一種便攜式多點脈搏無線監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種便攜式多點脈搏無線監測系統，包括脈搏采集單元、信號處理及供電單元和數據通信單元三部分組成。脈搏采集單元裝有壓電薄膜傳感器；所述脈搏采集單元用于采集人體脈搏信號；信號處理及供電單元用于對脈搏采集單元采集來的信號進行放大濾波及模數轉換處理，并利用供電單元對各模塊進行供電；數據通信單元用于對處理后的脈搏信息進行藍牙無線傳輸，并顯示在移動客戶端上，本發明能夠對人體脈搏進行多點監測，監測數據可通過藍牙無線傳輸通信，測量結果準確，體積小巧便于攜帶、操作簡便，使用者能夠在不影響工作、學習和運動的前提下，方便快捷地了解自身的健康狀況。
【專利說明】一種便攜式多點脈搏無線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子醫療器械中脈搏監測【技術領域】，尤其涉及一種便于攜帶、可藍牙無線通信的多點脈搏監測系統。
【背景技術】
[0002]脈搏作為人體重要的生命體征，可以反映心臟的跳動情況。不同強度、速率以及節律的脈搏波能夠顯示一個人的生理、精神狀態以及體力水平等健康狀態方面的綜合信息。脈搏波顯示的人體生理狀態信息，可以作為其他醫療儀器的輔助檢測、為醫生提供診斷參考，顯不個人自身的健康狀態等。
[0003]目前，現有脈搏監測系統存在使用時只能對脈搏進行單點監測，干擾信號較大，測量結果易失真，設備體積較大攜帶不方便，數據只能通過有線進行傳輸顯示而不能遠程無線監測等問題。此外，大多數脈搏監測系統，還存在操作復雜，只適合專業人員使用等問題。
【發明內容】
[0004]本發明解決了現有脈搏監測系統普遍存在的測量結果不準確、設備體積較大攜帶不方便、數據不能無線傳輸、操作復雜等問題，提供一種便于攜帶、測量準確，可藍牙無線通信的多點脈搏監測系統。
[0005]為了解決上述問題，本發明所采取的技術方案是:
一種便攜式多點脈搏無線監測系統，采用便攜式裝置安裝各個單元，在便攜式裝置內設置有脈搏采集單元，信號處理及供電單元和數據通信單元；其特征在于:
所述脈搏采集單元用于采集人體脈搏信號；
信號處理及供電單元用于對脈搏采集單元采集來的信號進行放大濾波及模數轉換處理，并利用供電單元對各模塊進行供電；
數據通信單元用于對處理后的脈搏信息進行藍牙無線傳輸，并顯示在移動客戶端上，
所述脈搏采集單元包括三個壓電薄膜傳感器，所述三個壓電薄膜傳感器安裝在便攜式裝置底部表面，且三個壓電薄膜傳感器以便攜式裝置底部表面的中軸為中心呈正三角形對稱放置。
[0006]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號處理及供電單元由信號放大濾波模塊、ADC模塊、控制模塊、電源模塊組成，壓電薄膜傳感器采集的信號經過所述信號放大濾波模塊和ADC模塊與控制模塊的外部中斷口相連，所述信號放大濾波模塊、控制模塊均與電源模塊相連。
[0007]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述數據通信單元主要包括藍牙通信模塊和移動客戶端，所述藍牙通信模塊與控制模塊的串口與電源模塊相連，所述移動客戶端為安裝有藍牙通信功能的手機或其他終端設備。
[0008]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述三個壓電薄膜傳感器共用一個ADC模塊和控制模塊。[0009]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述便攜式裝置為立方體形的箱體，材質采用食品級硅膠。
[0010]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述壓電薄膜傳感器形狀為圓形，材質采用PVDF膜。
[0011]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號處理單元安裝在便攜式裝置的中間部位，供電單元安裝在裝置的頂部，所述藍牙通信模塊位于便攜式裝置頂部供電模塊的一側位置。
[0012]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號放大濾波模塊包括信號放大電路和濾波電路，能夠對空間電磁干擾信號、人體體溫產生的干擾信號以及50Hz的工頻干擾信號進行抑制。
[0013]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號放大電路采用對弱電流進行放大以驅動后級電路工作的低噪聲放大電路，包括集成運算放大器UlA、UlB, UlC,電阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6，電容C1、C2組成，所述集成運算放大器采用帶有差動輸入的四運算放大器LM324，其中電阻R1、電容Cl的一個公共端與集成運算放大器UlA的反相輸入端、壓電薄膜傳感器的一個輸出端相連，另一公共端經過電阻R4與集成運算放大器UlC的反相輸入端、電阻R5相連；電阻R5的另一端與集成運算放大器UlC的輸出端相連；電阻R2、電容C2的一個公共端與壓電薄膜傳感器的另一輸出端、集成運算放大器UlB的反相輸入端相連，另一公共端經過電阻R3與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連；電阻R6的一端與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連，另一端接地；集成運算放大器UlA的同相輸入端與集成運算放大器UlB的同相輸入端相連并接地。
[0014]前述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述濾波電路包括低通濾波器和帶阻濾波器，低通濾波器由集成運算放大器U2A，電阻R7、R8、R9、R10,電容C3、C4組成，電阻RlO—端U2A的反相輸入端相連，另一端接地；R9—端和U2A的反相輸入端相連，另一端和U2A輸出端相連；電容(34 —端和U2A的同相輸入端相連,一端接地；電容C3 —端與U2A的輸出端相連，一端連接于R7和R8之間；電容C5、C6和電阻Rll、R13并聯，將U2A的輸出端與U2B的反相輸入端相連；U2B的輸出端與同相輸入端相連；R14將U2B的輸出端和U2C的同相輸入端相連；U2C的同相輸入端通過R15接地；U2C的輸出端通過C7連接與R11、R13之間，通過電阻R12連接于C5、C6之間；U2C的反相輸入端和其輸出端相連，信號放大電路的輸出端通過電阻R8、R7連接到集成運算放大器U2A的正向輸入端，集成運算放大器U2B用作放大器，其輸出端作為濾波電路的輸出，U2C接成電壓跟隨器的形式。
[0015]本發明所達到的有益效果:本發明的便攜式多點脈搏無線監測系統能夠準確測量脈搏波，并可將數據通過藍牙，無線傳輸到手機等移動客戶端上，設備體積小、便于攜帶，操作更加簡單，使用者能夠在不影響工作、學習和運動的前提下，方便快捷地了解自身的健康狀況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的便攜式多點脈搏無線監測系統的系統框圖。
[0017]圖2是本發明的裝有壓電薄膜傳感器的便攜式裝置結構示意圖。
[0018]圖3是本發明的信號處理及供電單元的信號放大電路圖。[0019]圖4是本發明的信號處理及供電單元的信號濾波電路圖。
[0020]圖5是本發明的數據通信單元的藍牙通信模塊的電路圖。
[0021]附圖標記含義如下:
1_1，1_2，1_3:壓電薄膜傳感器；2:裝置底部表面；3:裝置中間部位用于安裝信號處理單元；4:裝置頂部用于安裝供電模塊；5:裝置頂部一側用于安裝藍牙通信模塊。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0023]如圖1所示，本發明的便攜式多點脈搏無線監測系統，采用便攜式裝置安裝各個單元，在便攜式裝置內設置有脈搏采集單元，信號處理及供電單元和數據通信單元三個部分；脈搏采集單元主要由壓電薄膜傳感器組成；信號處理及供電單元主要由信號放大濾波模塊、ADC模塊、控制模塊、電源模塊組成，壓電薄膜傳感器采集的信號經過信號放大濾波模塊和ADC模塊與控制模塊的外部中斷口相連，信號放大濾波模塊、控制模塊均與電源模塊相連；數據通信單元主要由藍牙通信模塊和移動客戶端組成，藍牙通信模塊與控制模塊的串口以及電源模塊相連，移動客戶端為安裝有藍牙通信功能的手機或其他終端設備。
[0024]如圖2所示，便攜式裝置的整體形狀為立方體形的箱體，材質為食品級硅膠，高度在3厘米以內，保證人與裝置接觸后，不會對人體皮膚產生不良影響。便攜式裝置包括三個安裝在裝置底部表面 2的壓電薄膜傳感器1_1，壓電薄膜傳感器1_2，壓電薄膜傳感器1_3，用于安裝信號處理單元的裝置中間部位3、用于安裝供電單元的裝置頂部4、用于安裝藍牙通信模塊的裝置頂部一側5。
[0025]本發明壓電薄膜傳感器1_1、壓電薄膜傳感器1_2，壓電薄膜傳感器1_3的形狀為圓形，材質為PVDF膜。為了提高所采集數據的代表性，減小個別數據誤差帶來的影響，這三個壓電薄膜傳感器以裝置底部表面2的中軸為中心呈正三角形對稱放置。采用PVDF材質的壓電薄膜壓電常數大，變力響應靈敏度高是所有壓電體中最高的。其在高頻的交變電場中不會被去極化，單位體積能獲得較大的輸出功率。而且PVDF壓電薄膜輕薄柔韌，機械品質因素低，具有寬帶特性，與人體皮膚的貼合性好，從而使得脈搏信號更易傳輸，失真度減小。同時本發明壓電薄膜傳感器，制作成圓形，使得同樣周長的情況下，傳感器面積最大，信號更易傳輸；另一方面由于被測量人體的經脈位置不一，本裝置的三個壓電薄膜傳感器以裝置底部表面2的中軸為中心呈正三角形對稱放置，使得每兩個壓電傳感器構成三角形的一邊，從而使得被測量處相當于至少有兩個傳感器在測量信號，相比于其他放置形式比如一排放置三個等，可能會出現只有一個傳感器在測量的情況。所以本發明的放置方式，可以比較有效的解決這個問題，從而使得測量結果更加精確。
[0026]本發明信號放大濾波模塊包括信號放大電路和濾波電路，能夠對空間電磁干擾信號、人體體溫產生的干擾信號以及50Hz的工頻干擾信號進行抑制。
[0027]本發明信號處理及供電單元的信號放大電路，如圖3所示，信號放大電路是一種對弱電流進行放大以驅動后級電路工作的低噪聲放大電路。包括:壓電薄膜傳感器、集成運算放大器UlA、U1B、U1C，電阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6，電容C1、C2組成，集成運算放大器可以采用帶有差動輸入的四運算放大器LM324。其中電阻R1、電容Cl的一個公共端與集成運算放大器UlA的反相輸入端、傳感器的一個輸出端相連，另一公共端經過電阻R4與集成運算放大器UlC的反相輸入端、電阻R5相連；電阻R5的另一端與集成運算放大器UlC的輸出端相連；電阻R2、電容C2的一個公共端與傳感器的另一輸出端、集成運算放大器UlB的反相輸入端相連，另一公共端經過電阻R3與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連；電阻R6的一端與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連，另一端接地；集成運算放大器UlA的同相輸入端與集成運算放大器UlB的同相輸入端相連并接地。電阻Rl與R2等值，R3與R4等值，R5與R6等值，電容Cl與C2等值。
[0028]信號放大電路的時間常數，電路控制的下限截止頻率為:。考慮到人體脈搏波的頻率約為0.5-2Hz，為了有效采集脈搏波的信號，必須將下限截止頻率設為0.50.1Hz0這樣就可以有效抑制低于0.5Hz的干擾信號，如人體抖動產生的干擾和熱噪聲干擾等。
[0029]本發明的信號處理及供電單元的濾波電路，如圖4所示，包括低通濾波器和帶阻濾波器。低通濾波器由集成運算放大器U2A，電阻R7、R8、R9、R10,電容C3、C4組成。帶阻濾波器由集成運算放大器U2B、U2C，電阻R11、R12、R13、R14、R15，電容C5、C6、C7組成。電阻RlO—端U2A的反相輸入端相連,另一端接地；R9—端和U2A的反相輸入端相連,另一端和U2A輸出端相連；電容C4 一端和U2A的同相輸入端相連，一端接地；電容C3 —端與U2A的輸出端相連，一端連接于R7和R8之間；電容C5、C6和電阻R11、R13并聯，將U2A的輸出端與U2B的反相輸入端相連；U2B的輸出端與同相輸入端相連；R14將U2B的輸出端和U2C的同相輸入端相連；U2C的同相輸入端通過R15接地；U2C的輸出端通過C7連接與R11、R13之間，通過電阻R12連接于C5、C6之間；U2C的反相輸入端和其輸出端相連。前述放大電路的輸出端通過電阻R8、R7連接到集成運算放大器U2A的正向輸入端，集成運算放大器U2B用作放大器，其輸出端作為濾波電路的輸出，U2C接成電壓跟隨器的形式。
[0030]本發明低通濾波器，允許信號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量，本發明使用的低通濾波器是二階壓控型低通濾波器，能夠使得濾波特性更加陡峭，提高濾波效果。本發明帶阻濾波器，它能在保證其他頻率的信號不損失的情況下，有效的抑制輸入信號中某一頻率信息。本帶阻濾波器具有良好的選頻特性和比較高的品質因數。集成運算放大器U2B用作放大器，其輸出端作為濾波電路的輸出，U2C接成電壓跟隨器的形式。未加電壓跟隨器的帶阻濾波器只有在離中心頻率較遠時才能達到較好的衰減特性，因此濾波器的品質因數不高，加入電壓跟隨器后品質因數得以提高，從而使得濾波器的濾波效果更好，測量結果也更加準確。
[0031]信號處理及供電單元的電源模塊可以由鋰電池、干電池或紐扣電池來實現。控制模塊可以采用STC公司STC12C5A60S2型號的產品來實現，其內部集成多路ADC功能模塊，具有多通道模擬信號采集的功能，藍牙通信模塊可以采用ATK-HC05主從一體藍牙串口模塊如圖5所示，來實現，但均不限于此。
[0032]本發明便攜式多點脈搏無線監測系統的工作過程如下:用戶使用本發明的便攜式多點脈搏無線監測系統，使壓電薄膜傳感器緊貼腕動脈處，打開電源后系統開始運行。三個壓電薄膜傳感器可以更加準確地感應脈搏跳動，經過放大濾波電路以及AD模數轉換電路處理后傳給控制模塊，控制模塊計算脈搏波的相關數據。同時通過控制模塊控制藍牙設備與移動客戶端的無線連接。一旦建立連接，移動客戶端可以根據藍牙設備傳輸的數據實時顯示用戶脈搏強度、速率等脈搏波的相關信息，讓使用者能夠在不影響工作、學習和運動的前提下，方便快捷地了解自身的健康狀況。
[0033]本發明涉及的便攜式多點脈搏無線監測系統，通過三個不同位置的壓電薄膜傳感器準確測量脈搏波，利用藍牙模塊與移動客戶端建立無線連接，方便數據的無線傳輸，操作簡單，裝置體積小，易于攜帶。
[0034]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明 精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種便攜式多點脈搏無線監測系統，采用便攜式裝置安裝各個單元，在便攜式裝置內設置有脈搏采集單元，信號處理及供電單元和數據通信單元，其特征在于: 所述脈搏采集單元用于采集人體脈搏信號； 信號處理及供電單元用于對脈搏采集單元采集來的信號進行放大濾波及模數轉換處理，并利用供電單元對各模塊進行供電； 數據通信單元用于對處理后的脈搏信息進行藍牙無線傳輸，并顯示在移動客戶端上， 所述脈搏采集單元包括三個壓電薄膜傳感器，所述三個壓電薄膜傳感器安裝在便攜式裝置底部表面，且三個壓電薄膜傳感器以便攜式裝置底部表面的中軸為中心呈正三角形對稱放置。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號處理及供電單元由信號放大濾波模塊、ADC模塊、控制模塊、電源模塊組成，壓電薄膜傳感器采集的信號經過所述信號放大濾波模塊和ADC模塊與控制模塊的外部中斷口相連，所述信號放大濾波模塊、控制模塊均與電源模塊相連。
3.根據權利要求2所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述數據通信單元主要包括藍牙通信模塊和移動客戶端，所述藍牙通信模塊與控制模塊的串口與電源模塊相連，所述移動客戶端為安裝有藍牙通信功能的手機或其他終端設備。
4.根據權利要求3所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述三個壓電薄膜傳感器共用一個ADC模塊和控制模塊。
5.根據權利要求4所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述便攜式裝置為立方體形的箱體，材質采用食品級硅膠。
6.根據權利要求5所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述壓電薄膜傳感器形狀為圓形，材質采用PVDF膜。
7.根據權利要求6所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號處理單元安裝在便攜式裝置的中間部位，供電單元安裝在裝置的頂部，所述藍牙通信模塊位于便攜式裝置頂部供電模塊的一側位置。
8.根據權利要求7所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號放大濾波模塊包括信號放大電路和濾波電路，能夠對空間電磁干擾信號、人體體溫產生的干擾信號以及50Hz的工頻干擾信號進行抑制。
9.根據權利要求8所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述信號放大電路采用對弱電流進行放大以驅動后級電路工作的低噪聲放大電路，包括集成運算放大器UlA、U1B、U1C，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，電容C1、C2組成，所述集成運算放大器采用帶有差動輸入的四運算放大器LM324，其中電阻R1、電容Cl的一個公共端與集成運算放大器UlA的反相輸入端、壓電薄膜傳感器的一個輸出端相連，另一公共端經過電阻R4與集成運算放大器UlC的反相輸入端、電阻R5相連；電阻R5的另一端與集成運算放大器UlC的輸出端相連；電阻R2、電容C2的一個公共端與壓電薄膜傳感器的另一輸出端、集成運算放大器UlB的反相輸入端相連，另一公共端經過電阻R3與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連；電阻R6的一端與集成運算放大器UlC的同相輸入端相連，另一端接地；集成運算放大器UlA的同相輸入端與集成運算放大器UlB的同相輸入端相連并接地。
10.根據權利要求9所述的一種便攜式多點脈搏無線監測系統，其特征在于:所述濾波電路包括低通濾波器和帶阻濾波器，低通濾波器由集成運算放大器U2A，電阻R7、R8、R9、RlO,電容C3、C4組成，電阻RlO —端U2A的反相輸入端相連，另一端接地；R9 —端和U2A的反相輸入端相連，另一端和U2A輸出端相連；電容C4 一端和U2A的同相輸入端相連,一端接地；電容C3 —端與U2A的輸出端相連，一端連接于R7和R8之間；電容C5、C6和電阻R11、R13并聯，將U2A的輸出端與U2B的反相輸入端相連；U2B的輸出端與同相輸入端相連；R14將U2B的輸出端和U2C的同相輸入端相連；U2C的同相輸入端通過R15接地；U2C的輸出端通過C7連接與R11、R13之間，通過電阻R12連接于C5、C6之間；U2C的反相輸入端和其輸出端相連，信號放大電 路的輸出端通過電阻R8、R7連接到集成運算放大器U2A的正向輸入端，集成運算放大器U2B用作放大器，其輸出端作為濾波電路的輸出，U2C接成電壓跟隨器的形式。
【文檔編號】A61B5/02GK104000567SQ201410265411
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】韓燕 , 楊通, 林善明, 劉玉宏 申請人:河海大學常州校區