检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带及检测方法与流程

本发明涉及可穿戴设备领域，具体而言，涉及一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带。

背景技术：

随着物联网技术的成熟应用，人员定位标签的使用范围越来越广泛。这些包含有唯一识别号的定位标签可通过各种无线通信方式与用于人员定位、管理和监控的诸如计算机之类的控制设备进行通信，将带有该定位标签的人员的各种信息(比如位置、与控制设备之间的距离、运动速度、体温、是否出入门禁等)实时传输到控制设备。

定位标签可以根据不同的应用环境而具有不尽相同的功能和/或发送不尽相同的信息，可能都会面临被拆除或损坏而使得控制设备无法从该标签接收到相关信息的情况。目前已经开发出了可佩戴在人员手腕或脚腕上的各种防拆标签，一般包括安装定位芯片的本体和用于套在腕上的腕带，腕带内部嵌入有沿其长度方向的导电体。佩戴该防拆标签时，腕带与本体固定连接，腕带中的导电体与本体中的定位芯片形成一条闭环通路。任何异常拆除都会导致该闭环通路断开，触发定位芯片中的报警电路，将拆除事件即时通知到控制设备。

技术实现要素：

本发明提供一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带，包括：腕带，断带检测电路，以及报警装置，其中：

所述腕带包括两端接头部分和主体部分，所述断带检测电路内置于所述腕带中，所述断带检测电路包括供电检测回路和断带回路，所述供电检测回路中串联检测电阻及检测模块，所述断带回路并联于所述检测电阻的两端；当所述腕带扣合为闭环形腕带时，所述断带回路连通，所述检测模块的输出端与所述报警装置的输入端连接，当所述闭环形腕带断开时，所述断带回路开路，所述检测模块接收到的当前电流值高于设定值，则驱动所述报警装置报警。

提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部分结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统将触发报警。

检测人员脉搏、检测运动状态、检测人员身体状态、判定人员心理情绪的变化；

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：运动状态检测模块(加速度模块)，用于检测佩戴者的运动状态信息，所述运动状态信息包括佩戴者的位移和当前t时刻的速度，其中，对于匀加速直线运动，佩戴者的位移x的计算公式为：v0为佩戴者的初始速度，vt为t时刻的速度，a为佩戴者的加速度；

所述腕带集成加速度感应，所述模块可以检测人员身体状态，检测和判断人员是否在轻微运动和剧烈运动；可以检测运动状态，所检测到的参数判断他/她可能在休息走路或跑步，数据传到终端进行分析；可以检测人员是否存在打架与急速奔跑行为。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测脉搏模块，用于根据穿过人体的光强衰减信息检测佩戴者的脉搏信息，并将所述脉搏信息无线发送至智能终端进行显示和分析，当脉搏值不正常时，所述光电测脉搏模块发出报警信息；用于检索或检测用户的身体参数的方法，身体参数诸如是呼吸速率、心率、血液氧合等。

利用此模块侦测皮肤表明颜色的细微变化检测人员的血压情况等身体参数。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测血氧模块，用于检测佩戴者的血氧含量。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测血压模块，用于检测佩戴者的血压信息。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：定位模块，用于根据读写设备通信，实现室内的高精度定位。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：陀螺仪感应模块，用于检测佩戴者是否存在倾斜跌倒情况。

优选地，上述佩戴手环式腕带，其设备可以结合视频分析。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：腕带提供一种用于检索或检测用户的心理情绪的方法，对人员行为习惯分析，判定人员心理情绪的变化；

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：具有dss(直接序列扩频)功能，可以组成对等网、点对点及点对多点网络，具有12个软件可选的直接序列信道，每个信道有65000个可用网络地址。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：所述断带检测电路的供电检测回路设置于所述腕带的中部。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：所述腕带的两端设置腕带扣，所述腕带扣扣合后，所述腕带扣合为闭环形腕带。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：线路固定盒；所述线路固定盒固定于所述腕带的中部；所述断带检测电路的供电检测回路设置于所述固定盒中。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部门结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统将触发报警。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：供电检测回路的电源为锂电池供电单元。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：电源电量监测单元；所述电源电量监测单元与所述锂电池连接，对所述锂电池电量进行检测，当所述锂电池的电量小于设定值时，向外输出电量不足报警信息。

优选地，上述佩戴手环式腕带还包括：电量不足报警器；所述电源电量监测单元的输出端与所述电量不足报警器的输入端连接，根据所述电量不足报警信息驱动所述电量不足报警器报警。

为达到上述目的，本发明还提供了一种基于佩戴手环式腕带的生命体征参数及运动状态检测方法，包括以下步骤：

利用红外线光电传感器检测佩戴者的脉搏信号，根据脉搏信号计算出脉搏信号特征量；

根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用时域分折法进行模式识别，具体包括：

计算脉搏波形图中有意义的拐点位置及其幅度，得到反映人体生理病理特征的参数k；k值反映脉搏波波形面积的变化规律,随着血管弹性的降低，k值从正常值0.3_.4变化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣关闭点为分界点,在k值的基础上划分两类面积，一类为具有心血管疾病的症候，另一类为不具有心血管疾病的症候。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用频域分折法进行模式识别，具体包括：

通过光电检测模块分析正常人的频域内脉搏信号,通过观察脉搏波波路值表m度和脉搏波血氧度均高子正常人的数值来判断人体各项参数。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用时域频域联合分折法进行模式识别，具体包括：

通过建立时频平面反映信号的特征参数，用以表征信号频率随时间变化的特性。通过分析脉象信号的离散短时功率谱，在得到每一例脉搏波的短时功率谱后，利用奇异值分解提取特征矢量。

优选地，上述方法还包括以下步骤：

用光电传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器采集佩戴者的运动信号，并将采集的运动信号传给单片机处理；

单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出佩戴者的运动速率信息。

附图说明

图1-图3为本发明一个实施例的检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带结构示意图；

图4为本发明一个实施例的血氧饱和度的测定原理图；

图5为本发明一个实施例的

图6为本发明一个实施例的光电式脉搏传感器原理示意图；

图7为本发明一个实施例的脉搏传感器的恒流源电路和检测电路图；

图8为本发明一个实施例的陀螺传感仪结构示意图；

图9为本发明一个实施例的加速度传感器结构示意图；

图10为本发明一个实施例的加速度传感器的工作原理图；

图11为本发明一个实施例的加速度传感器的外接电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一个实施例的检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带结构示意图；如图所示，佩戴手环式腕带包括：腕带，断带检测电路，以及报警装置，其中：

所述腕带包括两端接头部分和主体部分，所述断带检测电路内置于所述腕带中，所述断带检测电路包括供电检测回路和断带回路，所述供电检测回路中串联检测电阻及检测模块，所述断带回路并联于所述检测电阻的两端；当所述腕带扣合为闭环形腕带时，所述断带回路连通，所述检测模块的输出端与所述报警装置的输入端连接，当所述闭环形腕带断开时，所述断带回路开路，所述检测模块接收到的当前电流值高于设定值，则驱动所述报警装置报警。

如图1所示，为本发明一个实施例的检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带结构示意图，图中①是本发明主体外壳，其内部空间可容纳电池与电路导体；图中②本发明一侧的带子；图中③是本发明一侧的带子；图中④是本发明电池和电路导体，所述电池和电路导体与①组合；图中⑤是本发明对腕带进行防水和光电检测部分的部件，直接固定在电路导体上；图中⑥是本发明后壳部分；图中⑦⑧是本发明连接处的母扣，与⑨⑩腕带的子扣进行连接，使腕带处于连接状态。

如图2所示，为本发明一个实施例的检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带结构示意图；图中①为本发明主体外壳②为本发明外侧壳③为本发明报警提示按钮④为本发明显示玻璃屏⑤为本发明外壳指示灯⑥为本发明外侧外壳⑦为本发明电量显示按钮⑧为本发明主体带子外壳⑨为本发明显示屏⑩为本发明电池为本发明gps模块为本发明主板为本发明后壳为本发明卡扣为本发明螺丝为本发明带子卡扣。

如图3所示，为本发明一个实施例的检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带结构示意图；图中①为本发明主体外壳②为本发明一侧外壳与指示灯③为本发明一侧的主体外壳④为本发明电量显示按钮⑤为本发明带子和主体外壳组合⑥为本发明主板⑦为本发明电池⑧为本发明血氧检测模块⑨为本发明主体后壳⑩为本发明带子卡扣与相接

在本发明的一个实施例中，提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部分结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统将触发报警。系统设置可强力取下或破坏时，系统不会报警。

在本发明的一种实施例中，佩戴手环式腕带还可以对佩戴者的行为和心理进行分析。其中，行为和心理分析包括：检测人员脉搏、检测运动状态、检测人员身体状态、判定人员心理情绪的变化，以下分别具体介绍。

如图4、5和6所示，光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如14图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(led)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：加速度模块，用于检测佩戴者的运动状态

信息，所述运动状态信息包括佩戴者的位移和当前t时刻的速度，其中，对于

匀加速直线运动，佩戴者的位移x的计算公式为：

v0为佩戴者的初始速度，vt为t时刻的速度，a为佩戴者的加速度；

所述腕带集成加速度感应模块，所述模块可以检测人员身体状态，检测和判断人员是否在轻微运动和剧烈运动；可以检测运动状态，所检测到的参数判断他/她可能在休息走路或跑步，数据传到终端进行分析；

如图8是加速度感应模块中高增益反相放大器的电路图，其内部有一个用于高增益反相放大器。于内部进行分析物体运动快慢的物理量，定义为位移随着时间的变化率。通过对平均速度和瞬时速度的测定，计算出速度原理。

如图7和8所示，图9为本发明一个实施例的加速度传感器结构示意图，图10为加速度传感器的工作原理图，加速度传感器是一种闭环测试系统，其工作原理，三轴加速度传感器由"m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。

如图9所示，为本发明一个实施例的加速度传感器的外接电路图，在该具体实施例中，使用了3个外接电容和3个外接电阻。c1用以决定测量系统的带宽，c1和c2的容量一般选用o～0.22μf，c2一般为0.1μf即可。adxl50在出厂前，厂家已将其前置放大器的测量灵敏度调整为19mv/g，其og时的输出电压vpr为1.8v。因此，若加速度为±50g，则vpr＝1.8v±o.95v，若加速度为±20g，则vpr＝1.8v±o.38v。由于在vpr上的信号不标准，不适于读取进行显示或进行数字化处理。另外，adxl50前置放大器的注入电流最大只能有25μa，驱动能力很小，因此，vpr上的信号要做进一步处理，才能满足要求。一般外接几个电阻与缓冲放大器构成一个放大环节，以调整传感器的vpr的og电位，并提高输出信号的灵敏度。经缓冲放大后的加速度信号，其变化范围处于0.5～4.5v之间，使之距电源的高低两端都有一定的余量。若加速度正、负两方向的变化幅度相近，就可将og电位调在2.5v左右。这样，正、负加速度信号在传感器输出口vout上就有±2v的变化范围。设待测加速度的范围为±50g，则vpr＝1.8v±o，95v，欲使vout＝2.5v±2.ov，就需将信号中的交流分量放大。缓冲放大器的放大系数为-r3/r1，所以，若取r1＝50kω，即可确定r3＝105kω。r2的一端接地，为使0g时vout＝2.5v，r2应满足条件：r2＝(1.8×r3)/(vout-1.8)＝270kω。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测脉搏模块，用于根据穿过人体的光强衰减信息检测佩戴者的脉搏信息，并将所述脉搏信息无线发送至智能终端进行显示和分析，当脉搏值不正常时，所述光电测脉搏模块发出报警信息。

如图10所示，本发明的一种实施方式中，图6是光电式脉搏传感器示意图,其原理由红外发光二极管和红外光敏三极管构成。发光二极管发出的红外光照射到血管上,部分光经血管反射被光敏三极管接收并转换成电信号送检测电路,测出血流状态。血管不受压力时,血流均匀,反射光也比较均匀,故传感器无脉搏信号输出；当血管受压血液不流动时,传感器无输出信号；当血管受到挤压,血管中的血液断续流动时,反射光随之变化,这时传感器输出脉搏信号,达到测量脉搏的作用。

如图7所示，光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如14图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测^[7]和控制中应用非常广泛。

光电传感器一般由三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路^[8]，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(led)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

如图11所示，为本发明一个实施例的脉搏传感器的恒流源电路和检测电路图。恒流源提供10ma的稳定电流,供脉搏传感器的发光管发光。脉搏放大电路为同相交流放大器,对直流无放大作用,由于反馈电容数值比较小,所以起到了高频滤波的作用。因此只将脉搏信号进行放大,送到系统。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测血氧模块，用于检测佩戴者的血氧含量。用于检索或检测用户的身体参数的方法，身体参数诸如是呼吸速率、心率、血液氧合等。

手腕处正对着一个红外光电二极管。其中一个是红光led，其波长为660nm；另一个是红外线，其波长为940nm，血氧百分比是根据测量这两个具有不同吸收率的波长的光通过身体后而计算得出的，而检测什么体征及运动状态的佩戴手环式腕带则采用数字/模拟信号转换控制led双光源交替发光，以光频转换接收头为传感器，将光强信号转换为频率信号，直接送入单片机采集。根据反射式原理计算得到结果，再以无线信号发送数据，从而得出呼吸速率、心率和血氧结合等信息。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：光电测血压模块，用于检测佩戴者的血压信息。利用此模块侦测皮肤表明颜色的细微变化检测人员的血压情况等身体参数。

检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带紧压手腕上血管,使血液不流动。然后通过压力控制单元的压力以2～3mmhg/s的速率下降。与此同时，压力传感器始终测量气袖中的压力。光电式测血压模块对准套于血管上,检测血流状态。当压力大于收缩压时,血液因血管受压迫而停止流动，光电测血压模块检测不到，压力继续下降,当达到收缩压时,血液开始断续流动，光电测血压模块测出血压信息信号，此信号由微机检测到,并显示此时气袖中的压力,它即为收缩压；压力继续下降，当达到舒张压时，由于血管不受压迫，血流均匀，光电测血压模块测出的脉搏信号消失，微机检测到此状态,并对此时气压进行显示。对血压信号进行计数与显示即得到心率指示。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：定位模块，用于根据读写设备通信，数据传输到系统，结合系统室内外定位算法，实现室内的高精度定位。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：陀螺仪感应模块，用于检测佩戴者是否存在倾斜跌倒情况。

例如，上述佩戴手环式腕带，其设备可以结合视频追踪分析。可以对信号读取范围内任何人员进行定位视频追踪，假如，楼层有三层，每层楼梯口有安装一个摄像头，分别是a、b、c，当佩戴防拆卸腕带的人员从三楼到达一楼时，分别经过三个摄像头的位置，该人员到达二楼和一楼时，视频画面根据人员定位坐标及算法，自动切换视频画面。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：腕带提供一种用于检测用户的心理情绪的方法，对人员行为习惯分析，判定人员心理情绪的变化；

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：所述断带检测电路的供电检测回路设置于所述腕带的中部。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：所述腕带的两端设置腕带扣，所述腕带扣扣合后，所述腕带扣合为闭环形腕带。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：线路固定盒；所述线路固定盒固定于所述腕带的中部；所述断带检测电路的供电检测回路设置于所述固定盒中。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部门结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统将触发报警。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：供电检测回路的电源为锂电池供电单元。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：电源电量监测单元；所述电源电量监测单元与所述锂电池连接，对所述锂电池电量进行检测，当所述锂电池的电量小于设定值时，向外输出电量不足报警信息。

例如，上述佩戴手环式腕带还包括：电量不足报警器；所述电源电量监测单元的输出端与所述电量不足报警器的输入端连接，根据所述电量不足报警信息驱动所述电量不足报警器报警。

如图1所示，该实施中的佩戴手环式腕带可提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部门结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统将触发报警。所述断带检测电路包括：供电检测回路及断带回路，所述供电检测回路中串联检测电阻及检测模块，所述断带回路并联于所述检测电阻的两端；所述断带回路设置于所述腕带中，当所述腕带扣合为闭环形腕带时，所述断带回路连通，所述检测模块的输出端与所述报警装置的输入端连接，当所述闭环形腕带断开时，所述断带回路开路，所述检测模块接收到的当前电流值高于设定值，则驱动所述报警装置报警。

例如，所述脉搏检测信息：脉搏检测之所以重要是因为脉搏能反映人体身理状态的重要参数。为此我们将脉搏的测量作为健康腕带测量内容之一。但是由于脉搏信号是强干扰下的微弱信号,且脉搏信号幅度很小，大约是微伏到毫伏的数量级范围。因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50hz的工频干扰，有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等。一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带品质因素低，阻尼小，密度低，具有冗余特性，能满足脉搏信号的频率特性。人体的脉搏频率非常低，约为0.5～4hz，一般情况下为1hz左右。pvdf响应范围是0.1～1mhz。

例如，所述运动状态检测信息：匀加速直线运动的位移公式：

匀加速直线运动的平均速度(也是中间时刻的瞬时速度):

如图5所示，血氧饱和度的测定原理led交替打开或关闭，光电探测器才能分辨出不同波长的吸血氧饱和度测定原理包括分光光度测定和血液容积描记两部分。分光光度测定是采用波长为660nm的红光和940nm的红外光，根据氧合血红蛋白(hb)；对660nm红光吸收量较少。而对940nm红外光吸收量较多；血红蛋白(hb)则反之，用分光光度法测定红外光吸收量与红光吸收量之比值，就能确定血红蛋白的氧合程度。探头的一侧安装有一个光电检测器，将检测到的透过手腕动脉血管的红光和红外光转换成电信号。只有动脉血流中的hb02和hb浓度随着血液的动脉周期性的变化，从而引起光电检测器输出的信号强度随之周期性变化，将这些周期性变化的信号进行处理，就可测出对应的血氧饱和度，同时也计算出脉率。具体原理根据郎伯-比尔(lambert－beer)定律,物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射、衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。血液是高度不透明的液体，光在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍。一般情况下，当光子穿越介质时，因能量被吸收而导致的强度衰减可描述为：

i＝i0e^-α×ε

式中i0是入射光强，α是与组织结构相关的吸收系数(哺乳动物的值在0.1至100之间)，ε是沿光轴方向的坐标长度。

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体手腕,组织中的动脉成分含量高,而且手腕厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手腕后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体手腕。

人体组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略。因此可以认为光透过人体后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,本设计利用透射式的测量方法，通过检测透过人体的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。

从光源发出的光除被人体组织吸收以外，一部分由血液漫反射返回。其余部分透射出来。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式2种，其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，接收的是透射光，这种方法可较好地反映出心律的时间关系，但不能精确测量出血液容积量的变化；反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是血液漫反射回来的光，此信号可以精确地测得血管内容积变化。本实施例中采用的是透射式脉搏传感器，侧重于脉搏信号的测量。

例如，所述运动状态检测信息：以初速度方向为正方向，匀加速直线运动，a取正值；匀减速直线运动，a取负值；时间中点的瞬时速度等于平均速度；ab段位移中点的即时速度。初速为零的匀加速直线运动,在前1s,前2s,前3s……前ns内的位移之比为1^2:2^2:3^2……:n^2；在第1s内,第2s内,第3s内……第ns内的位移之比为1:3:5……:(2n-1)；在前1米内,前2米内,前3米内……前n米内时间之比1:2^(1/2):3^(1/2):……:n^(1/2)；初速无论是否为零,匀变速直线运动的质点,在连续相邻的相等的时间间隔内的位移之差相等，为一常数:△x＝at²(a一匀变速直线运动的加速度t一每个时间间隔的时间)；竖直上抛运动:上升过程是匀减速直线运动,下落过程是匀加速直线运动。全过程是初速度为vo,加速度为g的匀减速直线运动。

例如，在检测血压信息时，发光二极管发出的红外光照射到血管上,部分光经血管反射被光敏三极管接收并转换成电信号送检测电路,测出血流状态。血管不受压力时,血流均匀,反射光也比较均匀,故传感器无脉搏信号输出；当血管受压血液不流动时,传感器也无输出信号；只有当血管受到挤压,血管中的血液断续流动时,反射光也随之变化,这时传感器输出血流信号进行终端分析。

本发明一个实施例的用于检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带具有以下特点：

(1)佩戴手环式腕带构造包括电池盒、底壳和腕带，采用硅胶材质，超低功耗；

(2)集成加速度模块，检测人员运动状态；

(3)集成光电测脉搏模块，检测人员身体状态；

(4)集成光电测血氧模块，检测人员血氧含量；

(5)集成光电测血压模块，检测人员健康状态；

(6)集成光电测脉搏模块，检测人员身体状态；

(7)提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部门结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统触发报警；

(8)含有定位功能，与读写设备通讯，实现室内的高精度定位；

(9)含有断带检测电路及报警装置；当腕带部分通过其两端与所述主体部分连接以处于佩戴状态下时，腕带回路连通，检测模块的输出端与报警装置的输入端连接，当腕带部分通过其两端与所述主体部分连接以处于断开状态下时，腕带回路开路，则驱动报警装置报警。从而，当腕带的闭环形结构形式发生破坏时，可及时知晓其断开的状态。

(10)低耗电待机模式下，锂电池可支持1～24个月。这是一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带的突出优势。

(11)通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32kb代码，子功能节点少至4kb代码。

(12)工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps(2.4ghz)、40kbps(915mhz)和20kbps(868mhz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

(13)传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

(14)响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，一种用于检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、wifi需要3s。

(15)可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

(16)提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(accesscontrollist,acl)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(aes128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

(17)在发射功率为0dbm的情况下，蓝牙通常能有10米的作用范围。而一种检测生命体征及运动状态的佩戴手环式腕带在室内通常能达到30-50米的作用距离，在室外空旷地带甚至可以达到400米。

断带检测电路及报警装置包括：提供多达3路的防拆(报警)功能腕带部分包括，内嵌断电线路，外表材料及安装两端接头；其中，当腕带两端接头部分与主体部分结合后，设备整体形成一个完整导电通路非授权强力取下或破坏时，系统触发报警；包括：断带检测电路。其中，断带检测电路包括：供电检测回路及断带回路，所述供电检测回路中串联检测电阻及检测模块，所述断带回路并联于所述检测电阻的两端；所述断带回路设置于所述腕带中，当所述腕带扣合为闭环形腕带时，所述断带回路连通，所述检测模块的输出端与所述报警装置的输入端连接，当所述闭环形腕带断开时，所述断带回路开路，所述检测模块接收到的当前电流值高于设定值，则驱动所述报警装置报警。

以下为基于佩戴手环式腕带的生命体征参数及运动状态检测方法，该方法包括以下步骤：

利用红外线光电传感器检测佩戴者的脉搏信号，根据脉搏信号计算出脉搏信号特征量；

根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候。

佩戴手环式腕带的生命体征参数主要是利用红外线光电传感器能够检测到由于心脏的跳动引起的手腕内微血管的容积的变化，信号经过内部的放大电路、调理电路和整形电路同步于脉搏跳动的脉搏信号，从而根据脉搏信号来计算出脉搏率。光电传感器是根据手腕上动脉壁的扩大与缩小来进行脉搏测量的，动脉壁会随就会随着心脏的收缩与膨胀周期性的反复扩大与缩小。

脉搏传感器输出的信号十分微弱，一般情况下只有20mv左右，脉搏的信号调理电路要求对微弱的信号进行放大和滤波，滤除各种噪音信号干扰。由于拾取到的脉搏信号的频率比较低，又容易混有工频干扰信号，而ad转换器芯片的输入电压要求为0-5v对微弱的信号识别能力比较弱，需要对传感器的输出信号进行适当放大。前级放大电路需要对微弱的脉搏信号进行放大，为了放大噪声环境中传感器输出的微弱信号，要求放大器具有共模和差模信号阻抗高、输出阻抗低、增益稳定和精确、共模抑制比高的特点。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用时域分折法进行模式识别，具体包括：

计算脉搏波形图中有意义的拐点位置及其幅度，得到反映人体生理病理特征的参数k；k值反映脉搏波波形面积的变化规律,随着血管弹性的降低，k值从正常值0.3_.4变化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣关闭点为分界点,在k值的基础上划分两类面积，一类为具有心血管疾病的症候，另一类为不具有心血管疾病的症候。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用频域分折法进行模式识别，具体包括：

通过光电检测模块分析正常人的频域内脉搏信号,通过观察脉搏波波路值表m度和脉搏波血氧度均高子正常人的数值来判断人体各项参数。

优选地，所述根据所述脉搏信号特征量进行模式识别，判定佩戴者是否具有心血管疾病的症候步骤中，采用时域频域联合分折法进行模式识别，具体包括：

通过建立时频平面反映信号的特征参数，用以表征信号频率随时间变化的特性。通过分析脉象信号的离散短时功率谱，在得到每一例脉搏波的短时功率谱后，利用奇异值分解提取特征矢量。

脉搏信号模式识别

本发明中脉搏信号特征量与心血管疾病之间关系的判断方法包括:

1、时域分折法

时域分析法是分折“脉象图”中的时域特征多数,计算脉搏波形图中有意义的拐点位置及其幅度,找出反映人体生理病理特征的参数,进而得到对临床诊新有价值的信息。k值反映脉搏波波形面积的变化规律,随着血管弹性的降低.k值从正常值0.3_.4变化到0.4-0.s1例以成常波形中的二尖瓣关闭点为分界点,在k值的基础上提出划分两类面积的方法。

2、频域分析法

通过光电检测模块分析正常人的频域内脉搏信号,通过观察脉搏波波路值表m度和脉搏波血氧度均高子正常人的数值来判断人体各项参数。

3、时频域联合分析法

时频联合分析方法，即表示二维信号或系统表征成一个时间和频率的三维函数，通过建立时频平面反映信号的特征参数，改方法清晰的表征了信号频率随时间变化的特性。通过分析脉象信号的离散短时功率谱，在得到每一例脉搏波的短时功率谱后，应用奇异值分解提取特征矢量。

优选地，上述方法还包括以下步骤：

用光电传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器采集佩戴者的运动信号，并将采集的运动信号传给单片机处理；

单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出佩戴者的运动速率信息。

采集信号主要是用光电传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器采集奔跑物体的信号，并将采集的信号传给单片机。

单片机数据处理主要是使用51系列单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出结果。

光电传感器的基本工作原理是光电效应，光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。

光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应

根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：

式中，m为电子质量，v为电子逸出的初速度，a微电子所做的功。

由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>a。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。式中，c为光速，a为逸出功。

当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则电子从价带跃迁到导带，形成电子，同时，价带留下相应的空穴。电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。