专利名称：基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置的制作方法
基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置技术领域木发明涉及嵌入式无线智能监测技术，尤其涉及基于无线传感网络技术下 的嵌入式多功能健康指数智能监测装置。
背景技术：
随着生活水平和节奏的提高和人们对自身的健康状况的重视，越来越多的 人愿意花时间进行体育健身，另外，病人对自身的健康状况也需要及时准确的 了解，同时参加体育健身的人或接受治疗的病人也期望能及时与健身教练或医 生沟通，由他们进行实时指导或诊断，以达到最好的锻炼或治疗效果。与此同 时，健身教练和医牛也希望能及时对每一个会员或病人的情况进行跟踪了解， 并在第一时间内进行有针对性的指导或医治，提高自身工作的效率。在现有的健身和治疗的系统中，人们可以了解到自身的一些体征指标，即 通过仪器测量出自身的血压、心跳、脉搏、体温等参数，但无法把上述参数及 时反馈给教练或医生，从而不能在第一时间得到指导或医治，因此往往达不到 最佳的健身效果或者延误了最佳的治疗时间。同时，教练或医生也无法了解到 哪一些会员或病人是最需要帮助的。所以，在现有的健身和治疗系统中，存在 着会员与教练、病人与医生之间沟通效率低下的问题。发明内容为了解决现有的健身和治疗系统中，存在的会员与教练、病人与医生之间 沟通效率低下的问题，本发明提供了一种基于无线传感网络的嵌入式健康指数 智能监测装置，其采用的技术方案如下基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置，包括兼容Zigbee协议 的无线射频处理芯片、传感数据采集模块、射频收发模块、液晶显示模块、电 源模块。其中传感数据采集模块分为传感器和数据采集两个子模块，传感器包 括半导体薄膜温度传感器、扩散硅薄膜压力和声电复合传感器；数据采集子模 块包括多级差动放大电路、滤波电路和温度补偿电路。本发明智能检测装置的结构包括液晶显示模块、主板、数据采集板、腕带和传感器。液晶显示模块为一块薄型液晶显示屏；主板上以兼容Zigbee协议的 无线射频处理芯片为中心，外围设计有数据存储器、测试端口、传感数据采集 板接口、电源接口、射频收发电路、液晶显示端口、外部通信串口以及按钮控 制；数据采集板通过IDC接口与主板连接，包括多级差动放大电路、滤波电路、 温度补偿电路；传感器覆盖于腕带上，包括扩散硅薄膜压力和声电复合传感器、 半导体薄膜温度传感器，扩散硅薄膜压力和声电复合传感器为若干个且采用点 阵方式排列，半导体薄膜温度传感器为若干个，嵌于扩散硅压力传感阵列中。 射频收发电路中采用陶瓷天线、电源采用纽扣电池。本发明提供一种基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置，结合 嵌入式、无线传感网络及微型传感技术，彻底解决了现有健身和治疗系统所存 在的会员或病人无法就自身状况实时与教练或医生沟通的问题。本发明可根据 实际情况做成戴于腕上，或绑在臂上的手表形状，由于需要与人体紧密接触， 在设计中考虑了产品的微型化、防水防汗、舒适性、可靠性及准确度的问题， 使得该智能检测装置能够满足不同场合下不同人群的实际应用要求。
图1是本发明硬件结构示意2是本发明中主板的结构框3是本发明中腕带以及传感器的示意图具体实施方式
现依据附图，说明本发明的一种最佳实施方式。如图1所示，本发明的主体部分分为三层，即液晶显示屏l、主板2、数据 采集板3，液晶显示屏1位于主体部分的上部，方便使用者査看，数据采集板3 位于主体部分的下部，与腕带4相邻，便于采集传感阵列5所监测到的数据， 这样设计也可以提高所采集数据的可靠性。主体部分固定在腕带4上，传感阵 列5覆盖在腕带4内侧的表面上且位于腕带4相对主体部分的最远端，这样的 结构设计可以提高装置的电磁抗干扰性、稳定性和可靠性。其中，液晶显示屏l尺寸为40腿X20mmX5mm，它是128X16点阵的两行16字的液晶屏，每字为8 X8点阵，它可以显示体温、脉搏次数、血压舒张压和收縮压参数、中央监测设 备发送的信息、反馈的指令等，它通过焊接方式与主板2连接。主板2的结构 如图2所示，其上的核心芯片是选用Ember公司的EM 250芯片，它内置16位 XAP2b微处理器，128K flash存储器和5K RAM，并集成可兼容Zigbee协议的 2. 4G Hz的无线射频收发装置和4个12位精度的A/D转换模块，同时Zigbee通 信协议栈也内嵌于芯片中，EM 250芯片周围设计有数据存储器、测试端口、数 据采集板接口、电源接口、射频收发电路、液晶显示端口、外部通信串口以及 按钮控制，射频收发电路中采用陶瓷天线，电源采用双纽扣电池。数据采集板3 通过IDC接口与主板2连接，包括差动放大电路、滤波电路、温度补偿电路， 采集到的数据经数据采集板处理后，再通过主板2上的EM 250芯片内置的4个 A/D转换模块将温度、压力和脉搏声音等模拟信号转换成数字信号，输入EM250 的微处理器中处理。如图3所示，传感器采用点阵方式排列，这样设计可以保证测量血压、脉 搏和体温的灵敏度和准确性，也可以找准使用者的手腕静动脉血管，传感阵列5 整体尺寸为10mmX5mm，其中扩散硅薄膜压力和声电复合传感器6直径为l腿，组成5X2的点阵，NTC半导体薄膜温度传感器7尺寸为1mmXlmm，内嵌于传感阵列中，其中NTC半导体薄膜温度传感器7测量体温，扩散硅薄膜压力和声电 复合传感器6既可以测量动静脉血管的收縮压和舒张压，还可以通过测量脉搏 的跳动声音来测量脉搏的频率。数据采集线8内置于腕带4中，连接各个传感 器和数据采集板3。另外，在装置的外壳上设置测量、査询、发送、接收、时钟、向上、向下、 选择八个手动控制按钮。装置通过对按钮阵列的扫描操作，采用外部中断的方 式进行按钮按键控制，按钮具体功能如下，测量手动对自身的体温、血压、 脉搏等参数的控制测量，可以根据用户需要，实施中断实时监测；査询手动査询以往监测的健康指数记录，装置将自动保存5次以往的健康指数记录；发送手动将最近的一次监测数据发送到中央监测设备中，使用者可以根据要求，选择与中央监测设备随时实时沟通；接收手动查询所接收到的中央监测设备的操作指令、建议或其他信息，装置将自动保存5条中央监测设备所发送的信息，使用者可根据中央监测设备的指示，来调整自身的操作；时钟定时功能， 设定装置的健康指数测量时间或向中央监测设备系统发送数据的时间间隔，进 行手动定时或调整，也可作为普通手表的时间査询或秒表功能；向上手动操作时的向上、进位或递增功能；向下手动操作时的向下、退位或递减功能；选择功能选择及确认。本发明实际是一个嵌入式无线传感网络智能平台(上海研祥智能科技有限 公司研制开发的嵌入式无线传感网络智能平台)中的节点，节点之间采用星-网 状组网方式，将体温、血压、心率、脉搏等数据传送到监测者的中央监测设备 上，从而实现对使用者状况的实时跟踪和沟通，使用者只需要将检测装置套于 手腕，就可以将使用者的体温、血压、脉搏等参数给测量并显示出来，再根据 需要发送给中央监测设备。每个装置作为节点自动搜寻最近的节点作为数据的 传输通道，再接力传输汇集至中继基站或其它节点，然后由基站或节点发送给 中央监测设备。每个装置节点都具有自处理功能，增加新的节点，该节点能自 动搜寻最近的节点，智能组网到整个平台中。本发明采用超低功耗电源管理模式，绝大多数情况下处于睡眠待机状态， 通过外部中断激励，或自动定时监测方式，使装置处于工作状态，等任务完成 后，装置自动返回睡眠待机状态。装置每1分钟测量一次数据，也可根据需要， 进行手动定时测量。本发明的数据采集和发送方式以自动方式为主，同时辅以手动方式。装置 可通过无线射频方式，在线进行编程或升级。在主板上，有一个测试端口，对 装置的性能或故障进行检测。本发明采用0/〔++语言作为开发工具，对装置节点处理功能、地址分配、数据采集模式、自组网方式等进行程序设计。为了提高本发明的防水防汗性、稳定性和可靠性，满足运动等场合的使用要求，该装置采用全封闭的人性化封装和加固技术。这其中包括a. 采用30mm宽，厚5mm，内径40mm的全封闭环状松紧绷带作为腕带， 腕带质地柔软并具有弹性，可根据使用者的手腕大小而伸縮，并保持一定 的压力，以便测量使用者的血压；b. 根据具体应用场合的需要，腕带采用全封闭塑料或海绵式松紧绷带外包装，可防汗防水，传感阵列覆盖于腕带上，数据线内嵌于腕带之中， 传感阵列位于腕带上相对主体部分的最远端；c. 液晶显示屏位于主体的正上方，外壳采用PVC塑料包装加固，塑料壳底为弧形构造，与腕带紧密相连，并且与手或臂之间的接触良好充分，提高装置佩戴的舒适性；d. 为提高装置的稳定性和可靠性，双纽扣电池电源采用压扣方式固 定，电路板与外壳之间用螺钉固定。本发明中无线射频接入模块通信协议栈包括兼容Zigbee协议的物理层协 议、数据链路层媒体接入控制(MAC)层协议、路由协议、网络拓扑协议、传输 层协议和应用层协议，对应0SI网络模型的物理层、数据链路层、网络层、传 输层、会话层、表示层和应用层。本发明的工作方式包括以下几个步骤a. 覆盖于腕带上的传感器将体温、血压、脉搏等健康状况指数转换 成模拟信号后，通过数据线将信号传输到数据采集板上；b. 通过数据采集板板的多级差动放大、滤波、温度补偿等电路处理 后，将数据发送到主板上的EM250处理芯片中进行A/D数模转换和处理；c. 处理好后的数据可以根据需要，通过液晶显示将使用者的各种生 理参数显示出来，以便使用者参考；d. 同时，处理好的数据也可以根据使用者的要求，采用自动或手动 方式，通过2.4G Hz的RF射频无线传感网络方式，发送到中央监测设备 上，以备监测者监测；e. 监测者根据各个装置节点所发送的数据和信息，将操作指令、建 议、处理方式等反馈信息，通过无线传感网络射频发射到各个对应的使用 者；f. 使用者根据中央监测设备的反馈信息，及时采取相应的操作处理;g. 装置的数据采集和发送方式以自动方式为主，同时辅以手动方式。
权利要求
1. 基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置，其特征在于，包括兼容Zigbee协议的无线射频处理芯片、传感数据采集模块、射频收发模块、液晶显示模块、电源模块。
2、 如权利要求1所述的智能检测装置，其特征在于，所述传感数据采集模 块分为传感器和数据采集两个子模块。
3、 如权利要求2所述的智能检测装置，其特征在于，传感器包括半导体薄 膜温度传感器、扩散硅薄膜压力和声电复合传感器；数据采集子模块包括差动 放大电路、滤波电路和温度补偿电路。
4、 如权利要求1所述的智能检测装置，其特征在于，所述智能检测装置的 结构包括液晶显示模块、主板、数据采集板、腕带和传感器。
5、 如权利要求4所述的智能检测装置，其特征在于，所述液晶显示屏采用 液晶显示模块为一块薄型液晶显示屏；主板上以兼容Zigbee协议的无线射频处 理芯片EM 250为中心，外围设计有数据存储器、测试端口、传感数据采集板接 口、电源接口、射频收发电路、液晶显示端口、外部通信串口以及按钮控制； 数据采集板通过IDC接口与主板连接，包括差动放大电路、滤波电路、温度补 偿电路；传感器覆盖于腕带上，包括扩散硅薄膜压力和声电复合传感器、半导 体薄膜温度传感器；腕带采用全封闭塑料或海绵式松紧绷带外包装。
6、 如权利要求5所述的智能检测装置，其特征在于，所述扩散硅薄膜压力 和声电复合传感器为若干个且采用点阵方式排列，半导体薄膜温度传感器为若 干个，嵌于扩散硅压力传感阵列中。
7、 如权利要求6所述的智能检测装置，其特征在于，所述射频收发电路采 用陶瓷天线、电源采用纽扣电池。
全文摘要
基于无线传感网络的嵌入式健康指数智能监测装置，包括兼容Zigbee协议的无线射频处理芯片EM 250、传感数据采集模块、射频收发模块、液晶显示模块、电源模块。它结合嵌入式、无线传感网络及微型传感技术，彻底解决了现有健身和治疗系统所存在的会员或病人无法就自身状况实时与教练或医生沟通的问题。本发明可根据实际情况做成戴于腕上，或绑在臂上的手表形状，由于需要与人体紧密接触，在设计中考虑了产品的微型化、防水防汗、舒适性、可靠性及准确度的问题，使得该智能检测装置能够满足不同场合下不同人群的实际应用要求。
文档编号A61B5/00GK101264008SQ200710038119
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者王小军, 琰 郑 申请人:上海研祥智能科技有限公司