温度发生变化时，热敏电阻R的阻值随之发生变化，其两端的电压也将发生变化，从而测得热敏电阻R两端的电压值，经信号调理模块送至单片机，由单片机内部自带的AD转换器转换成数字信号然后分析处理，最后计算得出人体的当前体温。
[0039]图4为本发明的脉搏血氧模块的电路图。脉搏血氧模块采用了以软件处理为核心的脉搏、血氧检测系统，由LED驱动模块、信号采集模块等组成。具体包括LED驱动模块，红光发光二极管LED_1，红外光发光二极管LED_2，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻Rll,电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4，运算放大器0PA381和0PA333 ；
[0040]LED驱动模块用于驱动红光发光二极管LED_1和红外光发光二极管LED_2交替发射红光和红外光；R7和Cl并联后的两端分别连接所述运算放大器0PA381的同相输入端和输出端，C4两端分别连接0PA381的同相输入端和反相输入端，C3的一端和RlO的一端均连接所述0PA381的反相输入端，C3的另一端和RlO的另一端均接地，Rll的一端连接0PA381的反相输入端、Rll的另一端接电源VCC ；LED_1连接0PA381的同相输入端，LED_2连接0PA381的反相输入端；
[0041]R8和C2并联后的两端分别连接运算放大器0PA333的同相输入端和输出端，R9的两端分别连接0PA381的输出端和0PA333的同相输入端，0PA381的输出端连接单片机的P6.2引脚，0PA333的反相输入端连接单片机的DA引脚，0PA333的输出端连接单片机的P6.3引脚。
[0042]信号调理模块包括自动增益控制电路、低通滤波电路，这里所用的自动增益控制电路是利用可调数字电位器作为放大器的反馈电阻，通过单片机控制数字电位器的阻值，动态调节红光和红外光信号的放大倍数，从而使两路信号得到不同程度的放大。
[0043]系统工作时首先在单片机控制下周期性的产生控制信号到LED驱动模块，驱动红光发光二极管LED_1和红外光发光二极管LED_2交替发射红光和红外光，经过动脉血管反射的混合光信号被信号采集模块的光电二极管接收并转换成一个电信号，然后传送到信号调理模块，在信号调理模块中，首先自动增益控制电路动态调节红光和红外光信号的放大倍数，从而使得两路信号得到不同程度的放大。然后将放大的信号送至低通滤波器，消除信号中的噪声和调制信号。最后将信号送至单片机，由单片机内部自带的AD转换器转换为数字信号，然后进行光电容积脉搏波的提取和处理，最后计算得出血氧饱和度数值和脉搏数值。
[0044]图5为本发明呼吸检测模块电路图。呼吸检测模块由型号为F1031的气体流量传感器3，分压电路组成；分压电路由电阻R12、R13串联分压实现。分压得到的呼吸信号经信号调理模块送至单片机P6.1端口，由单片机内部自带的AD转换器转换成数字信号然后分析处理，最后计算得出人体的呼吸量和呼吸率。
[0045]具体工作流程如下:防化兵在训练中戴上防毒面具，将耳夹式血氧探头I夹在耳垂上，将热敏电阻R紧贴额头，启动单片机预设程序，同时对防化兵的体温、脉搏、血氧、呼吸量和呼吸率进行采样。将采集到的信号经信号调理电路调理后送入单片机中，由单片机进行处理并根据公式计算得到防化兵的体温、脉搏、血氧饱和度，呼吸量和呼吸率。
[0046]以上所述仅用于解释本发明的技术方案，并用于限定本发明的保护范围，应当理解，在不违背本发明的实质内容和精神的前提下，所作任何改进、修改、等同替换等都将落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，包括体温模块、脉搏血氧模块、呼吸检测模块、信号调理模块、单片机、通信模块、存储模块、供电模块；所述体温模块、所述脉搏血氧模块和所述呼吸检测模块均与所述信号调理模块相连接，所述信号调理模块与所述单片机相连接，所述单片机分别与所述存储模块和所述通信模块相连接；所述供电模块分别与所述体温模块、脉搏血氧模块、呼吸检测模块、信号调理模块、单片机、通信模块和存储模块相连接； 所述体温模块包括热敏电阻、桥式电压测量电路，所述体温模块用于测量人体的当前体温； 所述脉搏血氧模块包括LED驱动模块、信号采集模块，所述脉搏血氧模块用于测量人体的当前血氧饱和度和脉搏； 所述呼吸检测模块包括气体流量传感器、信号采集模块，所述呼吸检测模块用于测量人体运动时的呼吸量和呼吸率； 所述信号调理模块用于对体温模块、脉搏血氧模块、呼吸检测模块的输出信号进行处理、并将处理结果输出给单片机； 所述单片机根据信号调理模块输出的信息计算人体的体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸量和呼吸率； 所述存储模块用于存储单片机计算的人体的体温数据、脉搏数据、血氧饱和度数据、呼吸量数据和呼吸率数据； 所述通信模块用于将单片机计算的体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸量和呼吸率的数值输出到外界设备； 所述供电模块用于为所述体温模块、所述脉搏血氧模块、所述呼吸检测模块、所述信号调理模块、所述单片机、所述存储模块和所述通信模块供电。2.根据权利要求1所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述单片机采用MSP430。3.根据权利要求1或2所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述体温模块的具体电路包括:热敏电阻R，电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，运算放大器Al ； 所述R的一端接电源VCC、所述R的另一端连接R2的一端，所述R3的一端接电源VCC、所述R3的另一端连接R4的一端，所述R2和所述R4的另一端均接地；所述R的另一端连接所述运算放大器Al的反相输入端，所述R5的一端连接所述R3的另一端、所述R5的另一端连接所述运算放大器Al的同相输入端，所述R6的两端分别连接所述运算放大器Al的反相输入端和输出端，所述运算放大器Al的输出端连接单片机。4.根据权利要求1或2所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述脉搏血氧模块具体包括:LED驱动模块，红光发光二极管LED_1，红外光发光二极管LED_2，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻Rll,电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4，运算放大器0PA381和运算放大器0PA333 ； 所述LED驱动模块用于驱动红光发光二极管LED_1和红外光发光二极管LED_2交替发射红光和红外光； 所述R7和Cl并联后的两端分别连接所述运算放大器0PA381的同相输入端和输出端，所述C4两端分别连接所述0PA381的同相输入端和反相输入端，所述C3的一端、所述RlO的一端均连接所述OPA381的反相输入端，所述C3的另一端、所述RlO的另一端均接地，所述Rll的一端连接所述OPA381的反相输入端、所述Rll的另一端接电源VCC ;所述LED_1连接所述OPA381的同相输入端，所述LED_2连接所述OPA381的反相输入端； 所述R8和C2并联后的两端分别连接所述运算放大器OPA333的同相输入端和输出端，所述R9的两端分别连接所述OPA381的输出端和所述OPA333的同相输入端，所述OPA381的输出端连接所述单片机的P6.2引脚，所述OPA333的反相输入端连接所述单片机的DA引脚，所述OPA333的输出端连接单片机的P6.3引脚。5.根据权利要求1或2所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述呼吸检测模块包括:电阻R12、电阻R13，气体流量传感器(3)，所述气体流量传感器(3)采用F1031 ； 所述R12和R13串联后的两端分别连接所述气体流量传感器(3)的输出端和地，所述R12和R13之间的连线连接所述单片机的P6.1引脚。6.根据权利要求1所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述防化兵训练的生理参数动态监测装置安装在防毒面具上面。7.根据权利要求3所述的一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，其特征在于，所述运算放大器Al采用OPA333，所述热敏电阻R采用NTC-MF52AT。
【专利摘要】本发明公开了一种防化兵训练的生理参数动态监测装置，属于生物医学技术和电气工程领域，包括体温模块、脉搏血氧模块、呼吸检测模块、信号调理模块、单片机、通信模块、存储模块、供电模块；所述信号调理模块用于对体温模块、脉搏血氧模块、呼吸检测模块的输出的体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸量和呼吸率等信号进行处理、并将处理结果输出给单片机；单片机计算出人体的体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸量和呼吸率的数值，并将这些值保存在存储模块；通信模块用于将这些数值输出到外界设备；供电模块为整个装置供电。本发明对现有防化兵的防毒面具进行改造，结构简单、成本低，能够实时监测防化兵的体能数据，预防因“过量运动”导致意外发生。
【IPC分类】A61B5/1455, A61B5/0205
【公开号】CN104921716
【申请号】CN201510314293
【发明人】王翔, 李天博, 刘爱, 安阳
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月9日