測量人體細(xì)胞外液離子相對濃度的智能戒指的制作方法

本發(fā)明是一種智能可穿戴產(chǎn)品，涉及電子產(chǎn)品和近紅外光譜技術(shù)。

背景技術(shù)：

細(xì)胞外液離子濃度的穩(wěn)定對維持人體水平衡具有重要作用。而市場上少有面向大眾的無創(chuàng)測量人體細(xì)胞外液離子濃度從而獲知人體水含量等信息的產(chǎn)品。

血漿晶體滲透壓由血漿中的電解質(zhì)、葡萄糖、尿素等小分子晶體物質(zhì)所形成。這些小分子晶體物質(zhì)約80％來自鈉離子和氯離子。水溶液中氫鍵的形成會使OH鍵振動的力常數(shù)發(fā)生變化，而鈉離子和氯離子等離子會破壞水溶液中的氫鍵，造成OH鍵振動的力常數(shù)增加。又因?yàn)樗哪骋唤t外光譜吸收峰的強(qiáng)度與其對應(yīng)具有某范圍振動頻率的OH基團(tuán)濃度密切相關(guān)。所以離子濃度的變化會間接影響水溶液某一近紅外光譜吸收峰的強(qiáng)度。而且被測手指指骨上的組織一天厚度變化不明顯，所以水溶液某一波長處吸收峰的強(qiáng)度便可與離子濃度建立聯(lián)系，離子濃度越高水溶液吸收峰強(qiáng)度越大(既越“凹”)。血漿總滲透壓約99.6％是血漿晶體滲透壓形成的，而血漿晶體滲透壓由血漿中的電解質(zhì)、葡萄糖、尿素等小分子晶體物質(zhì)所形成。這些小分子晶體物質(zhì)約85％來自電解質(zhì)。所以一個健康人的細(xì)胞外液離子濃度整體上決定著這個人的水平衡，就連下丘腦滲透壓感受器也是通過感知鈉離子濃度變化去調(diào)節(jié)人體水平衡的?；谏衔乃龅姆N種理論，本發(fā)明欲利用近紅外光譜技術(shù)去測量人體細(xì)胞外液離子的相對濃度。

同時人體在天氣寒冷的時候若穿衣保暖不足，手腳溫度變化明顯，本發(fā)明欲利用溫度傳感器去測量手指的溫度，可獲知體溫的情況亦可減小細(xì)胞外液離子相對濃度的測量誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種測量人體細(xì)胞外液離子相對濃度的智能戒指。

它包括可進(jìn)行細(xì)胞外液離子相對濃度和手指溫度檢測的檢測模塊，可將檢測模塊測得的細(xì)胞外液離子相對濃度和手指溫度進(jìn)行無線傳輸至終端機(jī)的無線模塊和提供電能的電源模塊。

優(yōu)選地，檢測模塊由近紅外發(fā)射模塊、近紅外檢測模塊和溫度傳感器組成。

優(yōu)選地，近紅外發(fā)射模塊含有一個可向指骨上方組織發(fā)出波長為1500nm近紅外光的近紅外發(fā)光二極管。因?yàn)樵诓ㄩL1500nm附近有一強(qiáng)度較好的吸收峰。

優(yōu)選地，近紅外檢測模塊由近紅外光敏二極管，升壓模塊，信號放大模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成，所述近紅外檢測模塊可探測到從指骨上方組織出來的近紅外光并將其轉(zhuǎn)換成電信號。

優(yōu)選地，無線模塊由藍(lán)牙無線單片機(jī)及其外圍電路和與藍(lán)牙無線單片機(jī)相連的天線組成。

優(yōu)選地，升壓模塊由DC/DC升壓芯片及其外圍電路組成，所述的升壓模塊為近紅外光敏二極管提供反向電壓。

優(yōu)選地，信號放大模塊由互阻抗放大器(TIA)及其外圍電路組成，所述信號放大模塊可將近紅外光敏二極管產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

優(yōu)選地，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由16位分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)及其外圍電路組成，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可將由信號放大模塊傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其傳送至藍(lán)牙無線單片機(jī)。

優(yōu)選地，電源模塊由彎曲的鋰聚合物電池，穩(wěn)壓器及其外圍電路組成，所述穩(wěn)壓器為低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。

優(yōu)選地，終端機(jī)可以是智能手機(jī)，平板電腦，個人計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是，可以獲知用戶的細(xì)胞外液離子濃度相對值，通過終端機(jī)提醒用戶什么時候喝多少量的水，用戶還可以在終端機(jī)查看自己一整天補(bǔ)水是否充足等信息。同時，獲知用戶手指溫度，通過終端機(jī)告訴用戶穿衣保暖是否足夠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主要組成部分

圖2是智能戒指主要測量部位，圖中圓圈所示部位為主要測量部位

圖3是電源模塊及其電路圖

圖4是無線模塊及其電路圖

圖5是近紅外發(fā)射模塊及其電路圖

圖6是近紅外光敏二極管和信號放大模塊及它們的電路圖

圖7是升壓模塊及其電路圖

圖8是模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及其電路圖

圖9是實(shí)施例中的智能戒指由圓圈狀被斷開后拉直圖

具體實(shí)施方式

如圖3，電源模塊(3)由彎曲的鋰聚合物電池(31)，穩(wěn)壓器及其外圍電路組成，所述穩(wěn)壓器為低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)(32)。對于LDO，本實(shí)施例選用的是TOREX公司的XC6222。其管腳依次是a：VIN、b：NC、c：VOUT、d：NC、e：VSS、f：CE。采用USP-6C封裝，其尺寸為1.8*2*0.5(單位：mm)LDO通過VOUT管腳輸出穩(wěn)定電源供給整個電路。

如圖4，無線模塊(2)由藍(lán)牙無線單片機(jī)(21)及其外圍電路和與藍(lán)牙無線單片機(jī)相連的天線(22)組成。對于藍(lán)牙無線單片機(jī)，本實(shí)施例選用的是TI公司的cc2640。其管腳依次是a：RF_P、b：RF_N、c：VSS、d：RX_TX、e：X32K_Q1、f：X32K_Q2、g：VSS、h：DIO_0、i：DIO_1、j：DIO_2、k：VDDS2、l：DCOUPL、m：JTAG_TMSC、n：JTAG_TCKC、o：DIO_3、p：DIO_4、q：VSS、r：DCDC_SW、s：VDDS_DCDC、t：VSS、u：RESET_N、v：DIO_5、w：DIO_6、x：DIO_7、y：DIO_8、z：DIO_9、aa：VDDS、bb：VDDR、cc：VSS、dd：X24M_N、ee：X24M_P、ff：VDDR_RF。采用RSM封裝，其尺寸為4*4*1(單位：mm)。

如圖5，近紅外發(fā)射模塊(11)含有一個可向指骨上方組織(4)發(fā)出波長為1500nm近紅外光的近紅外發(fā)光二極管(111)。對于近紅外發(fā)光二極管，本實(shí)施例選用的是KYOSEMI公司的KEDE1458K。它由三極管驅(qū)動和由cc2640控制其發(fā)光間隔及發(fā)光時間。

如圖6，對于近紅外光敏二極管(5)，本實(shí)施例選用的是HAMAMATSU公司的G12180。

信號放大模塊(7)由互阻抗放大器(TIA)(71)及其外圍電路組成，所述信號放大模塊(7)可將近紅外光敏二極管(5)產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)。對于TIA，本實(shí)施例選用的是TI公司的ONET8551T。其管腳依次是a：BW0、b：GND、c：GND、d：BW1、e：GND、f：OUT-、g：GND、h：RSS_EB、i：RSS_IB、j：NC、k：GND、l：FILTER2、m：IN、n：FILTER、o：GND、p：VCC_IN、q：VCC_OUT、r：GND、s：OUT+、t：GND。其尺寸為3.2*1.5*0.75(單位：mm)。

如圖7，升壓模塊(6)由DC/DC升壓芯片(61)及其外圍電路組成，所述升壓模塊(6)為近紅外光敏二極管(5)提供10V的反向電壓。對于DC/DC升壓芯片，本實(shí)施例選用的是TI公司的TPS61040DBVRG4。其管腳依次是a：SW、b：FB、c：GND、d：EN、e：VIN。其尺寸為3*2*1.5(單位：mm)。其EN管腳與cc2640的DIO_5相連，由cc2640控制其開關(guān)。

如圖8，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(8)由16位分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)(81)及其外圍電路組成，相比cc2640集成的12位ADC，(81)具有更高分辨率。所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可將由信號放大模塊(7)傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其傳送至藍(lán)牙無線單片機(jī)(21)。對于ADC(81)，本實(shí)施例選用的是TI公司的ADS1100AOIDBVR。其管腳依次是a：VIN-、b：VDD、c：SDA、d：SCL、e：GND、f：VIN+。其尺寸為3*1.7*1.5(單位：mm)。(81)的SCL管腳和SDA管腳分別與cc2640的DIO_8、DIO_9相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_認(rèn)和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

對于溫度傳感器(13)，本實(shí)施例選用cc2640內(nèi)部集成的溫度傳感器。

如圖9，本實(shí)施例的智能戒指的拉直圖以及各主要元件的分布位置。

以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，例如制成其他智能可穿戴產(chǎn)品。因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。