基于Zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法与流程

本发明涉及便携式人体健康状态在线监测技术领域，具体涉及一种基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法。

背景技术：

近年来心脏病仍然是威胁人类生命的主要疾病之一，世界上心脏病的死亡率仍占首位。据统计全世界死亡人数中，约有三分之一死于此类疾病，这己成为危害人类健康最常见的疾病，因此心脏系统疾病的防治和诊断是当今医学界面临的首要问题。心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医学的发展。心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心率变化与心脏疾病密切相关。如果心率超过160次/分钟，或低于40次/分钟，大多见于心脏病患者，如常伴有心悸、胸闷等不适感，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。

血氧饱和度是反映呼吸循环功能的一个重要生理参数，血氧饱和度监测在临床应用中日趋普遍。在心肺危重病人、麻醉手术病人、早产儿和新生儿中都有大量应用，以便及时评价血氧饱和度的状态，极早地发现低氧血症的病人，从而更有效地预防或减少缺氧所致的意外死亡。人体的温度与环境温度有着密切关系，两者同时影响着人体的身体健康。

国内调研结果是已见的有关医疗监护无线传感器网络方面的文献报道中，有些虽与本文研究内容相似，但在无线通信方面采用的是蓝牙技术，而且也不是基于无线传感器网络。仅仅是设计了个人医疗便携式设备，用于患者平时生理参数的采集，不具备无线传输功能。另外，市面上的检测设备交互端，采用配套的显示设备，成本比较高，一般适用于医院等特殊场所。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法，实现健康数据的测量、无线传输以及监测的技术方案，提前预防部分疾病。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

本发明第一方面提出了一种基于zigbee的便携式多功能健康检测护腕，所述护腕包括：护腕主体和无线接收端，其中，所述护腕主体包括：环状护腕腕带5和固定在所述环状护腕腕带5上的护腕本体，所述护腕本体包括：oled屏幕1、zigbee主控板2、心电传感器3、心率传感器4、血氧体温传感器8、电池管理模块6和无线充放电模块7，所述oled屏幕1、所述zigbee主控板2、所述心电传感器3和所述心率传感器4依次从上往下堆叠成护腕本体的上部分，所述血氧体温传感器8、所述电池管理模块6和所述无线充放电模块7依次从上往下堆叠成护腕下部分，上、下部分通过导线进行连接；所述无线接收端包括：zigbee从控板9和串口转usb模块10，所述zigbee从控板9与所述串口转usb模块10通过集成的方式处于同一块电路板上；

所述心率传感器4的探测头与佩戴者的食指接触，通过光电变换器接收经人体组织反射的光线并转变为电信号放大输出，用于进行佩戴者的心率测量；

所述心电传感器3通过集成的生物电测量专用仪表放大器放大心电信号，同时抑制外部干扰信号，用于进行佩戴者的心率测量；

所述血氧体温传感器8基于动脉血对光的吸收量动脉搏动而变化的原理进行无创血氧饱和度测量，通过识别脉搏波的最大值和最小值，计算脉搏波的交直流比获得spo2值，用于进行佩戴者的血氧测量，同时，所述血氧体温传感器8利用辐射热效应，使用探测器件通过赛贝克效应来探测辐射，当探测器件接收辐射后，引起非电量的物理变化，根据变化的电信号进行佩戴者的体温测量。

进一步地，所述zigbee主控板2和所述zigbee从控板9内均设有微处理器、天线模块、按键模块、io接口、电源管理模块和存储模块，并且上述天线模块、按键模块、io接口、电源管理模块和存储模块均分别与所述微处理器连接，

所述微处理器作为数据与控制中心，负责协调各模块正常运行，所述微处理器通过所述天线模块与所述zigbee从控板9的无线模块进行通信，通过所述io接口对所述oled屏幕1、所述心电传感器3、所述心率传感器4、所述血氧体温传感器8进行控制并进行数据传输，所述微处理器接受所述按键模块产生的控制数据对上述传感器进行控制，所述微处理器将采集的数据暂存于所述存储模块，其中所述电源管理模块为各个模块提供电能。

进一步地，所述oled屏幕1接受来自存储模块的数据并将其显示，将所述护腕主体的zigbee主控板2得到的心率数据，血氧浓度数据和体温数据通过oled屏幕显示。

进一步地，所述zigbee主控板2将得到的心电数据，通过所述zigbee主控板2的天线模块发送至所述无线接收端的zigbee从控板9的天线模块，然后，天线模块由微处理器控制将数据发往所述串口转usb模块10，经由所述串口转usb模块10将数据发送至计算机，同时计算机通过webapp将数据上传云端，并显示心电图。

进一步地，所述心电传感器3包括ad8232芯片和红、绿、黄三个贴片电极。

进一步地，所述环状护腕腕带5上方部分留有矩形缺口，所述oled屏幕1可通过此缺口暴露于腕带外侧，用于观察数据，腕带下方留有圆形洞口，用于将所述血氧体温传感器8的探测头露出于腕带外侧，探测佩戴者的血氧浓度。

本发明第二方面提出了一种基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕的监测方法，所述监测方法包含以下步骤：

心率传感器4的探测头与佩戴者的食指接触，通过光电变换器接收经人体组织反射的光线并转变为电信号放大输出，与io接口连接，微处理器通过计算电信号的周期性变化的周期得到心率，并存储于存储模块中；

心电传感器3通过集成的生物电测量专用仪表放大器放大心电信号，同时抑制外部干扰信号，放大后的心电信号输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

血氧体温传感器8基于动脉血对光的吸收量动脉搏动而变化的原理进行无创血氧饱和度测量，通过识别脉搏波的最大值和最小值，计算脉搏波的交直流比获得spo2值，然后输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

血氧体温传感器8利用辐射热效应，使用探测器件通过赛贝克效应来探测辐射，当探测器件接收辐射后，引起非电量的物理变化，将变化的电信号输入微处理器，输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

护腕主体的zigbee主控板2将得到的心率数据、血氧浓度数据和体温数据通过oled屏幕1显示；

护腕主体的zigbee主控板2将得到的心电数据，通过主控板上的天线模块发送至无线接收端的zigbee从控板9的天线模块，天线模块由微处理器控制将数据发往串口转usb模块，经由串口转usb模块将数据发送至计算机，同时计算机通过webapp将数据上传云端，并显示心电图。

进一步地，所述监测方法还包含以下步骤：

通过按下护腕主体的按键，可以切换oled屏幕1的显示状态，使佩戴者观察到自身的简略心率波形图。

进一步地，所述心电传感器3包括ad8232芯片和红、绿、黄三个贴片电极，将红色贴片电极粘贴在佩戴者的右手手腕处，绿色贴片电极粘贴在佩戴者的左手手腕处，黄色贴片电极粘贴在佩戴者的下腹右侧处。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、集合多种健康数据的监测：本发明可以同时测量温度、心电、心率以及血氧四个指标，利用目前成熟的传感器原理，可实时测量四项数据，实时监控人体健康。进一步提高实用性和通用性。

2、zigbee协议组网：zigbee价格低廉，相对于蓝牙来说，zigbee的距离远、功耗优势明显。zigbee开发简单，成本进一步压低。另外zigbee的传输适用于小数据量，由于该设备针对个人健康，其带宽足够。

3、不依赖特殊的交互系统：由于使用webapp，可实现电脑、手机、平板等监控健康数据，进一步提高实用性，通用性。显示利用highchart视图化技术，直观显示数据，方便快捷。经测试，显示效果与专业设备相差可忽略不计。

附图说明

图1是本发明公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕的护腕主体结构示意图；

图2是本发明公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕的连接示意图；

图3是本发明公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法所包含初始化设置方法的流程图；

图4是本发明公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法的流程图。

其中，1---oled屏幕，2---zigbee主控板，3---心电传感器，4---心电传感器，5---环形护腕腕带，6---电池管理模块，7---无线充电模块，8---血氧体温传感器，9---zigbee从控板，10---串口转usb模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参见图1，图1是本实施例一中公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕的护腕主体结构示意图，如附图1所示，该护腕包括：护腕主体和无线接收端两大主要部分。

其中，护腕主体包括：环状护腕腕带5和护腕本体，其中所述护腕本体固定在环状护腕腕带5上，护腕本体包括oled屏幕1、zigbee主控板2、心电传感器3、心率传感器4、血氧体温传感器8、电池管理模块6和无线充放电模块7，oled屏幕1、zigbee主控板2、心电传感器3和心率传感器4依次从上往下堆叠成护腕本体的上部分，血氧体温传感器8、电池管理模块6和无线充放电模块7依次从上往下堆叠成护腕下部分，上、下部分通过导线进行连接；

其中无线接收端包括：zigbee从控板9和串口转usb模块10，zigbee从控板9与串口转usb模块10通过集成的方式处于同一块电路板上。

护腕主体的zigbee主控板2内设有微处理器作为数据与控制中心，负责协调各模块正常运行，微处理器分别通过所述天线模块与其他无线接收端的zigbee从控板进行通信，通过io接口对所述oled屏幕1、心电传感器3、心率传感器4、血氧体温传感器8等模块进行控制并进行数据传输，微处理器接受所述按键模块产生的控制数据对上述传感器进行控制，所述微处理器将采集的数据暂存于所述存储模块，其中电源管理模块为各个模块提供电能。

请参见图2，图2是本实施例一中公开的基于zigbee的zigbee的便携式多功能健康监测护腕的连接示意图，包括护腕主体和无线接收端两部分，如图2中所示，护腕主体内设有oled屏幕1、zigbee主控板2、心电传感器3、心率传感器4、血氧体温传感器8、电池管理模块6和无线充放电模块7；无线接收端内设有zigbee从控板9和串口转usb模块10，zigbee从控板9与串口转usb模块10通过集成的方式处于同一块电路板。

并且上述zigbee主控板2和zigbee从控板9内均设有微处理器、天线模块、按键模块、io接口、电源管理模块和存储模块。

并且上述天线模块、按键模块、io接口、电源管理模块和存储模块均分别与所述微处理器连接。

其中，心电传感器3通过集成的生物电测量专用仪表放大器放大心电信号，同时抑制外部干扰信号，放大后的心电信号输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

其中，心率传感器4采用的处理方法是通过光电变换器接收经人体组织反射的光线并转变为电信号放大输出，与io接口连接，微处理器通过计算电信号的周期性变化的周期得到心率，并存储于存储模块中。

其中，血氧体温传感器8采用的处理方法是通过识别脉搏波的最大值和最小值，计算脉搏波的交直流比获得spo2值。无创血氧饱和度测量是基于动脉血对光的吸收量动脉搏动而变化的原理。当动脉脉动时，动脉体积变化引起光程的改变，因此动脉血对光的吸收量也在随之变化，由此引起光电探测器件输出的信号强度随脉动的变化而变化，将变化的电信号输入微处理器，微处理器将数据存储于存储模块中。

同时，血氧体温传感器8利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器的温度性能发生变化，通过赛贝克效应来探测辐射，当器件接收辐射后，引起非电量的物理变化，也可通过适当变化变为电量后进行测量。

oled屏幕1通过算法，可以接受来自存储模块的数据并将其显示。所述护腕主体的zigbee主控板2将得到的上述的心率数据，血氧浓度数据和体温数据通过oled屏幕显示。

同时，所述护腕主体的zigbee主控板2将得到的上述的心电数据，通过主控板上的天线模块发送至无线接收端的zigbee从控板9的天线模块，天线模块由微处理器控制将数据发往串口转usb模块，经由串口转usb模块将数据发送至计算机，同时计算机通过webapp将数据上传云端，并显示心电图。

心电传感器包括ad8232芯片和红、绿、黄三个贴片电极。

护腕主体的环状护腕腕带5上方部分留有矩形缺口，oled屏幕1可借助此缺口暴露于外侧，用于观察数据，腕带下方留有圆形洞口，用于将血氧体温传感器8的探测头暴露，探测人体血氧浓度。本实施例采用缝纫的方式组装上述组件，展示说明功能，其外观不计入专利要求范围。

综上所述，本发明公开的基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法，护腕可进行人体心率、心电、体温与血氧浓度的检测，起到远程健康监护作用。该护腕利用心电传感器采集佩戴者的心电信息，利用血氧体温传感器采集佩戴者的血氧浓度和体温信息，利用心率传感器采集佩戴者的心率信息，并用oled屏幕显示心率图、血氧浓度和体温信息，从而使佩戴者不需要在医院厚重的设备的情况下，方便地对日常健康数据的监测；此外，护腕主体利用zigbee主控板上的天线模块将采集的发送至无线接收端，无线接收端利用串口转usb模块将数据输入计算机，如果计算机配好环境便可以将数据上传云端，佩戴者者的医生可以通过连接对应服务器的移动设备观察佩戴者的健康状况，实现“云诊断”。同时，护腕主体通过电池管理模块供电，利用无线充放电模块实现无线充电，达到便携的目的。

实施例二

参照附图3，附图3为一种基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕及监测方法所包含初始化设置步骤，具体为：

r1、佩戴者通过打开护腕主体的边缘开关作前期准备；

r2、佩戴者通过将无线接收端插入计算机的usb口作前期准备；

r3、佩戴者通过运行计算机的webapp与接收端的串口转usb模块10通信。

参照附图4，附图4为本实施例公开的一种基于zigbee的便携式多功能健康监测护腕的监测方法，所述监测方法包含以下步骤：

心率传感器4的探测头与佩戴者的食指接触，通过光电变换器接收经人体组织反射的光线并转变为电信号放大输出，与io接口连接，微处理器通过计算电信号的周期性变化的周期得到心率，并存储于存储模块中；

心电传感器3通过集成的生物电测量专用仪表放大器放大心电信号，同时抑制外部干扰信号，放大后的心电信号输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

血氧体温传感器8基于动脉血对光的吸收量动脉搏动而变化的原理进行无创血氧饱和度测量，通过识别脉搏波的最大值和最小值，计算脉搏波的交直流比获得spo2值，然后输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

血氧体温传感器8利用辐射热效应，使用探测器件通过赛贝克效应来探测辐射，当探测器件接收辐射后，引起非电量的物理变化，将变化的电信号输入微处理器，输入zigbee主控板2的io接口，微处理器通过adc采样采集来自io接口的数据，并存储于存储模块中；

护腕主体的zigbee主控板2将得到的心率数据、血氧浓度数据和体温数据通过oled屏幕1显示；

护腕主体的zigbee主控板2将得到的心电数据，通过主控板上的天线模块发送至无线接收端的zigbee从控板9的天线模块，天线模块由微处理器控制将数据发往串口转usb模块，经由串口转usb模块将数据发送至计算机，同时计算机通过webapp将数据上传云端，并显示心电图。

在优选的实施方式中，通过按下护腕主体的按键，可以切换oled屏幕1的显示状态，使佩戴者观察到自身的简略心率波形图。

在优选的实施方式中，心电传感器包括ad8232芯片和红、绿、黄三个贴片电极，将心电传感器的红色贴片电极粘贴在佩戴者的右手手腕处，绿色贴片电极粘贴在佩戴者的左手手腕处，黄色贴片电极粘贴在佩戴者的下腹右侧处。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。