基于压电传感器的心率监测装置的制作方法

本实用新型属于智能监护技术领域，具体地说，是涉及一种用于自动监测人体心率变化的监护装置。

背景技术：

心率是指心脏每分钟跳动的次数，其能较可靠地反映出人体的机能状况，可以为某些疾病的早期发现提供依据。因此，心率是一项应当长期检测的项目，尤其是对于心脏病患者和老年人而言，心率检测应成为这类特殊人群日常监护的一项重要任务。

监测心率的方法很多，目前较为常见的方法有：压力法、红外法、电阻法和心电位法。其中，较为专业并可应用于医学临床的是压力法和心电位法，但是这两种方法都需要医学专业设备和专业知识才能测量，不当的使用方法会产生极大的测量误差。红外法和电阻法常见于家庭应用的小型设备，基于这两种方法设计的设备均属于临时测量设备，不能起到长期监控的作用，并且个体之间的测量误差差异较大。

临床心率检测方法较为繁杂，容易受到肌电干扰、运动干扰、电极接触干扰和外电设备干扰，且需要在人身上贴电极，人在检测过程中不能随意活动，灵活性较差。另外，一般的心率测量装置通常采用电脑或其它大型机器作为终端，兼具显示、分析处理和控制功能，需要较为繁琐的安装过程和较多的放置空间，而且监测者监测数据的方式较为单一，不够灵活便捷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于压电传感器的心率监测装置，在保证心率检测的准确性和实时性的前提下，可以提高检测的灵活性和便捷性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于压电传感器的心率监测装置，包括心率采集模块、中继模块和监护终端；所述心率采集模块用于检测人体的心率，包括壳体以及安装在所述壳体内的压电传感器、信号采集单元和第一通讯单元；所述压电传感器用于检测人体的心跳产生的振动，并转换成相应的电信号输出；所述信号采集单元接收所述压电传感器输出的电信号，并转换成振动数据输出；所述第一通讯单元接收所述信号采集单元输出的振动数据；所述中继模块独立于所述心率采集模块单独配置，包括第二通讯单元和处理器，所述第二通讯单元与所述的第一通讯单元进行通信，接收所述的振动数据；所述处理器接收所述第二通讯单元输出的振动数据，并转换成心率数据发送至所述的第二通讯单元；所述监护终端与所述的第二通讯单元进行通讯，接收第二通讯单元发出的心率数据。

为了使所述的心率采集模块能够根据实际使用需求灵活布置，本实用新型设计所述第一通讯单元与第二通讯单元采用无线通信方式进行数据传输；其中，所述第一通讯单元接收所述信号采集单元输出的振动数据，并转换成射频信号发送至所述的第二通讯单元，经由第二通讯单元转换成电信号后发送至所述的处理器。

优选的，所述的第一通讯单元可以是RF433射频模块、蓝牙模块或者WiFi模块；在所述第二通讯单元中设置有与所述第一通讯单元匹配通信的RF433射频模块、蓝牙模块或者WiFi模块；为了实现远程监护的目的，在所述第二通讯单元中还设置有移动通信模块，经由移动通信网络与所述的监护终端进行数据交互。

进一步的，在所述心率采集模块中还设置有第一供电单元，输出工作电源为所述的压电传感器、信号采集单元和第一通讯单元供电；所述第一供电单元内置于所述的壳体中。在所述中继模块中还设置有第二供电单元，输出工作电源为所述的第二通讯单元和处理器供电；所述中继模块封装在一独立的壳体中。

为了起到防尘、防水的作用，所述心率采集模块的壳体包括上下两层防水外壳，在所述壳体中设置有易于传导振动信号的填充物，利用所述填充物将所述压电传感器与上层外壳相贴合，以提高心率检测的准确性。

优选的，所述填充物为塑胶垫、乳胶垫或者海绵；所述上下两层防水外壳为塑料外壳，相互扣合形成密闭腔室。

优选的，所述心率采集模块的壳体优选设计成方形，所述压电传感器为长条形，贴合在所述心率采集模块的所述上层外壳的中间位置，以提高振动信号检测的灵敏度。

为了对被监护者的生活环境以及活动情况进行综合监测，本实用新型在所述中继模块中还设置有红外传感器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器和噪声传感器中的一种或多种，连接所述的处理器，继而通过处理器经由所述的第二通讯单元将检测到的人体活动情况和环境参数发送至远程的监护终端，实现远程监护。

优选的，所述的监护终端可以是护理人员日常使用的智能手机或者计算机等，在方便护理人员使用的同时，可以避免护理人员因需额外购置监护终端而导致购置成本上升等问题。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

（1）本实用新型的心率检测装置基于压电传感器来感测被监护者的心率变化和呼吸频率，检测灵敏度高，简单易用，成本低，无需专业人员安装，便于市场推广；

（2）本实用新型将心率采集模块和中继模块设计成分体式结构，不仅易于安装和维护，而且可以根据实际使用需求将心率采集模块直接铺设在床垫上方、被褥下方或者沙发、座椅的坐垫上使用，布置灵活，不需要随身携带无束缚感，在多种场合都能完成心率监测功能，而且无需被监护者执行任何操作，实现了被监护者最少介入的目的，并且不会对被监护者的日常生活产生任何影响；

（3）本实用新型通过将检测到的心率数据实时地传输至远程的监护终端，从而使护理人员可以随时查看被监护者的心率数据和呼吸频率，以便在被监护者出现危险情况时能够及时采取救助措施，使用便捷灵活。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的心率监测装置的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1中心率采集模块的一种实施例的结构示意图；

图3是图1中中继模块的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

参见图1所示，本实施例的心率监测装置主要由心率采集模块10、中继模块20和监护终端30三部分组成。其中，心率采集模块10和中继模块20采用分体式结构设计，可以根据被监护者的实际使用需求布置在不同的位置，以提高使用上的便捷性和灵活性。其中，心率采集模块10用于检测由于人体的心脏跳动和呼吸而产生的振动信号，使用时可以铺设在床垫上方或者被褥下方或者沙发、座椅的坐垫上，以准确地采集振动数据，并发送至中继模块20。所述中继模块20用于从接收到的振动数据中提取并转换生成心率数据，发送至远程的监护终端30，以实现护理人员对被监护者的远程监护。

下面结合图1，对本实施例的心率监测装置的具体组建结构及其工作原理进行详细阐述。

在本实施例的心率采集模块10中主要设置有压电传感器、信号采集单元、第一通讯单元和第一供电单元等电路模块。其中，压电传感器是一种基于压电材料的压电效应来将压力信号转换成电信号的电子器件。为提高心率检测的精度，本实施例优选采用高灵敏度的MEMS传感器来实现对微小振动信号的准确感知，以完成对人体心率和呼吸频率等生命体征数据的准确检测。将通过压电传感器感应输出的振动信号发送至信号采集单元，通过信号采集单元将振动信号转换成相应的振动数据，传送至第一通讯单元。所述第一通讯单元用于与中继模块20进行数据交互，以将检测到的振动数据发送至所述的中继模块20。所述第一供电单元用于为所述的压电传感器、信号采集单元和第一通讯单元供电，提供其所需的工作电源。为了便于心率采集模块可以根据实际使用需要随意布放，本实施例优选采用电池供电的方式来设计所述的第一供电单元，并在所述的第一供电单元中设置充放电电路，利用充放电电路对所述电池进行充放电控制，并实现对电池剩余电量的实时检测。所述充放电电路将检测到的电池剩余电量发送至所述的信号采集单元，当信号采集单元检测到电池电量过低时，生成低电告警信号，发送至所述的中继模块20，进而经由中继模块20发送至监护终端30，以提醒护理人员及时充电，保证心率检测的连续性。

在本实施例的中继模块20中主要设置有第二通讯单元、处理器CPU和第二供电单元等电路模块。其中，第二通讯单元用于与心率采集模块10中的第一通讯单元进行通信，以接收心率采集模块10检测到的振动数据。在本实施例中，所述第一通讯单元和所述第二通讯单元可以采用有线通信方式进行数据交互，也可以采用无线通信方式进行数据传输。为了便于被监护者使用所述的心率监测装置，本实施例优选采用无线通信方式设计所述的第一通讯单元和第二通讯单元。作为本实施例的一种优选设计方案，本实施例优选采用RF433射频模块、蓝牙模块或者WiFi模块等支持近距离传输的无线射频模块设计所述的第一通讯单元，以将信号采集单元输出的振动数据转换成射频信号，发送至所述的中继模块20。在所述中继模块20的第二通讯单元中设置与所述第一通讯单元匹配通信的无线射频模块，例如RF433射频模块、蓝牙模块或者WiFi模块等，以实现与第一通讯单元的无线通信功能。

所述第二通讯单元将接收到的射频数据转换成电信号，传输至所述的处理器CPU。所述处理器CPU对接收到的电信号（振动数据）进行过滤、处理，以转换成表示心率、呼吸频率等生命体征的数据（以下称心率数据）发送至所述的第二通讯单元，进而经由第二通讯单元发送至所述的监护终端30。

为了实现远程监护的目的，本实施例优选在第二通讯单元中进一步设置移动通信模块，例如GPRS模块、GSM模块、CDMA模块等，进而通过移动通信网络实现中继模块20与监护终端30的数据通信，以将被监护者的心率及呼吸情况实时地发送给护理人员，以便于护理人员随时、随地的掌握被监护者的身体状况，在出现危险情况时可以及时施救。

在所述的中继模块20中，第二供电单元负责整个中继模块20的电源管理，可以为所述的第二通讯单元和处理器CPU提供其所需的工作电源。同样的，为了便于使用者布放，所述第二供电单元也优选采用电池供电的方式进行电路设计，同时在第二供电单元中设置充放电电路，以实现对所述电池的充放电控制。利用所述充放电电路对所述第二供电单元中的电池的剩余电量进行检测，并实时地传输至所述的处理器CPU。当所述处理器CPU检测到电池电量过低时，生成低电告警信号，经由第二通讯单元发送至所述的监护终端30，以提醒护理人员及时充电，确保心率监测装置能够连续使用。

在本实施例中，所述监护终端30可以是智能手机或者计算机等，将被监护者的心率变化显示在监护终端30的显示屏上，以便于护理人员实时观测。

为了使本实施例的心率监测装置可以根据用户的实际使用需要进行合理布放，本实施例将所述心率采集模块中的电路模块密封布设在一个独立的壳体11中，如图2所示。所述壳体11优选采用防水、耐压且易传导振动信号的材料制成，例如可以设计成塑料壳体11，以实现对所述压电传感器、信号采集单元、第一通讯单元和第一供电单元等电路模块的封装和防水绝缘保护。

在本实施例中，可以将所述塑料壳体11设计成上、下两层结构，即上层塑料外壳和下层塑料外壳，将两层塑料外壳相互扣合形成密闭腔室，以保护安装在其内部的电子部件和电子线路。

此外，在上、下两层外壳之间设置易于传导振动信号的填充物，例如塑胶垫、乳胶垫或者海绵等，以起到密封、防尘、防水的作用。利用所述填充物将所述压电传感器与上层外壳紧密贴合，可以提高心率检测的准确性。如图2所示，本实施例优选将所述壳体11设计成方形结构，例如8cm*8cm的横截面形状，壳体11的厚度应控制在2cm以内，越薄越好，以避免被监护者压在其上时产生不舒适的感觉。压电传感器12通常为长条形，例如5cm左右，优选贴合在上层外壳的中间位置，例如正中位置处，以提高振动信号检测的灵敏度。

根据实际使用需求，可以将所述的心率采集模块10铺设在床上、沙发上或者座椅上使用，在不同场合下均可以完成心率监测功能。并且，所述心率采集模块10不需要随身携带，无束缚感，使用过程中无需过多操作，不会影响到被监护者的日常生活，达到了被监护者最少介入的设计目的。

对于所述的中继模块20，同样可以独立地设置在一个单独的壳体21中，例如与心率采集模块10相同的塑料壳体中，以起到保护其内部电路的作用。作为本实施例的一种优选设计方案，所述壳体21也优选设计成方形结构，例如8cm*8cm的横截面形状，厚度上没有过多要求。使用时，可以摆放在床头或者距离心率采集模块10不远的合适位置即可。

为了对被监护者的生活环境以及活动情况实现综合监测，本实施例在所述中继模块20中还可以进一步设置红外传感器22、温度传感器、湿度传感器、光照传感器和噪声传感器等环境参数感应器件，如图1所示。将这些环境参数感应器件安装在中继模块20的壳体21上，并连接所述的处理器CPU，通过处理器CPU接收各个环境参数感应器件感应输出的检测信号，并转换成相应的检测数据，经由第二通讯单元发送至远程的监护终端30，以实现远程综合监护的功能。

作为本实施例的一种优选设计方案，可以将所述的红外传感器22设置在中继模块20的上层壳体上，如图3所示，优选位于上层壳体的正中位置，以便于对室内的人体进行有效扫描。红外传感器22通过检测人体发出的红外线判定是否有人体在其所在的室内活动，如果超过24小时没有检测到红外信号，则判定被监护者外出或者发生意外，进而做出应急处理，通过中继模块20向监护终端30发出告警提醒。将所述中继模块20放置在床头位置，因为红外传感器22的检测具有一定角度，因此可以过滤掉小猫、小狗等矮小动物对检测数据的影响。

在中继模块20的上层壳体上、位于红外传感器22的相对两侧的位置处还可以进一步开设收音孔23，所述收音孔23与内置于壳体21中噪声传感器正对，以准确地感知环境噪声。通过光照传感器和噪声传感器采集光照、噪声等数据，可以分析出被监护者所处的睡眠环境是否对被监护者的作息产生影响。利用温度传感器和湿度传感器采集室内的温湿度情况，可以对被监护者生活环境的舒适度实现综合检测。

本实施例为心脏病患者、老人等特殊群体提供了一种简单易用的监测手段，人体可以在完全无拘束的状态下，实时准确地检测出呼吸、心跳等生命体征数据以及是否在床/离床、体动或进行其他异常状态报警，并利用无线通信方式将相关的数据传送到监护终端30（PC端或移动手机终端）上，以实现对心率的监测、记录与告警，为多种心脏病的诊断提供正确可靠的依据，可以为临床分析病情、诊断确立、疗效判断等提供重要的客观依据。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。