、AD 口、一組I/O 口、另一組I/O 口和串行口連接；所述的2G/3G手機與所述的藍牙模塊無線連接，由2G/3G手機通過2G/3G網絡與遠程服務終端進行數據交換；所述的血氧信號采集單元由血氧探頭和血氧信號采集模塊連接組成；所述的心電信號采集單元由心電電極和心電信號采集模塊連接組成；所述的跌倒監測單元由三軸加速度傳感器構成。
2.根據權利要求1所述的一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，其特征在于，還包括存儲單元，該存儲單元與所述單片機的另一 SPI接口連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，其特征在于，所述的本地報警單元由聲音報警電路和振動報警電路組成，其中，所述的聲音報警電路由電子開關與揚聲器 串聯組成，所述的振動報警電路由電子開關與微型震動馬達串聯組成。
專利摘要本實用新型涉及一種具有跌倒報警功能的移動健康監護裝置，該裝置包括主控單元、血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、報警單元、藍牙通信單元、2G/3G手機和液晶顯示單元，其特征在于，所述的主控單元由單片機構成；所述的血氧信號采集單元、心電信號采集單元、跌倒監測單元、本地報警單元、液晶顯示單元和藍牙通信單元依次分別與單片機的AD/DA口、SPI口、AD口、一組I/O口、另一組I/O口和串行口連接；所述的2G/3G手機與所述的藍牙模塊無線連接，由2G/3G手機通過2G/3G網絡與遠程服務終端進行數據交換；所述血氧信號采集單元由血氧探頭和血氧信號采集模塊連接組成；所述心電信號采集單元由心電電極和心電信號采集模塊連接組成；所述跌倒監測單元由三軸加速度傳感器構成。
文檔編號A61B5/11GK203153717SQ201320175280
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者周凌宏, 袁衡新, 耿慶山, 吳書裕, 薛冰冰, 李亞萍 申請人:南方醫科大學