生命体征探测系统的制作方法

专利名称:生命体征探测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种生命体征探测系统，具有主控单元，还包括：与所述的主控单元进行连接的生命特征传感单元，所述的生命特征传感单元具有生存环境感知模块和生命体征感知模块。本实用新型的优点是：功能完善，在复杂多变的环境条件下通过多种技术手段将人的生命体征指标数据准确有效地实时采集并有效传输，而且适应性强，通过检测人体所处的环境信息来判断生命体所处的环境对生命的风险，从而达到预先防范的目的。
【专利说明】生命体征探测系统

【技术领域】
[0001] 本实用新型属于生命检测【技术领域】，特别地，涉及一种生命体征探测系统。

【背景技术】
[0002] 体温、脉搏和血压是机体内在活动的客观反映，是判断机体健康状态的基本依据 和指标，正常人在生命体征相互之间有内在的联系，并且呈比例，相对稳定在一定范围之 内，当机体收到伤害时，体温、脉搏和血压会出现不同程度的异常，反映出发展的动态变化。
[0003] 人们在工作生活中，常常会面临各种突发情况，恐怖袭击、各类爆炸与严重地震， 高楼火灾、自然灾害所导致的房屋建筑物倒塌或者人为质量因素导致地下实施现场塌方， 火灾塌方等情况的发生比比皆是，受困人员及救援人员的生命体征状况直接影响救灾及救 援工作的开展。例如，8年汶川大地震中数百万房屋被震塌，十几万人被压埋在倒塌的房屋 下面，尽快抢救被压埋的幸存者成为开始救灾的第一要务，但是由于房屋倒塌现场的各种 复杂情况，许多被深埋的幸存者无法主动把呼救信息传递上来。
[0004] 公开号为CN101441799的专利申请公开了一种生命体征探测装置，其由主机部分 和从机部分组成，从机部分包括生命体体征探测器单元、无线数传模块、放大器、A/D转换 器、嵌入式处理器、非易失性存储器和GPS模块，其中生命体征探测器单元、放大器、A/D转 换器、嵌入式处理器依次连接，GPS模块，非易失性存储器和无线数传模块分别藕联嵌入式 处理器，所述主机部分包括信息输入单元、嵌入式处理器、控制及显示单元、无线数传模块、 GPS模块和非易失性存储器，其中信息输入单元、控制及显示单元、无线数传模块、非易失性 存储器和GPS模块分别与嵌入式处理器连接，主机和从机间通过无线数传模块进行数据和 /或命令传输。该装置能够探测人的生命体征，大大减少搜救的时间。但显著缺点是：生命 体体征探测器单元是采集被救援者的信息(通过携带者协助采集)，无法自动采集携带者的 生命体征状况，而且，采集的信息单一(主要是体温信息)，对于消防救援等应急环境无法为 携带者本人及指挥中心提供有效的信息，此外，其功能不甚完善，由于基于GPS定位的确定 信号是依赖于GPS卫星，因此，在某些复杂的环境条件下，例如在户内环境和可阻挡、扭曲 或反射卫星信号的其它位置中，探测的信息受到限制，从而使得依靠单一的技术手段不能 准确探测人体的生命体征，另外，适应性也不强，特别是在预先防止风险的实用性能方面凸 显不足。
[0005] 与此同时，以消防或危险环境的救援人员为例，由于其人体状况和所处的生存环 境会直接影响其工作的开展，并且如果其也必需时刻掌握自身的生命体征状况以及影响生 命体征的环境状况，为其救援工作提供支持，现有技术没有给出这样的技术方案。 实用新型内容
[0006] 针对上述不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种功能完善和适应性 强的生命体征探测系统。
[0007] 本实用新型的技术方案是这样实现的，一种生命体征探测系统，包括主控单元， 与所述的主控单元进行连接的生命特征传感单元，所述的生命特征传感单元具有生存环境 感知模块和生命体征感知模块。
[0008] 进一步地，所述的生命体征感知模块包括：至少一个运动传感器。
[0009] 进一步地，所述的运动传感器包括：固定于人体肢体的加速度传感器、陀螺仪传感 器，和/或磁阻传感器。
[0010] 进一步地，所述的生存环境感知模块还包括：温度、湿度传感器，C0传感器，甲烷 传感器，硫化氢传感器，氯气传感器，氨气传感器，氯化氢传感器，氧气传感器，氢气传感器， 氟化氢传感器，V0C传感器，和/或C02传感器。
[0011] 进一步地，所述的生命体征感知模块还包括：体表温度传感器，体表血压传感器， 和/或体表心跳传感器。
[0012] 进一步地，所述的生命特征传感单元包括体表温度传感器，体表血压传感器，和/ 或体表脉搏传感器。
[0013] 进一步地，还包括报警输出单元，所述的报警输出单元为声光报警模块。
[0014] 进一步地，还包括定位单元，所述定位单元与主控单元连接。以及包括控制及显示 单元，所述的控制及显示单元包括液晶显示器和/或发光二极管。
[0015] 进一步地，还包括供电单元和存储单元，其中，所述的存储单元包括：Flash存储 器和固态EEPR0M存储器。
[0016] 进一步地，还包括通讯单元，所述的通讯单元包括分别与通信切换电路连接的 GSM/GPRS收发模块，wifi传输模块，蓝牙传输模块，zigbee模块，3G、4G通信模块，RJ45网 络接口和/或射频通信模块。
[0017] 通过上述技术方案可以看出，本实用新型的有益效果包括以下方面：
[0018] 第一，主控单元通过获得的对人体的生存环节和人体状况进行检测数据，并将获 得的数据通过通讯单元送到指挥中心和/或队友的生命体征探测系统(现场接收终端)，以 此来综合判断其人体生命体征状况，以及对其生命的威胁程度，从而为后续采取相应的措 施提供依据。
[0019] 第二，功能完善，在复杂多变的环境条件下通过多种技术手段，包括GSM/GPRS、3G、 4G收发，wifi传输，蓝牙传输，zigbee传输，和/或电台收发等将人的生命体征指标数据准 确有效地实时采集并有效传输，并在危险情况下，包括感测人员昏迷或无法行动的自动报 警或手动报警，报警方式包括声音报警、灯光报警、无线发送位置报警等，并可以通过无线 方式确定大概位置，通过声光报警器确定精确位置。以达到最快救援的目的。
[0020] 第三，适应性强，通过检测[ybl]，感知人体的体温、脉搏、血压、身体姿态(坐、平 躺、爬、侧卧、蹲、走路、跑等）来判断生命体的生命体征，而且，通过检测人体所处的环境信 息，包括周围的生存环境（C0浓度探测、可燃气体浓度探测、有毒气体的浓度探测和温度、 湿度探测）来判断生命体所处的环境对生命的风险，从而达到预先防范的目的。

【附图说明】

[0021] 为了更清楚地描述本实用新型所涉及的相关技术方案，下面将其涉及的附图予以 简单说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0022] 图1为本实用新型的生命体征探测系统的结构示意图；
[0023] 图2为图1所示系统的主控单元具体实施例的电路原理图；
[0024] 图3为本实用新型的生存环境感知模块的结构示意图；
[0025] 图4为本实用新型的生命体征感知模块的结构示意图；
[0026] 图5为图3所示生存环境感知模块的加速度传感器和陀螺仪传感器的具体实施例 电路原理图；
[0027] 图6为本实用新型的各主要部分的逻辑关系框图；
[0028] 图7为本实用新型的报警输出单元和通讯单元的具体实施示意图。

【具体实施方式】
[0029] 为了便于本领域的技术人员对本实用新型的进一步理解，清楚地认识本实用新型 的技术方案，完整、充分地公开本实用新型的相关技术内容，下面结合附图对本实用新型的

【具体实施方式】进行详细的描述，当然，所描述的【具体实施方式】仅仅列举了本实用新型一部 分实施例，而不是全部的实施例，用于帮助理解本实用新型及其核心思想。
[0030] 需要指出的是，本实用新型的中各个、单元模块均为硬件模块，其中部分模块虽然 带有信息处理能力，根据不同的设计需要，可能需要配合相应的软件来实现，但是这些软件 均为现有公知的软件或公知的技术。本申请中所涉及的主控单元可以采用专用集成电路及 外围电路组成予以实现，即采用纯硬件方式实现；或者采用现有的芯片与外围电路构成，通 过在芯片上加载现有软件，或者根据现有方法所实现的软件进行工作。
[0031] 本实用新型的发明点在于各个模块、单元、器件的硬件连接关系，以及各个硬件在 人体不同部位的安装位置，以形成特有连接关系和相对空间位置关系，在采用专用集成电 路时无需软件辅助也可实现，即使具体应用中需要相应的软件，其也只是作为本实用新型 在具体应用场景中与其他部分进行配合、协调，以更好实现本实用新型在应用中的作用，与 本实用新型的发明点无关。同时，如果采用现有芯片配合软件来工作时，其所使用的软件、 处理方法均为现有软件和方法，本实用新型所实现的发明效果和目的的实现也不依赖于软 件，而是通过硬件构造的改进来实现发明目的；并且本实用新型所要求保护的范围不涉及 软件本身，而仅仅是各个部分的连接关系和相对空间位置关系。
[0032] 本发明涉及的相关术语定义如下：
[0033] 生命体征：涉及人体状况、生理指标等方面的特征信息，是维持人机体正常生活的 状态指标，通常包括呼吸、体温、脉搏、血压、肢体动作与状态、体态(身体姿态）等。
[0034] 生命特征传感单元，用于采集与生命状态相关的信息，包括生命体征信息、生命体 (系统佩戴者）所处环境，即生存环境信息，以确定生命体的当前生命状态、生存状态，以及 后期可能面临的生存危险等信息。上述信息的采集可以根据需要进行增减选择相关的设备 来实现。其中，
[0035] 生存环境感知模块：用于采集佩戴环境信息，以确定所处环境是否适宜自身开展 工作和活动，甚至是否对自身的生存状态构成影响，其由至少一种相应的传感器及信号转 换采集电路组成，其一般采用包括环境温度、湿度、可燃气体和毒气采集传感器等组成，佩 戴者周边的环境(例如煤气泄漏，佩戴者可以根据自己周边煤气的浓度，采取最正确的方式 堵漏或者自救);感知佩戴者身边周围的生存环境（C0浓度探测、可燃气体浓度探测、硫化氢 探测等有毒气体的浓度探测和温度、湿度探测）等。
[0036] 生命体征感知模块，用于采集佩戴着的生命状态信息，包括生理指标(呼吸、体温、 脉搏、血压)、肢体动作与状态、体态(身体姿态）等，其一般由传感器及信号转换采集电路组 成，对于肢体动作与状态、身体姿态信息可以采用加速度传感器、陀螺仪传感器、和/或磁 阻传感器来实现，分别安装在佩戴者的腰部、大腿、小腿、上下手臂处，判断佩戴者的行动姿 态(站、跑、走、爬、肌、侧卧、仰卧、坐、蹲、倒退、跳等各种行为姿态）；由体温、脉搏、血压传感 器组成生理指标感知模块：感知佩戴者是否昏迷或无法行动（昏迷：完全处于无知觉状态。 无法行动：四肢无法行动，但意识清醒)，并通过系统的其他设备协同工作实现自动报警(声 音报警、灯光报警、无线发送位置报警等等)。
[0037] 图1示意了本实用新型的生命体征探测系统的结构示意图，如图所示，其结构包 括：主控单元，控制及显示单元，存储单元，通讯单元，报警输出单元和供电单元，定位单元， 生命体征传感单元，其中，定位单元，生命体征传感单元，控制及显示单元、存储单元、通讯 单元、报警输出单元分别与主控单元进行连接，供电单元为整个系统供电。
[0038] 所述的生命特征传感单元具有生存环境感知模块和生命体征感知模块，为佩戴者 自身提供相应的信息或警示，信息通过控制及显示单元进行显示，并且佩戴者可以对系统 进行相应的控制，报警信息(警示信息）通过报警输出单元进行输出，报警输出单元还可以 将报警信息通过通讯单元送达指挥中心系统和/或队友的生命体征探测系统。当然，控制 及显示单元，存储单元，报警输出单元可以根据需要选择是否作为本实用新型的组成部分。 所述通讯单元与指挥中心系统和/或队友的生命体征探测系统建立通讯连接，并将生存环 境感知模块和生命体征感知模块分别采集到的人员生存环境信息的人体状况信息等送到 指挥中心系统和/或队友的生命体征探测系统，为指挥中心或队友后续的救援工作的开展 奠定基础。
[0039] 所述的定位单元采集本系统携带人员的空间位置信息，并给出相应的位置信 息，根据需要其可以采用现有的GPS定位单元、北斗定位单元，以及本 申请人:所提交的第 201220150161. 5号专利"一种自主室内定位系统"的一种或多种的组合来实现。
[0040] 对于具体硬件实施方案来说，主控单元可以是处理器、控制器、微控制器、以及微 处理器，还可以是一个或一个以上专用集成电路（ASIC)、数字信号处理器（DSP)、数字信号 处理装置（DSPD)、可编程逻辑装置（PLD)、现场可编程门阵列（FPGA)。
[0041] 优选地，主控单元可以采用MSP系列单片机，该系列单片机是一种超低功耗的混 合信号控制器，工作电压为1. 8至3. 6V，其具有功能强大的CPU内核，16位CPU和高效的 RISC结构，无外，扩展的数据/地址总线，在8MHz时可达到ns的指令周期，具有16个快速 响应终端，能够及时处理各种紧急事件。
[0042] 作为具体的实施方式，要求单片机具有丰富的片内外围功能模块：12位的A/D转 换器，8个外通道，4个内通道，高达ksps的采样速度，4种采样模式，两路USART通讯串口， 可用于UART模式和SPI模式，有硬件乘法器，看门狗，定时器，比较器，液晶驱动，多达60KB 的Flash存储器以及2KB的内部RAM。Flash型存储器可对单片机进行在线调试、编译、下 载，而且JTAG口可直接和仿真器连接，方便实用。
[0043] 图2示意了本实用新型的主控单元的具体实施例，该主控单元由单片机和外围核 心电路构成，主要包括：MSPF单片机、晶振电路、复位电路和下载接口电路。如图所示，石 英警惕振荡频率分别为68Hz和8MHz，可以为单片机提供高低两种时钟源，电容器C1、C2和C3、C4均选用22PF电容。复位电路采用低电平复位，不仅可以掉电自动复位，也可以在程 序出错后手动复位。
[0044] 上述实施例虽然使用到相关的单片机等处理器，需要使用软件才能工作，但是需 要指出的是，所需要的软件都是现有的成熟软件，或根据现有成熟方法所设计开发的软件。 当然，也可以采用专用的集成电路来实现。作为现有的，便于扩展应用的设备，主控单元可 以采用现有成熟的便携式智能终端来实现，如安卓（Android)系统的设备等，并结合现有成 熟的软件既可实现。因此，本实用新型所改进点仍然在于硬件结构及其连接关系，而没有涉 及对软件本身的改进。
[0045] 图3给出了生存环境感知模块的结构示意图，信号转换采集电路是用于进行A/D 转换，温度、湿度传感器，C0传感器，甲烷传感器，硫化氢传感器，氯气传感器，氨气传感器， 氯化氢传感器，氧气传感器，氢气传感器，氟化氢传感器，0C传感器(空气质量传感器)，co2 传感器等通过信号转换采集电路连接，并将各个传感器采集的数据转换后送到主控单元采 用现有的数据处理技术进行处理后予以显示输出、传输和或触动报警信息。
[0046] 图4为本实用新型的生命特征感知模块的具体实施示意图，如图所示，加速度传 感器，陀螺仪传感器构成运动传感器与主控单元进行连接，信号转换采集电路是用于进行 A/D转换，体表温度传感器，体表血压传感器，体表脉搏(体表心跳）传感器通过信号转换米 集电路与主控单元进行连接，用于采集佩带着的生理指标数据。
[0047] 作为具体的实施方式，图4所示的生命体征感知模块还包括：至少一个[yb2]。运 动传感器包括：加速度传感器、陀螺仪传感器，和/或地磁传感器(磁阻传感器)。运动传感 器实时对人员的运动信息进行采集，包括对人员在三维坐标系中x轴、y轴、z轴三个方向上 的加速度信息进行实时采集的加速度传感器，以及对人员的姿态角度，如俯仰角、侧倾角和 横摆角信息采集的角速度陀螺仪，基于信息确定人体的姿态，例如平躺姿势，站立姿势，侧 卧姿势等。传感器通过腰部佩戴，并通过地面的加速度g来确定向下的方向，运动产生的加 速度，采用用陀螺仪进行修正，各个传感器通过腕带、腰带等固定设置在佩戴着的腰部、大 腿、小腿、上下手臂等处，也可以直接设计在所穿衣物上并进行定位固定。
[0048] 上述传感器通过信号转换采集电路连接，并将各个传感器采集的数据转换后送到 主控单元采用现有的数据处理技术进行处理后予以显示输出、传输和或触动报警信息。
[0049] 优选地，加速度传感器采用芯片MMA0QT，陀螺仪传感器采用芯片ADXRSEB，加速度 传感器和陀螺仪传感器分别与单片机进行连接，单片机内部集成有A/D信号转换采集电路 和比较器，作为进一步扩展，单片机还可连接声光报警电路。
[0050] 图5示意了生命特征传感单元的加速度传感器和陀螺仪传感器的具体实施例电 路原理图，如图所示，加速度传感器和陀螺仪传感器分别与单片机进行连接，加速度传感器 芯片U1的Xout、Yout和Zout引脚分别与单片机的P!. 0脚，P1. 2脚，P1. 3脚连接，U1采 集人员在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度，并将加速度值通过P!. 0脚， P1. 2脚和P1. 3脚传入单片机，U1的gl脚和g2脚用来选择量程，它们分别与单片机的S0 和S1脚相连接，用来对U1进行相应的设置，保证测量的准确性。
[0051] 陀螺仪传感器芯片U2的RATE0UT和ST2脚分别对应与单片机P1. 8脚和P1. 9脚 连接，用来测量人员在三维坐标系中，绕x轴的侧倾角，绕y轴的俯仰角以及绕z轴的横摆 角，单片机给ST2脚输入高电平，可以启动陀螺仪传感器的自测功能。
[0052] 本实用新型的运动传感器的工作过程是：随着单兵人员（佩戴者）的运动，加速度 传感器芯片U1将人员在三维坐标系中x轴、y轴和z轴三个方向上的加速度转变成模拟电 压信号输出，陀螺仪传感器芯片U2将人员在三维坐标系中绕x轴的侧倾角，绕y轴的俯仰 角以及绕z轴的横摆角的角度信息转变成模拟电压信号输出，单片机启用内部的放大器， 采集加速度传感器芯片U1和陀螺仪传感器芯片U2输出的电压信号并进行适当的放大处 理，然后通过A/D转换器对经过放大处理后的电压信号进行实时采样，并对采样信号进行 滤波和采用现有的数据处理方法进行计算处理。
[0053] 作为具体的实施例，生命特征传感单元还可包括传感器节点，所述的传感器节点 连接网关节点，所述的网关节点连接上位机。其中，传感器节点包括：三轴加速度传感器，陀 螺仪传感器、CC0无线模块模块、STM32单片机、电源模块。其中，三轴加速度传感器，陀螺仪 传感器、CC0无线模块模块、电源模块分别与STM32单片机进行连接。优选地，所述的传感 器节点安装在躯干、大腿和小腿的位置。
[0054] 优选地，网关节点包括：STM32单片机、CC0无线模块、蓝牙模块、电源模块。其中， CC0无线模块、蓝牙模块、电源模块分别与STM32单片机进行连接。STM32单片机主要用来 对从传感器节点接受而来的信息做进一步处理（比如对所有节点编码），然后将编码后的 数据通过蓝牙模块传送给上位机。所述的网关节点安装在上位机的位置。
[0055] 每个传感器节点具备以下功能：1.获取并计算在每一个窗口期内的三轴加速度 平均数值；2.将三轴的数据合组合并表明各轴的状态；3.通过一定通信协议向网关节点发 送数据。
[0056] 优选地，在具体的实施例中，测试的三种状态分别为：顺着重力方向，与重力方向 相反，与重力方向垂直。下表是实施例三轴的三种状态进行的组合编码。
[0057]

【权利要求】
1. 一种生命体征探测系统，包括主控单元，其特征在于，还包括： 与所述的主控单元进行连接的生命特征传感单元，所述的生命特征传感单元具有生 存环境感知模块和生命体征感知模块。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的生命体征感知模块包括；至少一个运 动传感器。3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的运动传感器包括；固定于人体肢体的 加速度传感器、巧螺仪传感器，和/或磁阻传感器。4. 如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述的生存环境感知模块还包括：温 度、湿度传感器，C0传感器，甲焼传感器，硫化氨传感器，氯气传感器，氨气传感器，氯化氨传 感器，氧气传感器，氨气传感器，氣化氨传感器，VOC传感器，和/或c〇2传感器。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的生命体征感知模块还包括：体表温度 传感器，体表血压传感器，和/或体表也跳传感器。6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的生命特征传感单元包括体表温度传 感器，体表血压传感器，和/或体表脉搏传感器。7. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括报警输出单元，所述的报警输出 单元为声光报警模块。8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括定位单元，所述定位单元与主控 单兀连接。9. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括供电单元和存储单元，其中，所 述的存储单元包括；Flash存储器和固态邸PROM存储器。10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括通讯单元，所述的通讯单元包 括分别与通信切换电路连接的GSM/GPRS收发模块，wifi传输模块，蓝牙传输模块，zigbee 模块，3G、4G通信模块，RJ45网络接口和/或射频通信模块。
【文档编号】A61B19-00GK204274662SQ201420735626
【发明者】曾逸 [申请人]四川中软科技有限公司