本實用新型屬于智能監護技術領域，具體地說，是涉及一種用于自動監測人體心率變化的監護裝置。

背景技術：

心率是指心臟每分鐘跳動的次數，其能較可靠地反映出人體的機能狀況，可以為某些疾病的早期發現提供依據。因此，心率是一項應當長期檢測的項目，尤其是對于心臟病患者和老年人而言，心率檢測應成為這類特殊人群日常監護的一項重要任務。

監測心率的方法很多，目前較為常見的方法有：壓力法、紅外法、電阻法和心電位法。其中，較為專業并可應用于醫學臨床的是壓力法和心電位法，但是這兩種方法都需要醫學專業設備和專業知識才能測量，不當的使用方法會產生極大的測量誤差。紅外法和電阻法常見于家庭應用的小型設備，基于這兩種方法設計的設備均屬于臨時測量設備，不能起到長期監控的作用，并且個體之間的測量誤差差異較大。

臨床心率檢測方法較為繁雜，容易受到肌電干擾、運動干擾、電極接觸干擾和外電設備干擾，且需要在人身上貼電極，人在檢測過程中不能隨意活動，靈活性較差。另外，一般的心率測量裝置通常采用電腦或其它大型機器作為終端，兼具顯示、分析處理和控制功能，需要較為繁瑣的安裝過程和較多的放置空間，而且監測者監測數據的方式較為單一，不夠靈活便捷。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于壓電傳感器的心率監測裝置，在保證心率檢測的準確性和實時性的前提下，可以提高檢測的靈活性和便捷性。

為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現：

一種基于壓電傳感器的心率監測裝置，包括心率采集模塊、中繼模塊和監護終端；所述心率采集模塊用于檢測人體的心率，包括殼體以及安裝在所述殼體內的壓電傳感器、信號采集單元和第一通訊單元；所述壓電傳感器用于檢測人體的心跳產生的振動，并轉換成相應的電信號輸出；所述信號采集單元接收所述壓電傳感器輸出的電信號，并轉換成振動數據輸出；所述第一通訊單元接收所述信號采集單元輸出的振動數據；所述中繼模塊獨立于所述心率采集模塊單獨配置，包括第二通訊單元和處理器，所述第二通訊單元與所述的第一通訊單元進行通信，接收所述的振動數據；所述處理器接收所述第二通訊單元輸出的振動數據，并轉換成心率數據發送至所述的第二通訊單元；所述監護終端與所述的第二通訊單元進行通訊，接收第二通訊單元發出的心率數據。

為了使所述的心率采集模塊能夠根據實際使用需求靈活布置，本實用新型設計所述第一通訊單元與第二通訊單元采用無線通信方式進行數據傳輸；其中，所述第一通訊單元接收所述信號采集單元輸出的振動數據，并轉換成射頻信號發送至所述的第二通訊單元，經由第二通訊單元轉換成電信號后發送至所述的處理器。

優選的，所述的第一通訊單元可以是RF433射頻模塊、藍牙模塊或者WiFi模塊；在所述第二通訊單元中設置有與所述第一通訊單元匹配通信的RF433射頻模塊、藍牙模塊或者WiFi模塊；為了實現遠程監護的目的，在所述第二通訊單元中還設置有移動通信模塊，經由移動通信網絡與所述的監護終端進行數據交互。

進一步的，在所述心率采集模塊中還設置有第一供電單元，輸出工作電源為所述的壓電傳感器、信號采集單元和第一通訊單元供電；所述第一供電單元內置于所述的殼體中。在所述中繼模塊中還設置有第二供電單元，輸出工作電源為所述的第二通訊單元和處理器供電；所述中繼模塊封裝在一獨立的殼體中。

為了起到防塵、防水的作用，所述心率采集模塊的殼體包括上下兩層防水外殼，在所述殼體中設置有易于傳導振動信號的填充物，利用所述填充物將所述壓電傳感器與上層外殼相貼合，以提高心率檢測的準確性。

優選的，所述填充物為塑膠墊、乳膠墊或者海綿；所述上下兩層防水外殼為塑料外殼，相互扣合形成密閉腔室。

優選的，所述心率采集模塊的殼體優選設計成方形，所述壓電傳感器為長條形，貼合在所述心率采集模塊的所述上層外殼的中間位置，以提高振動信號檢測的靈敏度。

為了對被監護者的生活環境以及活動情況進行綜合監測，本實用新型在所述中繼模塊中還設置有紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器和噪聲傳感器中的一種或多種，連接所述的處理器，繼而通過處理器經由所述的第二通訊單元將檢測到的人體活動情況和環境參數發送至遠程的監護終端，實現遠程監護。

優選的，所述的監護終端可以是護理人員日常使用的智能手機或者計算機等，在方便護理人員使用的同時，可以避免護理人員因需額外購置監護終端而導致購置成本上升等問題。

與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是：

（1）本實用新型的心率檢測裝置基于壓電傳感器來感測被監護者的心率變化和呼吸頻率，檢測靈敏度高，簡單易用，成本低，無需專業人員安裝，便于市場推廣；

（2）本實用新型將心率采集模塊和中繼模塊設計成分體式結構，不僅易于安裝和維護，而且可以根據實際使用需求將心率采集模塊直接鋪設在床墊上方、被褥下方或者沙發、座椅的坐墊上使用，布置靈活，不需要隨身攜帶無束縛感，在多種場合都能完成心率監測功能，而且無需被監護者執行任何操作，實現了被監護者最少介入的目的，并且不會對被監護者的日常生活產生任何影響；

（3）本實用新型通過將檢測到的心率數據實時地傳輸至遠程的監護終端，從而使護理人員可以隨時查看被監護者的心率數據和呼吸頻率，以便在被監護者出現危險情況時能夠及時采取救助措施，使用便捷靈活。

結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其它特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1是本實用新型所提出的心率監測裝置的一種實施例的電路原理框圖；

圖2是圖1中心率采集模塊的一種實施例的結構示意圖；

圖3是圖1中中繼模塊的一種實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細地描述。

參見圖1所示，本實施例的心率監測裝置主要由心率采集模塊10、中繼模塊20和監護終端30三部分組成。其中，心率采集模塊10和中繼模塊20采用分體式結構設計，可以根據被監護者的實際使用需求布置在不同的位置，以提高使用上的便捷性和靈活性。其中，心率采集模塊10用于檢測由于人體的心臟跳動和呼吸而產生的振動信號，使用時可以鋪設在床墊上方或者被褥下方或者沙發、座椅的坐墊上，以準確地采集振動數據，并發送至中繼模塊20。所述中繼模塊20用于從接收到的振動數據中提取并轉換生成心率數據，發送至遠程的監護終端30，以實現護理人員對被監護者的遠程監護。

下面結合圖1，對本實施例的心率監測裝置的具體組建結構及其工作原理進行詳細闡述。

在本實施例的心率采集模塊10中主要設置有壓電傳感器、信號采集單元、第一通訊單元和第一供電單元等電路模塊。其中，壓電傳感器是一種基于壓電材料的壓電效應來將壓力信號轉換成電信號的電子器件。為提高心率檢測的精度，本實施例優選采用高靈敏度的MEMS傳感器來實現對微小振動信號的準確感知，以完成對人體心率和呼吸頻率等生命體征數據的準確檢測。將通過壓電傳感器感應輸出的振動信號發送至信號采集單元，通過信號采集單元將振動信號轉換成相應的振動數據，傳送至第一通訊單元。所述第一通訊單元用于與中繼模塊20進行數據交互，以將檢測到的振動數據發送至所述的中繼模塊20。所述第一供電單元用于為所述的壓電傳感器、信號采集單元和第一通訊單元供電，提供其所需的工作電源。為了便于心率采集模塊可以根據實際使用需要隨意布放，本實施例優選采用電池供電的方式來設計所述的第一供電單元，并在所述的第一供電單元中設置充放電電路，利用充放電電路對所述電池進行充放電控制，并實現對電池剩余電量的實時檢測。所述充放電電路將檢測到的電池剩余電量發送至所述的信號采集單元，當信號采集單元檢測到電池電量過低時，生成低電告警信號，發送至所述的中繼模塊20，進而經由中繼模塊20發送至監護終端30，以提醒護理人員及時充電，保證心率檢測的連續性。

在本實施例的中繼模塊20中主要設置有第二通訊單元、處理器CPU和第二供電單元等電路模塊。其中，第二通訊單元用于與心率采集模塊10中的第一通訊單元進行通信，以接收心率采集模塊10檢測到的振動數據。在本實施例中，所述第一通訊單元和所述第二通訊單元可以采用有線通信方式進行數據交互，也可以采用無線通信方式進行數據傳輸。為了便于被監護者使用所述的心率監測裝置，本實施例優選采用無線通信方式設計所述的第一通訊單元和第二通訊單元。作為本實施例的一種優選設計方案，本實施例優選采用RF433射頻模塊、藍牙模塊或者WiFi模塊等支持近距離傳輸的無線射頻模塊設計所述的第一通訊單元，以將信號采集單元輸出的振動數據轉換成射頻信號，發送至所述的中繼模塊20。在所述中繼模塊20的第二通訊單元中設置與所述第一通訊單元匹配通信的無線射頻模塊，例如RF433射頻模塊、藍牙模塊或者WiFi模塊等，以實現與第一通訊單元的無線通信功能。

所述第二通訊單元將接收到的射頻數據轉換成電信號，傳輸至所述的處理器CPU。所述處理器CPU對接收到的電信號（振動數據）進行過濾、處理，以轉換成表示心率、呼吸頻率等生命體征的數據（以下稱心率數據）發送至所述的第二通訊單元，進而經由第二通訊單元發送至所述的監護終端30。

為了實現遠程監護的目的，本實施例優選在第二通訊單元中進一步設置移動通信模塊，例如GPRS模塊、GSM模塊、CDMA模塊等，進而通過移動通信網絡實現中繼模塊20與監護終端30的數據通信，以將被監護者的心率及呼吸情況實時地發送給護理人員，以便于護理人員隨時、隨地的掌握被監護者的身體狀況，在出現危險情況時可以及時施救。

在所述的中繼模塊20中，第二供電單元負責整個中繼模塊20的電源管理，可以為所述的第二通訊單元和處理器CPU提供其所需的工作電源。同樣的，為了便于使用者布放，所述第二供電單元也優選采用電池供電的方式進行電路設計，同時在第二供電單元中設置充放電電路，以實現對所述電池的充放電控制。利用所述充放電電路對所述第二供電單元中的電池的剩余電量進行檢測，并實時地傳輸至所述的處理器CPU。當所述處理器CPU檢測到電池電量過低時，生成低電告警信號，經由第二通訊單元發送至所述的監護終端30，以提醒護理人員及時充電，確保心率監測裝置能夠連續使用。

在本實施例中，所述監護終端30可以是智能手機或者計算機等，將被監護者的心率變化顯示在監護終端30的顯示屏上，以便于護理人員實時觀測。

為了使本實施例的心率監測裝置可以根據用戶的實際使用需要進行合理布放，本實施例將所述心率采集模塊中的電路模塊密封布設在一個獨立的殼體11中，如圖2所示。所述殼體11優選采用防水、耐壓且易傳導振動信號的材料制成，例如可以設計成塑料殼體11，以實現對所述壓電傳感器、信號采集單元、第一通訊單元和第一供電單元等電路模塊的封裝和防水絕緣保護。

在本實施例中，可以將所述塑料殼體11設計成上、下兩層結構，即上層塑料外殼和下層塑料外殼，將兩層塑料外殼相互扣合形成密閉腔室，以保護安裝在其內部的電子部件和電子線路。

此外，在上、下兩層外殼之間設置易于傳導振動信號的填充物，例如塑膠墊、乳膠墊或者海綿等，以起到密封、防塵、防水的作用。利用所述填充物將所述壓電傳感器與上層外殼緊密貼合，可以提高心率檢測的準確性。如圖2所示，本實施例優選將所述殼體11設計成方形結構，例如8cm*8cm的橫截面形狀，殼體11的厚度應控制在2cm以內，越薄越好，以避免被監護者壓在其上時產生不舒適的感覺。壓電傳感器12通常為長條形，例如5cm左右，優選貼合在上層外殼的中間位置，例如正中位置處，以提高振動信號檢測的靈敏度。

根據實際使用需求，可以將所述的心率采集模塊10鋪設在床上、沙發上或者座椅上使用，在不同場合下均可以完成心率監測功能。并且，所述心率采集模塊10不需要隨身攜帶，無束縛感，使用過程中無需過多操作，不會影響到被監護者的日常生活，達到了被監護者最少介入的設計目的。

對于所述的中繼模塊20，同樣可以獨立地設置在一個單獨的殼體21中，例如與心率采集模塊10相同的塑料殼體中，以起到保護其內部電路的作用。作為本實施例的一種優選設計方案，所述殼體21也優選設計成方形結構，例如8cm*8cm的橫截面形狀，厚度上沒有過多要求。使用時，可以擺放在床頭或者距離心率采集模塊10不遠的合適位置即可。

為了對被監護者的生活環境以及活動情況實現綜合監測，本實施例在所述中繼模塊20中還可以進一步設置紅外傳感器22、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器和噪聲傳感器等環境參數感應器件，如圖1所示。將這些環境參數感應器件安裝在中繼模塊20的殼體21上，并連接所述的處理器CPU，通過處理器CPU接收各個環境參數感應器件感應輸出的檢測信號，并轉換成相應的檢測數據，經由第二通訊單元發送至遠程的監護終端30，以實現遠程綜合監護的功能。

作為本實施例的一種優選設計方案，可以將所述的紅外傳感器22設置在中繼模塊20的上層殼體上，如圖3所示，優選位于上層殼體的正中位置，以便于對室內的人體進行有效掃描。紅外傳感器22通過檢測人體發出的紅外線判定是否有人體在其所在的室內活動，如果超過24小時沒有檢測到紅外信號，則判定被監護者外出或者發生意外，進而做出應急處理，通過中繼模塊20向監護終端30發出告警提醒。將所述中繼模塊20放置在床頭位置，因為紅外傳感器22的檢測具有一定角度，因此可以過濾掉小貓、小狗等矮小動物對檢測數據的影響。

在中繼模塊20的上層殼體上、位于紅外傳感器22的相對兩側的位置處還可以進一步開設收音孔23，所述收音孔23與內置于殼體21中噪聲傳感器正對，以準確地感知環境噪聲。通過光照傳感器和噪聲傳感器采集光照、噪聲等數據，可以分析出被監護者所處的睡眠環境是否對被監護者的作息產生影響。利用溫度傳感器和濕度傳感器采集室內的溫濕度情況，可以對被監護者生活環境的舒適度實現綜合檢測。

本實施例為心臟病患者、老人等特殊群體提供了一種簡單易用的監測手段，人體可以在完全無拘束的狀態下，實時準確地檢測出呼吸、心跳等生命體征數據以及是否在床/離床、體動或進行其他異常狀態報警，并利用無線通信方式將相關的數據傳送到監護終端30（PC端或移動手機終端）上，以實現對心率的監測、記錄與告警，為多種心臟病的診斷提供正確可靠的依據，可以為臨床分析病情、診斷確立、療效判斷等提供重要的客觀依據。

當然，以上所述僅是本實用新型的一種優選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。