本發明涉及可穿戴設備領域，具體而言，涉及一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶。

背景技術：

隨著物聯網技術的成熟應用，人員定位標簽的使用范圍越來越廣泛。這些包含有唯一識別號的定位標簽可通過各種無線通信方式與用于人員定位、管理和監控的諸如計算機之類的控制設備進行通信，將帶有該定位標簽的人員的各種信息(比如位置、與控制設備之間的距離、運動速度、體溫、是否出入門禁等)實時傳輸到控制設備。

定位標簽可以根據不同的應用環境而具有不盡相同的功能和/或發送不盡相同的信息，可能都會面臨被拆除或損壞而使得控制設備無法從該標簽接收到相關信息的情況。目前已經開發出了可佩戴在人員手腕或腳腕上的各種防拆標簽，一般包括安裝定位芯片的本體和用于套在腕上的腕帶，腕帶內部嵌入有沿其長度方向的導電體。佩戴該防拆標簽時，腕帶與本體固定連接，腕帶中的導電體與本體中的定位芯片形成一條閉環通路。任何異常拆除都會導致該閉環通路斷開，觸發定位芯片中的報警電路，將拆除事件即時通知到控制設備。

技術實現要素：

本發明提供一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶，用以克服現有技術中存在的至少一個問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶，包括：腕帶，斷帶檢測電路，以及報警裝置，其中：

所述腕帶包括兩端接頭部分和主體部分，所述斷帶檢測電路內置于所述腕帶中，所述斷帶檢測電路包括供電檢測回路和斷帶回路，所述供電檢測回路中串聯檢測電阻及檢測模塊，所述斷帶回路并聯于所述檢測電阻的兩端；當所述腕帶扣合為閉環形腕帶時，所述斷帶回路連通，所述檢測模塊的輸出端與所述報警裝置的輸入端連接，當所述閉環形腕帶斷開時，所述斷帶回路開路，所述檢測模塊接收到的當前電流值高于設定值，則驅動所述報警裝置報警。

提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部分結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統將觸發報警。

檢測人員脈搏、檢測運動狀態、檢測人員身體狀態、判定人員心理情緒的變化；

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：運動狀態檢測模塊(加速度模塊)，用于檢測佩戴者的運動狀態信息，所述運動狀態信息包括佩戴者的位移和當前t時刻的速度，其中，對于勻加速直線運動，佩戴者的位移x的計算公式為：v0為佩戴者的初始速度，vt為t時刻的速度，a為佩戴者的加速度；

所述腕帶集成加速度感應，所述模塊可以檢測人員身體狀態，檢測和判斷人員是否在輕微運動和劇烈運動；可以檢測運動狀態，所檢測到的參數判斷他/她可能在休息走路或跑步，數據傳到終端進行分析；可以檢測人員是否存在打架與急速奔跑行為。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測脈搏模塊，用于根據穿過人體的光強衰減信息檢測佩戴者的脈搏信息，并將所述脈搏信息無線發送至智能終端進行顯示和分析，當脈搏值不正常時，所述光電測脈搏模塊發出報警信息；用于檢索或檢測用戶的身體參數的方法，身體參數諸如是呼吸速率、心率、血液氧合等。

利用此模塊偵測皮膚表明顏色的細微變化檢測人員的血壓情況等身體參數。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測血氧模塊，用于檢測佩戴者的血氧含量。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測血壓模塊，用于檢測佩戴者的血壓信息。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：定位模塊，用于根據讀寫設備通信，實現室內的高精度定位。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：陀螺儀感應模塊，用于檢測佩戴者是否存在傾斜跌倒情況。

優選地，上述佩戴手環式腕帶，其設備可以結合視頻分析。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：腕帶提供一種用于檢索或檢測用戶的心理情緒的方法，對人員行為習慣分析，判定人員心理情緒的變化；

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：具有dss(直接序列擴頻)功能，可以組成對等網、點對點及點對多點網絡，具有12個軟件可選的直接序列信道，每個信道有65000個可用網絡地址。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：所述斷帶檢測電路的供電檢測回路設置于所述腕帶的中部。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：所述腕帶的兩端設置腕帶扣，所述腕帶扣扣合后，所述腕帶扣合為閉環形腕帶。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：線路固定盒；所述線路固定盒固定于所述腕帶的中部；所述斷帶檢測電路的供電檢測回路設置于所述固定盒中。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部門結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統將觸發報警。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：供電檢測回路的電源為鋰電池供電單元。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：電源電量監測單元；所述電源電量監測單元與所述鋰電池連接，對所述鋰電池電量進行檢測，當所述鋰電池的電量小于設定值時，向外輸出電量不足報警信息。

優選地，上述佩戴手環式腕帶還包括：電量不足報警器；所述電源電量監測單元的輸出端與所述電量不足報警器的輸入端連接，根據所述電量不足報警信息驅動所述電量不足報警器報警。

為達到上述目的，本發明還提供了一種基于佩戴手環式腕帶的生命體征參數及運動狀態檢測方法，包括以下步驟：

利用紅外線光電傳感器檢測佩戴者的脈搏信號，根據脈搏信號計算出脈搏信號特征量；

根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用時域分折法進行模式識別，具體包括：

計算脈搏波形圖中有意義的拐點位置及其幅度，得到反映人體生理病理特征的參數k；k值反映脈搏波波形面積的變化規律,隨著血管彈性的降低，k值從正常值0.3_.4變化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣關閉點為分界點,在k值的基礎上劃分兩類面積，一類為具有心血管疾病的癥候，另一類為不具有心血管疾病的癥候。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用頻域分折法進行模式識別，具體包括：

通過光電檢測模塊分析正常人的頻域內脈搏信號,通過觀察脈搏波波路值表m度和脈搏波血氧度均高子正常人的數值來判斷人體各項參數。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用時域頻域聯合分折法進行模式識別，具體包括：

通過建立時頻平面反映信號的特征參數，用以表征信號頻率隨時間變化的特性。通過分析脈象信號的離散短時功率譜，在得到每一例脈搏波的短時功率譜后，利用奇異值分解提取特征矢量。

優選地，上述方法還包括以下步驟：

用光電傳感器、加速度傳感器和陀螺儀傳感器采集佩戴者的運動信號，并將采集的運動信號傳給單片機處理；

單片機采用適當的算法來編程快速準確地對采集的數據進行相關運算并得出佩戴者的運動速率信息。

附圖說明

圖1-圖3為本發明一個實施例的檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶結構示意圖；

圖4為本發明一個實施例的血氧飽和度的測定原理圖；

圖5為本發明一個實施例的

圖6為本發明一個實施例的光電式脈搏傳感器原理示意圖；

圖7為本發明一個實施例的脈搏傳感器的恒流源電路和檢測電路圖；

圖8為本發明一個實施例的陀螺傳感儀結構示意圖；

圖9為本發明一個實施例的加速度傳感器結構示意圖；

圖10為本發明一個實施例的加速度傳感器的工作原理圖；

圖11為本發明一個實施例的加速度傳感器的外接電路圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

圖1為本發明一個實施例的檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶結構示意圖；如圖所示，佩戴手環式腕帶包括：腕帶，斷帶檢測電路，以及報警裝置，其中：

所述腕帶包括兩端接頭部分和主體部分，所述斷帶檢測電路內置于所述腕帶中，所述斷帶檢測電路包括供電檢測回路和斷帶回路，所述供電檢測回路中串聯檢測電阻及檢測模塊，所述斷帶回路并聯于所述檢測電阻的兩端；當所述腕帶扣合為閉環形腕帶時，所述斷帶回路連通，所述檢測模塊的輸出端與所述報警裝置的輸入端連接，當所述閉環形腕帶斷開時，所述斷帶回路開路，所述檢測模塊接收到的當前電流值高于設定值，則驅動所述報警裝置報警。

如圖1所示，為本發明一個實施例的檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶結構示意圖，圖中①是本發明主體外殼，其內部空間可容納電池與電路導體；圖中②本發明一側的帶子；圖中③是本發明一側的帶子；圖中④是本發明電池和電路導體，所述電池和電路導體與①組合；圖中⑤是本發明對腕帶進行防水和光電檢測部分的部件，直接固定在電路導體上；圖中⑥是本發明后殼部分；圖中⑦⑧是本發明連接處的母扣，與⑨⑩腕帶的子扣進行連接，使腕帶處于連接狀態。

如圖2所示，為本發明一個實施例的檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶結構示意圖；圖中①為本發明主體外殼②為本發明外側殼③為本發明報警提示按鈕④為本發明顯示玻璃屏⑤為本發明外殼指示燈⑥為本發明外側外殼⑦為本發明電量顯示按鈕⑧為本發明主體帶子外殼⑨為本發明顯示屏⑩為本發明電池為本發明gps模塊為本發明主板為本發明后殼為本發明卡扣為本發明螺絲為本發明帶子卡扣。

如圖3所示，為本發明一個實施例的檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶結構示意圖；圖中①為本發明主體外殼②為本發明一側外殼與指示燈③為本發明一側的主體外殼④為本發明電量顯示按鈕⑤為本發明帶子和主體外殼組合⑥為本發明主板⑦為本發明電池⑧為本發明血氧檢測模塊⑨為本發明主體后殼⑩為本發明帶子卡扣與相接

在本發明的一個實施例中，提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部分結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統將觸發報警。系統設置可強力取下或破壞時，系統不會報警。

在本發明的一種實施例中，佩戴手環式腕帶還可以對佩戴者的行為和心理進行分析。其中，行為和心理分析包括：檢測人員脈搏、檢測運動狀態、檢測人員身體狀態、判定人員心理情緒的變化，以下分別具體介紹。

如圖4、5和6所示，光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的，它的基本結構如14圖，它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路，發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于半導體光源，發光二極管(led)、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：加速度模塊，用于檢測佩戴者的運動狀態

信息，所述運動狀態信息包括佩戴者的位移和當前t時刻的速度，其中，對于

勻加速直線運動，佩戴者的位移x的計算公式為：

v0為佩戴者的初始速度，vt為t時刻的速度，a為佩戴者的加速度；

所述腕帶集成加速度感應模塊，所述模塊可以檢測人員身體狀態，檢測和判斷人員是否在輕微運動和劇烈運動；可以檢測運動狀態，所檢測到的參數判斷他/她可能在休息走路或跑步，數據傳到終端進行分析；

如圖8是加速度感應模塊中高增益反相放大器的電路圖，其內部有一個用于高增益反相放大器。于內部進行分析物體運動快慢的物理量，定義為位移隨著時間的變化率。通過對平均速度和瞬時速度的測定，計算出速度原理。

如圖7和8所示，圖9為本發明一個實施例的加速度傳感器結構示意圖，圖10為加速度傳感器的工作原理圖，加速度傳感器是一種閉環測試系統，其工作原理，三軸加速度傳感器由"m-k”系統組成，與一般加速度計相同，但質量m上還接著一個電磁線圈，當基座上有加速度輸入時，質量塊偏離平衡位置，該位移大小由位移傳感器檢測出來，經伺服放大器放大后轉換為電流輸出，該電流流過電磁線圈，在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力，力圖使質量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上，所以伺服加速度傳感器在閉環狀態下工作。由于有反饋作用，增強了抗干擾的能力，提高測量精度，擴大了測量范圍，伺服加速度測量技術廣泛地應用于慣性導航和慣性制導系統中，在高精度的振動測量和標定中也有應用。

如圖9所示，為本發明一個實施例的加速度傳感器的外接電路圖，在該具體實施例中，使用了3個外接電容和3個外接電阻。c1用以決定測量系統的帶寬，c1和c2的容量一般選用o～0.22μf，c2一般為0.1μf即可。adxl50在出廠前，廠家已將其前置放大器的測量靈敏度調整為19mv/g，其og時的輸出電壓vpr為1.8v。因此，若加速度為±50g，則vpr＝1.8v±o.95v，若加速度為±20g，則vpr＝1.8v±o.38v。由于在vpr上的信號不標準，不適于讀取進行顯示或進行數字化處理。另外，adxl50前置放大器的注入電流最大只能有25μa，驅動能力很小，因此，vpr上的信號要做進一步處理，才能滿足要求。一般外接幾個電阻與緩沖放大器構成一個放大環節，以調整傳感器的vpr的og電位，并提高輸出信號的靈敏度。經緩沖放大后的加速度信號，其變化范圍處于0.5～4.5v之間，使之距電源的高低兩端都有一定的余量。若加速度正、負兩方向的變化幅度相近，就可將og電位調在2.5v左右。這樣，正、負加速度信號在傳感器輸出口vout上就有±2v的變化范圍。設待測加速度的范圍為±50g，則vpr＝1.8v±o，95v，欲使vout＝2.5v±2.ov，就需將信號中的交流分量放大。緩沖放大器的放大系數為-r3/r1，所以，若取r1＝50kω，即可確定r3＝105kω。r2的一端接地，為使0g時vout＝2.5v，r2應滿足條件：r2＝(1.8×r3)/(vout-1.8)＝270kω。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測脈搏模塊，用于根據穿過人體的光強衰減信息檢測佩戴者的脈搏信息，并將所述脈搏信息無線發送至智能終端進行顯示和分析，當脈搏值不正常時，所述光電測脈搏模塊發出報警信息。

如圖10所示，本發明的一種實施方式中，圖6是光電式脈搏傳感器示意圖,其原理由紅外發光二極管和紅外光敏三極管構成。發光二極管發出的紅外光照射到血管上,部分光經血管反射被光敏三極管接收并轉換成電信號送檢測電路,測出血流狀態。血管不受壓力時,血流均勻,反射光也比較均勻,故傳感器無脈搏信號輸出；當血管受壓血液不流動時,傳感器無輸出信號；當血管受到擠壓,血管中的血液斷續流動時,反射光隨之變化,這時傳感器輸出脈搏信號,達到測量脈搏的作用。

如圖7所示，光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的，它的基本結構如14圖，它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源，光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高，反應快，非接觸等優點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測^[7]和控制中應用非常廣泛。

光電傳感器一般由三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路^[8]，發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于半導體光源，發光二極管(led)、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。

如圖11所示，為本發明一個實施例的脈搏傳感器的恒流源電路和檢測電路圖。恒流源提供10ma的穩定電流,供脈搏傳感器的發光管發光。脈搏放大電路為同相交流放大器,對直流無放大作用,由于反饋電容數值比較小,所以起到了高頻濾波的作用。因此只將脈搏信號進行放大,送到系統。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測血氧模塊，用于檢測佩戴者的血氧含量。用于檢索或檢測用戶的身體參數的方法，身體參數諸如是呼吸速率、心率、血液氧合等。

手腕處正對著一個紅外光電二極管。其中一個是紅光led，其波長為660nm；另一個是紅外線，其波長為940nm，血氧百分比是根據測量這兩個具有不同吸收率的波長的光通過身體后而計算得出的，而檢測什么體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶則采用數字/模擬信號轉換控制led雙光源交替發光，以光頻轉換接收頭為傳感器，將光強信號轉換為頻率信號，直接送入單片機采集。根據反射式原理計算得到結果，再以無線信號發送數據，從而得出呼吸速率、心率和血氧結合等信息。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：光電測血壓模塊，用于檢測佩戴者的血壓信息。利用此模塊偵測皮膚表明顏色的細微變化檢測人員的血壓情況等身體參數。

檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶緊壓手腕上血管,使血液不流動。然后通過壓力控制單元的壓力以2～3mmhg/s的速率下降。與此同時，壓力傳感器始終測量氣袖中的壓力。光電式測血壓模塊對準套于血管上,檢測血流狀態。當壓力大于收縮壓時,血液因血管受壓迫而停止流動，光電測血壓模塊檢測不到，壓力繼續下降,當達到收縮壓時,血液開始斷續流動，光電測血壓模塊測出血壓信息信號，此信號由微機檢測到,并顯示此時氣袖中的壓力,它即為收縮壓；壓力繼續下降，當達到舒張壓時，由于血管不受壓迫，血流均勻，光電測血壓模塊測出的脈搏信號消失，微機檢測到此狀態,并對此時氣壓進行顯示。對血壓信號進行計數與顯示即得到心率指示。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：定位模塊，用于根據讀寫設備通信，數據傳輸到系統，結合系統室內外定位算法，實現室內的高精度定位。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：陀螺儀感應模塊，用于檢測佩戴者是否存在傾斜跌倒情況。

例如，上述佩戴手環式腕帶，其設備可以結合視頻追蹤分析。可以對信號讀取范圍內任何人員進行定位視頻追蹤，假如，樓層有三層，每層樓梯口有安裝一個攝像頭，分別是a、b、c，當佩戴防拆卸腕帶的人員從三樓到達一樓時，分別經過三個攝像頭的位置，該人員到達二樓和一樓時，視頻畫面根據人員定位坐標及算法，自動切換視頻畫面。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：腕帶提供一種用于檢測用戶的心理情緒的方法，對人員行為習慣分析，判定人員心理情緒的變化；

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：所述斷帶檢測電路的供電檢測回路設置于所述腕帶的中部。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：所述腕帶的兩端設置腕帶扣，所述腕帶扣扣合后，所述腕帶扣合為閉環形腕帶。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：線路固定盒；所述線路固定盒固定于所述腕帶的中部；所述斷帶檢測電路的供電檢測回路設置于所述固定盒中。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部門結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統將觸發報警。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：供電檢測回路的電源為鋰電池供電單元。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：電源電量監測單元；所述電源電量監測單元與所述鋰電池連接，對所述鋰電池電量進行檢測，當所述鋰電池的電量小于設定值時，向外輸出電量不足報警信息。

例如，上述佩戴手環式腕帶還包括：電量不足報警器；所述電源電量監測單元的輸出端與所述電量不足報警器的輸入端連接，根據所述電量不足報警信息驅動所述電量不足報警器報警。

如圖1所示，該實施中的佩戴手環式腕帶可提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部門結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統將觸發報警。所述斷帶檢測電路包括：供電檢測回路及斷帶回路，所述供電檢測回路中串聯檢測電阻及檢測模塊，所述斷帶回路并聯于所述檢測電阻的兩端；所述斷帶回路設置于所述腕帶中，當所述腕帶扣合為閉環形腕帶時，所述斷帶回路連通，所述檢測模塊的輸出端與所述報警裝置的輸入端連接，當所述閉環形腕帶斷開時，所述斷帶回路開路，所述檢測模塊接收到的當前電流值高于設定值，則驅動所述報警裝置報警。

例如，所述脈搏檢測信息：脈搏檢測之所以重要是因為脈搏能反映人體身理狀態的重要參數。為此我們將脈搏的測量作為健康腕帶測量內容之一。但是由于脈搏信號是強干擾下的微弱信號,且脈搏信號幅度很小，大約是微伏到毫伏的數量級范圍。因此，極容易引入干擾，這些干擾有來自50hz的工頻干擾，有來自肌體抖動、精神緊張帶來的假象信號等。一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶品質因素低，阻尼小，密度低，具有冗余特性，能滿足脈搏信號的頻率特性。人體的脈搏頻率非常低，約為0.5～4hz，一般情況下為1hz左右。pvdf響應范圍是0.1～1mhz。

例如，所述運動狀態檢測信息：勻加速直線運動的位移公式：

勻加速直線運動的平均速度(也是中間時刻的瞬時速度):

如圖5所示，血氧飽和度的測定原理led交替打開或關閉，光電探測器才能分辨出不同波長的吸血氧飽和度測定原理包括分光光度測定和血液容積描記兩部分。分光光度測定是采用波長為660nm的紅光和940nm的紅外光，根據氧合血紅蛋白(hb)；對660nm紅光吸收量較少。而對940nm紅外光吸收量較多；血紅蛋白(hb)則反之，用分光光度法測定紅外光吸收量與紅光吸收量之比值，就能確定血紅蛋白的氧合程度。探頭的一側安裝有一個光電檢測器，將檢測到的透過手腕動脈血管的紅光和紅外光轉換成電信號。只有動脈血流中的hb02和hb濃度隨著血液的動脈周期性的變化，從而引起光電檢測器輸出的信號強度隨之周期性變化，將這些周期性變化的信號進行處理，就可測出對應的血氧飽和度，同時也計算出脈率。具體原理根據郎伯-比爾(lambert－beer)定律,物質在一定波長處的吸光度和它的濃度成正比，當恒定波長的光照射到人體組織上時,通過人體組織吸收、反射、衰減后測量到的光強在一定程度上反映了被照射部位組織的結構特征。血液是高度不透明的液體，光在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍。一般情況下，當光子穿越介質時，因能量被吸收而導致的強度衰減可描述為：

i＝i0e^-α×ε

式中i0是入射光強，α是與組織結構相關的吸收系數(哺乳動物的值在0.1至100之間)，ε是沿光軸方向的坐標長度。

脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產生的,在人體手腕,組織中的動脈成分含量高,而且手腕厚度相對其他人體組織而言比較薄,透過手腕后檢測到的光強相對較大,因此光電式脈搏傳感器的測量部位通常在人體手腕。

人體組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織,其中非血液組織的光吸收量是恒定的,而在血液中,靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的,可以忽略。因此可以認為光透過人體后的變化僅由動脈血的充盈而引起的,那么在恒定波長的光源的照射下,本設計利用透射式的測量方法，通過檢測透過人體的光強可以間接測量到人體的脈搏信號。

從光源發出的光除被人體組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回。其余部分透射出來。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射形式和反射式2種，其中透射式的發射光源與光敏接收器件的距離相等并且對稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時間關系，但不能精確測量出血液容積量的變化；反射式的發射光源和光敏器件位于同一側，接收的是血液漫反射回來的光，此信號可以精確地測得血管內容積變化。本實施例中采用的是透射式脈搏傳感器，側重于脈搏信號的測量。

例如，所述運動狀態檢測信息：以初速度方向為正方向，勻加速直線運動，a取正值；勻減速直線運動，a取負值；時間中點的瞬時速度等于平均速度；ab段位移中點的即時速度。初速為零的勻加速直線運動,在前1s,前2s,前3s……前ns內的位移之比為1^2:2^2:3^2……:n^2；在第1s內,第2s內,第3s內……第ns內的位移之比為1:3:5……:(2n-1)；在前1米內,前2米內,前3米內……前n米內時間之比1:2^(1/2):3^(1/2):……:n^(1/2)；初速無論是否為零,勻變速直線運動的質點,在連續相鄰的相等的時間間隔內的位移之差相等，為一常數:△x＝at²(a一勻變速直線運動的加速度t一每個時間間隔的時間)；豎直上拋運動:上升過程是勻減速直線運動,下落過程是勻加速直線運動。全過程是初速度為vo,加速度為g的勻減速直線運動。

例如，在檢測血壓信息時，發光二極管發出的紅外光照射到血管上,部分光經血管反射被光敏三極管接收并轉換成電信號送檢測電路,測出血流狀態。血管不受壓力時,血流均勻,反射光也比較均勻,故傳感器無脈搏信號輸出；當血管受壓血液不流動時,傳感器也無輸出信號；只有當血管受到擠壓,血管中的血液斷續流動時,反射光也隨之變化,這時傳感器輸出血流信號進行終端分析。

本發明一個實施例的用于檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶具有以下特點：

(1)佩戴手環式腕帶構造包括電池盒、底殼和腕帶，采用硅膠材質，超低功耗；

(2)集成加速度模塊，檢測人員運動狀態；

(3)集成光電測脈搏模塊，檢測人員身體狀態；

(4)集成光電測血氧模塊，檢測人員血氧含量；

(5)集成光電測血壓模塊，檢測人員健康狀態；

(6)集成光電測脈搏模塊，檢測人員身體狀態；

(7)提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部門結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統觸發報警；

(8)含有定位功能，與讀寫設備通訊，實現室內的高精度定位；

(9)含有斷帶檢測電路及報警裝置；當腕帶部分通過其兩端與所述主體部分連接以處于佩戴狀態下時，腕帶回路連通，檢測模塊的輸出端與報警裝置的輸入端連接，當腕帶部分通過其兩端與所述主體部分連接以處于斷開狀態下時，腕帶回路開路，則驅動報警裝置報警。從而，當腕帶的閉環形結構形式發生破壞時，可及時知曉其斷開的狀態。

(10)低耗電待機模式下，鋰電池可支持1～24個月。這是一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶的突出優勢。

(11)通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32kb代碼，子功能節點少至4kb代碼。

(12)工作在20～250kbps的速率，分別提供250kbps(2.4ghz)、40kbps(915mhz)和20kbps(868mhz)的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

(13)傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加發射功率后，亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。

(14)響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，一種用于檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、wifi需要3s。

(15)可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000個節點的大網。

(16)提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用訪問控制清單(accesscontrollist,acl)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(aes128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

(17)在發射功率為0dbm的情況下，藍牙通常能有10米的作用范圍。而一種檢測生命體征及運動狀態的佩戴手環式腕帶在室內通常能達到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達到400米。

斷帶檢測電路及報警裝置包括：提供多達3路的防拆(報警)功能腕帶部分包括，內嵌斷電線路，外表材料及安裝兩端接頭；其中，當腕帶兩端接頭部分與主體部分結合后，設備整體形成一個完整導電通路非授權強力取下或破壞時，系統觸發報警；包括：斷帶檢測電路。其中，斷帶檢測電路包括：供電檢測回路及斷帶回路，所述供電檢測回路中串聯檢測電阻及檢測模塊，所述斷帶回路并聯于所述檢測電阻的兩端；所述斷帶回路設置于所述腕帶中，當所述腕帶扣合為閉環形腕帶時，所述斷帶回路連通，所述檢測模塊的輸出端與所述報警裝置的輸入端連接，當所述閉環形腕帶斷開時，所述斷帶回路開路，所述檢測模塊接收到的當前電流值高于設定值，則驅動所述報警裝置報警。

以下為基于佩戴手環式腕帶的生命體征參數及運動狀態檢測方法，該方法包括以下步驟：

利用紅外線光電傳感器檢測佩戴者的脈搏信號，根據脈搏信號計算出脈搏信號特征量；

根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候。

佩戴手環式腕帶的生命體征參數主要是利用紅外線光電傳感器能夠檢測到由于心臟的跳動引起的手腕內微血管的容積的變化，信號經過內部的放大電路、調理電路和整形電路同步于脈搏跳動的脈搏信號，從而根據脈搏信號來計算出脈搏率。光電傳感器是根據手腕上動脈壁的擴大與縮小來進行脈搏測量的，動脈壁會隨就會隨著心臟的收縮與膨脹周期性的反復擴大與縮小。

脈搏傳感器輸出的信號十分微弱，一般情況下只有20mv左右，脈搏的信號調理電路要求對微弱的信號進行放大和濾波，濾除各種噪音信號干擾。由于拾取到的脈搏信號的頻率比較低，又容易混有工頻干擾信號，而ad轉換器芯片的輸入電壓要求為0-5v對微弱的信號識別能力比較弱，需要對傳感器的輸出信號進行適當放大。前級放大電路需要對微弱的脈搏信號進行放大，為了放大噪聲環境中傳感器輸出的微弱信號，要求放大器具有共模和差模信號阻抗高、輸出阻抗低、增益穩定和精確、共模抑制比高的特點。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用時域分折法進行模式識別，具體包括：

計算脈搏波形圖中有意義的拐點位置及其幅度，得到反映人體生理病理特征的參數k；k值反映脈搏波波形面積的變化規律,隨著血管彈性的降低，k值從正常值0.3_.4變化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣關閉點為分界點,在k值的基礎上劃分兩類面積，一類為具有心血管疾病的癥候，另一類為不具有心血管疾病的癥候。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用頻域分折法進行模式識別，具體包括：

通過光電檢測模塊分析正常人的頻域內脈搏信號,通過觀察脈搏波波路值表m度和脈搏波血氧度均高子正常人的數值來判斷人體各項參數。

優選地，所述根據所述脈搏信號特征量進行模式識別，判定佩戴者是否具有心血管疾病的癥候步驟中，采用時域頻域聯合分折法進行模式識別，具體包括：

通過建立時頻平面反映信號的特征參數，用以表征信號頻率隨時間變化的特性。通過分析脈象信號的離散短時功率譜，在得到每一例脈搏波的短時功率譜后，利用奇異值分解提取特征矢量。

脈搏信號模式識別

本發明中脈搏信號特征量與心血管疾病之間關系的判斷方法包括:

1、時域分折法

時域分析法是分折“脈象圖”中的時域特征多數,計算脈搏波形圖中有意義的拐點位置及其幅度,找出反映人體生理病理特征的參數,進而得到對臨床診新有價值的信息。k值反映脈搏波波形面積的變化規律,隨著血管彈性的降低.k值從正常值0.3_.4變化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣關閉點為分界點,在k值的基礎上提出劃分兩類面積的方法。

2、頻域分析法

通過光電檢測模塊分析正常人的頻域內脈搏信號,通過觀察脈搏波波路值表m度和脈搏波血氧度均高子正常人的數值來判斷人體各項參數。

3、時頻域聯合分析法

時頻聯合分析方法，即表示二維信號或系統表征成一個時間和頻率的三維函數，通過建立時頻平面反映信號的特征參數，改方法清晰的表征了信號頻率隨時間變化的特性。通過分析脈象信號的離散短時功率譜，在得到每一例脈搏波的短時功率譜后，應用奇異值分解提取特征矢量。

優選地，上述方法還包括以下步驟：

用光電傳感器、加速度傳感器和陀螺儀傳感器采集佩戴者的運動信號，并將采集的運動信號傳給單片機處理；

單片機采用適當的算法來編程快速準確地對采集的數據進行相關運算并得出佩戴者的運動速率信息。

采集信號主要是用光電傳感器、加速度傳感器和陀螺儀傳感器采集奔跑物體的信號，并將采集的信號傳給單片機。

單片機數據處理主要是使用51系列單片機采用適當的算法來編程快速準確地對采集的數據進行相關運算并得出結果。

光電傳感器的基本工作原理是光電效應，光電效應一般有外光電效應、光導效應、光生伏特效應。

光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會克服束縛脫離材料表面而進入外界空間，從而改變光電子材料的導電性，這種現象成為外光電效應

根據愛因斯坦的光電子效應，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉換成電子能量。根據能量守恒定律：

式中，m為電子質量，v為電子逸出的初速度，a微電子所做的功。

由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是hv>a。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產生光電子發射，此頻率限稱為“紅限”。式中，c為光速，a為逸出功。

當受到光照射時，吸收電子能量，其電阻率降低的導電現象稱為光導效應。它屬于內光電效應。當光照在半導體上是，若電子的能量大與半導體禁帶的能級寬度，則電子從價帶躍遷到導帶，形成電子，同時，價帶留下相應的空穴。電子、空穴仍留在半導體內，并參與導電在外電場作用下形成的電流。除金屬外，多數絕緣體和半導體都有光電效應，半導體尤為顯著。

最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。