专利名称：一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于诊断目的的测量，特别是涉及同时测定心血管状况和不同类型的身体状况的装置。
背景技术：
在当今的医疗状况下，由于患者连续性健康信息数据缺失，医生往往依靠主诉判断既往情况；然而患者就医的时间节点在疾病出现后，使医生无法了解对于缓慢累积的重大慢性疾病酝酿情况及个人形成原因，这些情况均导致医生的诊断准确性在一定程度上受到了影响；同时，重大慢性疾病酝酿早期时，任何器官均没有明显器质性变化，只是功能性变化阶段，无法选择有针对性的预防性项目，而个人体检项目为普遍性筛查，难以依照个人身体状况和遗传情况等需求因素进行选择安排；老年人、慢性病患者和儿童在进行户外活动时，会有不慎摔倒的情况，此时如果不能得到及时救助，会导致比较严重的后果。当监护者出现突发病症或不慎摔倒时，若不能及时获取相关的生理参数并及时通知医生，将延误治疗时机，增加医疗风险。传统的监护仪器要么没有很好地把运动监护和运动状态下的体征参数监护结合起来，要么不能及时地将使用者实时监护数据呈现给医生进行分析与诊断，大大降低了监护数据的价值，要么没有考虑到监护仪器佩戴的舒适度，监测的便捷性和使用者的隐私权，给使用者的日常生活带来了比较大的负担。
如何结合当前成熟的监护技术和迅速发展的微电子技术，开发具有跌倒报警功能的便携式监护仪已成为新的发展趋势和研究方向。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，不仅在运动状态下的采集体征参数，而且具有跌倒报警功能。本实用新型解决上述技术问题的方案如下:一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，该装置包括主控单元、血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、报警单元、蓝牙通信单元、2G/3G手机和液晶显示单元，其特征在于，所述的主控单元由单片机构成；所述的血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、本地报警单元、液晶显示单元和蓝牙通信单元依次分别与所述单片机的AD/DA 口、SPI 口、AD 口、一组I/O 口、另一组I/O 口和串行口连接；所述的2G/3G手机与所述的蓝牙模块无线连接，由2G/3G手机通过2G/3G网络与远程服务终端进行数据交换；所述的血氧信号采集单元由血氧探头和血氧信号采集模块连接组成；所述的心电信号采集单元由心电电极和心电信号采集模块连接组成；所述的跌倒监测单元由三轴加速度传感器构成。为了进一步提高数据的存储量，本实用新型所述的移动健康监护装置还包括存储单元，该存储单元与所述单片机的另一 SPI接口连接。[0010]上述技术方案中，所述的本地报警单元由声音报警电路和振动报警电路组成，其中，所述的声音报警电路由电子开关与扬声器串联组成，所述的振动报警电路由电子开关与微型震动马达串联组成。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型能够在监测使用者是否发生跌倒的同时监测使用者心电、心率、血氧饱和度参数；这些参数不仅可以单独在移动健康监护装置上显示，同时也可以将装置放入口袋里，监护数据通过蓝牙实时传输至健康监护手机上显示；当发现使用者跌倒或者相关生理参数出现异常时，移动健康监护装置的报警装置发出报警信号，健康监护手机自动向相关人员发出短信提醒，提醒他人进行救助；医生可以随时通过健康监护网站获得使用者的生理信息，及时给使用者提供一些生活指南；同时该移动健康监护装置具有微型化，纤薄美观，便于携带和方便使用等优点。
图1为本实用新型所述的一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置的结构框图。图2 图12为本实用新型的一个具体实施例的电路原理图，其中，图2为充电管理电路，图3为稳压电路，图4为主控单元电路，图5为存储单元电路，图6为实时时钟电路，图7为液晶显示单元电路，图8为本地报警单元电路，图9为蓝牙通信单元电路，图10为心电信号采集单元电路，图11为血氧信号采集单元电路，图12为跌倒监测单元电路。图13 16为本实用新型所述移动健康监护装置的流程图，其中，图13为主程序，图14为心电数据处理子程序，图15为容积脉搏波数据处理子程序，图16为跌倒判断子程序。
具体实施方式
参见图1，整个移动健康监护装置的电路由主控单元、血氧信号采集单元、心电信号采集单元、本地报警单元、蓝牙通信单元、3G手机、液晶(IXD)显示单元、存储单元、充电管理电路和稳压电路组成。上述各单元电路的具体实施方式
如下所述。参见图4，主控单元电路为单片机STM32F103RE (U4)构成的最小控制系统，其中，U4为32位单片机，它包含51个通用I/O 口，512KB的程序空间，64KB的RAM，5路多通道缓冲串行口，18通道12位分辨率的模拟数字转换器，双通道8位/12位数字模拟转换器，最高工作频率可达72MHz ;晶振Xl和Y2的频率分别为8MHz和32768Hz，电容C37、C38、C62、C63为晶振的起振电容，电容C64 C70为单片机的滤波电容。参见图2，充电管理电路由线性充电管理控制器MCP73831 (Ul)及其外围元件组成，其中，Ul将经Micro USB接口 Jl输入的+5V电压变换为3.7V 4.2V对锂电池BTl进行恒流/恒压充电；外围元件中，TVS管D3保护电路免受各种原因造成的电压和电流造成的瞬态干扰，发光二极管D14在电池充电过程中起状态指示的作用。参见图3，稳压电路由无电容低压降稳压器TPS73633 (TPSI)和无电容低压降稳压器TPS73630 (TP S2)及其外围元件组成，其中，TPSl将锂电池BTl输入的电压变换为+3.3V(DVDD),为主控单元电路、存储单元电路、实时时钟电路、液晶显示单元电路、蓝牙通信单元电路，和心电信号采集单元电路供电，TPS2将锂电池BTl输入的电压变换为+3V (AVDD)，为血氧信号采集单元电路和跌倒监测单元电路供电；外围元件中，电阻R19和R24对TPSl和TPS2的EN 口输出的电压进行分压后送至主控单元中单片机U4的模数转换端口 PCO，检测当前电池所剩余电量。参见图5，存储单元电路由64M-Bit串口式闪存W25Q64CV (Fl)和排阻RPll组成，其中，排阻RPll为上拉电阻，其端口 SPI2CLK、SPI2MIS0、SPI2M0SI的一端分别连接Fl的时钟端CLK、输出端SO和输入端SI，另外一端分别连接单片机U4的SPI接口 PB13 PB15，FLASH芯片采用SPI的方式与单片机通讯。参见图6，实时时钟电路由时钟芯片DS1302 (U2)及其外围电路组成，其中，U2外围电路中，TVS管D15保护电路免受瞬态干扰的破坏，晶振Yl的频率为32768Hz，电容C60为旁路电容，排阻RP9为分别与U2的SCLK、S10及I/O 口连接的上拉电阻，二者结点的引出线DSIO、DSCLK和DSRST分别与单片机U4的I/O 口 PB8 PBlO连接。参见图7,液晶显示单元电路由2.6英寸分辨率为240*320的液晶显示器IXD和亮度控制电路组成，其中，亮度控制电路由N沟道MOS管Q5和电阻R47、R48组成；IXD的8位数据通讯口 DB8 DB15分与单片机U4的I/O 口 PBO PB7连接，IXD的寄存器选择接口IXDRS、写数据接口 LCDWR、复位接口 IXDRST、背光控制接口 IXDLAMP分别与单片机U4的I/O 口 PC8 PClO 及 PA15 连接。参见图8，本地报警单元由声音报警电路和振动报警电路组成，所述本地报警单元中，声音报警电路由N沟道MOS管Q7构成的电子开关和扬声器LSl串联组成，其中Q7的栅极串联电容C72后与单片机U4的I/O 口 PA6连接；振动报警电路由N沟道MOS管Q8构成的电子开关和微型震动 马达B2串联组成，其中Q8的栅极串联电阻R54后与单片机U4的I/O 口 PCll 连接。参见图9，蓝牙通信单元电路由蓝牙模块HC-05 (BI)和蓝牙开关控制电路组成，其中，蓝牙开关控制电路由P沟道MOS管Q6和电阻R55、R57组成，该电路中Q6的栅极串联电阻R57后与单片机U4的I/O 口 PA8相连；B1的数据输出端口 TX和数据接收端口 RX分别与单片机的I/O 口 PAlO和PA9相连，BI的状态指示端口 P109通过电阻R59与单片机U4的I/O 口 PAO连接，BI的状态指示端口 P108通过电阻R51连接至发光二极管Dll的阳极，用于指示当前的蓝牙工作状态。参见图10，心电信号采集单元电路由三导联的心电电极和心电信号采集模块连接组成，其中，心电信号采集模块由低通滤波电路、高通滤波电路和集成ECG前端的8通道24位模数转换器ADS1298依次连接组成。上述心电信号采集模块中，低通滤波电路由电阻R2、R3和电容C4、C5组成的二阶无源滤波电路、由电阻R7、R8和电容C8、C9组成的二阶无源低通滤波电路、由电阻R13、R14和电容C13、C14组成的二阶无源低通滤波电路和由电阻R20、R21和电容C17、C18组成的二阶无源低通滤波电路组成；高通滤波电路由电阻RlO和电容C7组成的一阶高通滤波电路、由电阻R16和电容C12组成的一阶高通滤波电路、由电阻R23和电容C15组成的一阶无源高通滤波电路组成；低通滤波电路的输入端经心电导联线和接口 J2与三导联的心电电极连接。上述四路二阶无源低通滤波电路的输入分别为来源于心电电极RLD、LL、RA、LA的人体心电信号，初步滤除心电信号中的高频成分，其中RLD信号经电阻Rl、R4和电容C4组成的四端网络分别送到ADS1298的数据口 RLDOUT、RLDIN和RLDINV ；LL、RA和LA的人体心电信号分别经低通滤波和高通滤波后各分为两路送到ADS1298的数据口 IN2P、IN3P、ININ、IN2N、IN3N和IN1P，经过ADS1298芯片的处理之后，通过SPI的方式传送至单片机U4。参见图10，ADS1298芯片的数据输出口 DOUT、数据输入口 DIN、时钟口 SCLK、复位口 RESET、数据就绪标志DRDY、片选口 CS分别与单片机的I/O 口 PB14、PB15、PB13、PB12、PB11、PC12 相连。参见图11，血氧信号采集单元电路由血氧探头和血氧信号采集模块连接组成，其中，血氧信号采集模块由血氧探头内LED发光时序及亮度控制电路、脉搏波信号调理电路组成。血氧信号采集单元电路的具体实施方案如下:LED发光时序及亮度控制电路是由P沟道双MOS管Q1、两只N沟道双MOS管Q2、Q3及电阻R37、R38、R27、R28、R41、R42、R45和电容C39组成的H桥驱动电路；Q2的两栅极Gl和G2分别经电阻R37和R38与单片机U4的I/O 口连接，电阻R42和R45的结点经电阻R41单片机U4的数模转化接口连接。脉搏波信号调理由依次连接的积分运算电路、减法运算电路和电压跟随器组成，其中，积分运算电路由运算放大器0PA4348中U3A与电阻R30、R31、R36和电容C40组成；减法运算电路由运算放大器0PA4348中U3B与电阻R32、R34、R39、R40、R43、R44和电容C43组成，该电路将前一级输入的血氧信号与单片机U4的数模转换端口 PA4输入的控制信号进行减法运算；电压跟随器由运算放大器0PA4348中U3C连接构成。血氧探头连接在接口 J3上，血氧探头中的两只以背靠背方式连接的LED分别串接在Q2和Q3的漏极Dl、D2之间，血氧探头中的光敏管输出端并联在电阻R35上。参见图12，跌倒监测单元电路三轴加速度传感器MMA7260QT (Ml)与外围元件组成，其中，Ml量程选择端口 G_SEL1通过电阻R58下拉为低电平，G_SEL2通过电阻R60上拉至高电平，将Ml的量程固定至O 4g，X、Y、Z三轴的加速度输出端口 X0UT、Y0UT、Z0UT通过排阻RP7和电容C48、C49、C51组成的低通滤波电路与单片机U4的AD 口 PCl PC3相连接，Ml的睡眠控制接口 SLEEP通过电阻R61与单片机U4的I/O 口 PD2连接，由单片机U4把Ml输出的模拟信号转化为数字信号。当系统检测到人体的合加速度值大于A (本例中A=2.5g)时即开始监测时间T (本例中T=3秒)之后人体合加速度值是否小于B (本例中B=L 2g)并且处于平躺状态，如果是，即可判断为使用者发生了跌倒行为，移动健康监护装置会及时发出报警信号 ，求助他人；同时也会自动存储使用者此时的生理信息，以便给医生的救助提供参考与指导。 图2 图12所示的移动健康监护装置工作的主程序如图13所示。参见图13，系统开始工作后，依次进行心电数据处理、容积脉搏波数据处理、跌倒状态判断，然后由单片机U4将是否报警的信息和所得到的生理信息通过蓝牙发送至3G手机，然后由手机通过3G网络上传至健康管理服务器。当使用者跌倒或当前生理参数异常时，手机在上传数据的同时向监护人发送寻求帮助的求助短信。参见图14，在心电数据处理子程序开始时，系统先判断心电导联连接是否正常，如果导联连接不正常，系统会提示用户检查心电导联线与人体的连接，直到连接正常之后，单片机U4通过SPI接口获取心电信号。单片机U4将所获得的心电信号先用FIR数字滤波器滤除信号中的高频和工频干扰信号，再进行平滑滤波和基线处理，然后依次进行R波识别和心率计算。最后，在显示、存储心电图波形和心率的同时，单片机U4则判断当前心率值和心电图是否正常，如果有异常，便控制本地报警单元电路发出声音和震动报警。参见图15，在容积脉搏波数据处理子程序开始时，系统先判断血氧探头连接是否正常，如果探头连接不正常，系统会提示用户检查血氧探头与人体的连接，直到连接正常之后，单片机U4便开始通过血氧探头获取人体容积脉搏波信号。单片机U4对所获得的容积脉搏波数据先进行FIR数字滤波，滤除高频和工频干扰信号，再进行平滑滤波和基线处理，然后依次进行容积脉搏波特征点的识别、容积脉搏波信号中的交流分量和直流分量的提取和心率与血氧饱和度的计算，最后，在显示与存储脉搏波波形和心率、血氧值的同时，便判断当前生理参数是否正常，如果不正常，单片机U4便控制本地报警单元电路发出声音和震动报警。参见图16，在跌倒判断子程序开始时，系统首先将所采集到的X、Y、Z三个方向的加速度值转化为数字信号，然后对数字信号进行均值滤波处理，再算出合加速度值。如果在预设时间(本例为I秒)内，各采样点的合加速度值均大于门限值A (本例中A=2.5g)便开始等待，如果在等待的时间(本例为3秒)内，各采样点的合加速度值均小于门限值B (本例中B=L 2g)便判断为使用者发生了跌倒行为，单片机U4则控制本地报警单元电路发出声音和震动报警 ，求助他人。
权利要求1.一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，该装置包括主控单元、血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、报警单元、蓝牙通信单元、2G/3G手机和液晶显示单元，其特征在于，所述的主控单元由单片机构成；所述的血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、本地报警单元、液晶显示单元和蓝牙通信单元依次分别与所述单片机的AD/DA 口、SPI 口、AD 口、一组I/O 口、另一组I/O 口和串行口连接；所述的2G/3G手机与所述的蓝牙模块无线连接，由2G/3G手机通过2G/3G网络与远程服务终端进行数据交换；所述的血氧信号采集单元由血氧探头和血氧信号采集模块连接组成；所述的心电信号采集单元由心电电极和心电信号采集模块连接组成；所述的跌倒监测单元由三轴加速度传感器构成。
2.根据权利要求1所述的一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，其特征在于，还包括存储单元，该存储单元与所述单片机的另一 SPI接口连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，其特征在于，所述的本地报警单元由声音报警电路和振动报警电路组成，其中，所述的声音报警电路由电子开关与扬声器 串联组成，所述的振动报警电路由电子开关与微型震动马达串联组成。
专利摘要本实用新型涉及一种具有跌倒报警功能的移动健康监护装置，该装置包括主控单元、血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、报警单元、蓝牙通信单元、2G/3G手机和液晶显示单元，其特征在于，所述的主控单元由单片机构成；所述的血氧信号采集单元、心电信号采集单元、跌倒监测单元、本地报警单元、液晶显示单元和蓝牙通信单元依次分别与单片机的AD/DA口、SPI口、AD口、一组I/O口、另一组I/O口和串行口连接；所述的2G/3G手机与所述的蓝牙模块无线连接，由2G/3G手机通过2G/3G网络与远程服务终端进行数据交换；所述血氧信号采集单元由血氧探头和血氧信号采集模块连接组成；所述心电信号采集单元由心电电极和心电信号采集模块连接组成；所述跌倒监测单元由三轴加速度传感器构成。
文档编号A61B5/11GK203153717SQ201320175280
公开日2013年8月28日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者周凌宏, 袁衡新, 耿庆山, 吴书裕, 薛冰冰, 李亚萍 申请人:南方医科大学