CN101947106B

CN101947106B - 基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置

Info

Publication number: CN101947106B
Application number: CN2010102815899A
Authority: CN
Inventors: 马立新; 刘伟庭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: CN101947106A

Abstract

本发明公开了一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置。由压电或压阻微纳纤维膜传感器，安装在腕表内的柔性敏感材料预处理电路、低功耗微处理器、射频无线发射模块，防脱落开关和腕表手动报警开关和腕带组成的生理参数监测传感器腕表，将生理参数转化为电信号并以射频无线形式发给信息处理及定位报警器。在意外发生时进行报警并通过全球卫星定位与移动通信双模定位技术向急救中心提供用户位置信息，同时向急救人员提供病人的基本信息和用药禁忌信息。本发明具有体积小、重量轻、方便长期佩戴的优点，有利于提高急救成功率及急救效率，减少抢救过程中可能造成的二次伤害。可用于独居老人危险情况下的自动呼救以及紧急情况下的手动呼救。

Description

基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置

技术领域

本发明涉及一种医用实时监测与急救定位报警装置。尤其涉及一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置。

背景技术

现代社会由于科学技术的进步，医学的发达，人的寿命越来越长，老年人口占总人口的比例越来越高。这种人口的老龄化过程已成为社会发展的必然趋势。据统计我国的老年人已达1.6亿，占总人口12％，并正在迅速扩大中。按国际通行标准，我国人口年龄结构已经开始进入老年型。

西方国家是“国先富人后老”，在人均GDP达3万元以后才步入老龄社会；我国的情况是“国未富人先老”，人均GDP只有3000元，就过早地步入了老龄社会，突显了社会和家庭的养老压力。同时由于独生子女政策的实施，家庭养老成本也在急剧增大。现在社会上已有两代独生子女，使不少家庭出现了“四、二、一”结构，即四个老人(爷爷奶奶、姥爷姥姥)、两个中年夫妇、一个子女。随着城市化的发展和现代社会工作流动性增大，已形成了大量的“空巢”家庭。子女即使在同一城市工作，也很少能跟父母同住一室。发展相关的关键生理参数实时监测并具备定位报警功能的装置，结合意外呼救功能，并与广泛使用的移动通讯功能相结合，可以有效缩短抢救时间，提高抢救成功率，从而有效降低社会医疗保障费用和减轻家庭负担。

血压和心率是重要的生命特征，也是与急救相关的关键生理参数。现成的便携式血压计已广泛进入家庭，但其血流阻断式声音测量方法由于存在充气机构和大尺寸传感器，难以应用于实时监测。虽然已有腕式血压计，同样由于传感器体积相对较大，整体结构重量过大，不适合老年人长期佩戴；如果将定位和报警功能进一步集成，还会导致装置耗电量急剧增加，从而增加电池容量要求并由此导致电池重量增加，进一步增加佩戴者的负担。

全球卫星定位系统可提供实时三维(经度、纬度、高度)导航定位、三维速度和时间信息服务，然而定位信号在室内、城市等复杂环境，由于穿透、反射、绕射、散射等损耗，会急剧地恶化。定位的位置必须能同时接受4颗卫星的导航定位信号，才能有效地迅速定位。基于蜂窝移动通信网络的定位技术，起源于美国智能交通的紧急呼叫业务(E-911)，第三代移动通信系统(如CDMA技术)能提供相关的无线定位技术，如TDOA的双曲线定位技术。将卫星定位技术与蜂窝移动通信定位技术结合，可以实现室内和复杂环境的更好定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置。通过对血压和心率等与老年人健康和急救密切相关的关键生理参数进行在线实时监测，在意外发生时向急救中心进行报警并通过全球卫星定位与移动通信双模定位技术向急救中心提供用户位置信息、病人的基本信息和用药禁忌信息等等。

本发明采用的技术方案是：

由生理参数监测传感器腕表和信息处理及定位报警器组成；其中：

1)生理参数监测传感器腕表：包括压电或压阻微纳纤维膜传感器，安装在腕表内的柔性敏感材料预处理电路、低功耗微处理器、射频无线发射模块，防脱落开关和腕表手动报警开关和腕带；压电或压阻微纳纤维膜传感器经柔性敏感材料预处理电路，腕表手动报警开关和防脱落开关分别与低功耗微处理器的输入端连接，低功耗微处理器的输出端经射频无线发射模块发送信号至信息处理及定位报警器中的传感器信号无线接收单元，腕带与腕表的一端固定式连接，与另一端搭扣式连接；腕表手动报警开关安装于腕表侧面，防脱落开关安装于腕表内侧面，压电或压阻微纳纤维膜传感器安装于腕带靠近固定端内侧面；

2)信息处理及定位报警器：包括微处理器单元，传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元、急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元；微处理器单元分别与传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元，急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元连接，传感器信号无线接收单元接收生理参数监测传感器腕表中射频无线发射模块发射的信号；报警信息处理单元中的CDMA模块与急救中心无线连接。

所述的压电微纳纤维膜传感器的柔性敏感材料预处理电路采用了高输入阻抗的电容反馈电路，其输入端与压电微纳纤维膜传感器的输出端相连；电阻R₁和R₂用于调整信号的直流偏置；陷波器采用MAX7409芯片。

所述的压阻微纳纤维膜传感器的柔性敏感材料预处理电路采用四端测量电路；1、2端输入恒流信号并与压阻微纳纤维膜传感器输入端相连，压阻微纳纤维膜传感器输出端3、4与后续电路电压检测电路相连。

所述的生理参数监测传感器腕表的低功耗微处理器采用AVR微处理器，射频无线发射模块采用Hope RF 43，防脱落开关采用商用微型接触开关。

所述的信息处理及定位报警器的微处理器单元采用三星公司的ARM架构的S3C2410嵌入式微处理器；所述的定位系统处理单元中的GPS模块采用XEMICS低功耗GPS无线收发数传模块XE1610，CDMA模块采用TechFaith Wireles公司的Flying 800模块，分别与微处理器单元的异步串行口相连；所述的传感器信号无线接收单元采用Hope RFM 31；所述的实时传感器信号处理单元由为处理器和外围接口电路组成，其中，外围接口电路由模拟放大模块LT1008、滤波模块MAX260和模数转化模块AD7888组成。；所述的急救对象信息存储和显示单元中的液晶显示屏采用CFA632-NFA-KS，存储器配置有掉电保护功能的FLASH和无掉电保护功能的RAM。

本发明具有的有益效果是：

采用柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器作为敏感元件，使生理参数监测传感器腕表更加轻量化；生理参数传感器腕表与信息处理及定位报警器的分体式设计大大降低前者的尺寸和重量，加之所设计的腕表形式，更加有利于用户在不影响生活的情况下长期佩戴该装置；对于生理参数的实时监测分析与报警缩短了抢救等待时间，有利于提高急救成功率及急救效率；如用药禁忌和家庭联系方式等急救对象重要的相关信息会在报警启动后加以显示，降低了急救过程中出现二次伤害的可能性。本发明用于独居老人危险情况下的自动呼救以及紧急情况下的手动呼救。

附图说明

图1是本发明的使用方法示意图。

图2是信息处理及定位报警器的原理结构框图。

图3是信息处理及定位报警器的外形图。

图4是生理参数监测传感器腕表的原理结构框图。

图5是生理参数监测传感器腕表的结构示意图。

图6是生理参数监测传感器腕表中柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器的布置示意图。

图7是柔性压电微纳纤维膜传感器的预处理电路原理图。

图8是柔性压阻微纳纤维膜传感器的预处理电路原理图。

图中：1、急救中心，2、用户，3、生理参数监测传感器腕表，4、信息处理及定位报警器，5、显示屏，6、微型扬声器，7、电源指示灯，8、低电压指示灯，9、报警器手动报警开关，10、报警清除开关，11、麦克风，12、柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器植入处，13、腕表手动报警开关，14、防脱落开关，15、松紧度和传感器位置调整机构，16、腕带，17、腕带表面，18、柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器，19、硅橡胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于生理参数实时监测的急救定位报警装置由生理参数监测传感器腕表3和信息处理及定位报警器4组成。生理参数监测传感器腕表3与用户2的身体表面长期直接接触，并将预处理后的生理参数信息通过射频方式传送到信息处理及定位报警器4；信息处理及定位报警器4则负责将报警及相关的信息通过移动通讯技术传送至急救中心1等处(如社区医疗服务站、医院急救中心、用户家属等)。同时，通过运行信息处理及定位报警器中微处理器内置的“看门狗”程序，以及定期对生理参数监测传感器腕表3射频信息的巡检程序，保证整个装置的正常工作。生理参数监测传感器腕表3以射频方式提供用户的生理检测信息，这一信息通过传感器信号无线接收单元进行接收并由实时传感器信号处理单元进行滤波、放大和模数转换后采用数字信息处理技术提取有效的血压和心率等信息。血压和心率等关键生理参数被送入报警信息处理单元，与用户特定的生理参数经验数据相比较比较，以确定是否应该发出报警信号；除了用户生理信息之外，送入报警处理模块的还有其它报警编码信息，如腕表手动报警信息、传感器腕表脱落信息、腕表低电压信息等。这些信息经过报警信息处理单元识别，如确认为紧急求救信号，则连同用户的位置信息通过移动通讯网络，迅速发送给相关接收人，如社区医疗服务站、医院急救中心、报警中心、用户指定联系人等。报警信号的定位信息由定位系统处理单元的卫星定位模块和移动通信模块共同提供，当用户所处位置能同时接收到4颗卫星信息时，卫星定位技术可提供快速定位功能；否则，采用卫星/移动通信双模定位技术，以获取用户的位置信息。

图4所示为生理参数监测传感器腕表3的原理结构框图，该腕表包括压电或压阻微纳纤维膜传感器，安装在腕表内的柔性敏感材料预处理电路、低功耗微处理器、射频无线发射模块，防脱落开关14和腕表手动报警开关13和腕带16，这些部分构成了一套完整的传感器系统。经过预处理后的生理信号和其它相关数据(如腕表手动报警信息、腕表脱落信息或低电压信息)通过射频无线发射模块发送至信息处理及定位报警器4。敏感元件与预处理电路的电气连接采用导电纳米填料通过定位沉积技术制备，以保证传感器的柔性连接，并确保传感器的灵敏度不受影响。压电或压阻微纳纤维膜传感器经柔性敏感材料预处理电路，腕表手动报警开关13和防脱落开关14分别与低功耗微处理器的输入端连接，低功耗微处理器的输出端经射频无线发射模块发送信号至信息处理及定位报警器4中的传感器信号无线接收单元，生理参数监测传感器腕表的低功耗微处理器采用AVR微处理器，射频无线发射模块采用Hope RF 43，防脱落开关采用商用微型接触开关(比如Kunglong TS-ZJ66H)。

图5所示为生理参数监测传感器腕表3的结构示意图。腕带16与腕表的一端固定式连接，与另一端搭扣式连接；腕表手动报警开关13安装于腕表侧面，防脱落开关14安装于腕表内侧面，压电或压阻微纳纤维膜传感器安装于腕带靠近固定端内侧面；

图6所示为压电或压阻微纳纤维膜传感器在腕带16内的安装方式。作为生理信号采集的核心元件，柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器18被嵌入腕带16中，柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器植入处12在腕带16内侧呈向内突起状。制作时，首先用铸模方式使用杨氏模量相对较高的硅橡胶19做成突起形状，其成型时间约为18小时(采用不同的硅橡胶基和催化剂成型时间会有不同)。成型后将柔性压电或压阻微纳纤维膜传感器18至于突起上，再次采用铸模方式将其放置于腕带表面17之中，腕带表面材料采用软硅橡胶。这种结构既保护传感器的长期稳定工作，同时也能保持用户佩戴舒适性。突起部分和人体手腕脉搏位置，在佩戴的时候可以通过松紧度和传感器位置调整机构15进行调整，确保传感器对准手腕脉搏跳动处，从而让传感器腕表能获得准确的生理参数信息。

图7所示是柔性压电微纳纤维膜传感器的预处理电路原理图。对于柔性压电微纳纤维膜传感器而言，需要消除引线等导致的寄生电容对信号输出的影响，并抑制50赫兹工频干扰。压电微纳纤维膜传感器的等效电路为与电容串联的电压源或者与电容并联的电流源，因此预处理电路采用了高输入阻抗的电容反馈电路，电路的第一级输出只与反馈电容值有关而与输入电容值无关，这样就彻底消除了传感器引线带来寄生电容造成的影响。电路中R1和R2用于设定动态信号的零点，以保证输出信号有最大的动态范围。C3和C4是隔直电容，用于消除电路的漂移；同时与R5和R6的构成一个高通滤波器，通过参数的选择确保有用信号通过。MAX7409则构成50Hz陷波器，以消除工频信号干扰。

图8是柔性压阻微纳纤维膜传感器的预处理电路原理图。对柔性压阻微纳纤维膜传感器而言，电气引线接触电阻不稳定会影响检测的准确性。为了消除这一影响，压阻微纳纤维膜传感器的预处理电路采用4端测量电路。从电路的1、2端输入恒流信号，从而在3、4端产生相应的电压；由后续电路检测其电压输出。由于放大器输入端的高输入电压(100兆欧)，使得接触电阻在检测回路中可以忽略不计，从而可由欧姆定律得出敏感膜准确的电阻值。

图2所示为信息处理及定位报警器4的原理结构框图。该报警器包括微处理器单元，传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元、急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元；微处理器单元分别与传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元，急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元连接，传感器信号无线接收单元接收生理参数监测传感器腕表中射频无线发射模块发射的信号；报警信息处理单元中的CDMA模块与急救中心无线连接。实施例中，该报警器的硬件核心采用ARM架构的嵌入式微处理器(比如三星公司的S3C2410)，卫星定位模块(可采用XEMICS低功耗GPS无线收发数传模块XE1610)和移动通信模块(可选用TechFaith Wireles公司的Flying800模块)分别与微处理器相应的异步串行口相连，传感器信号无线接收单元采用Hope RFM 31；生理参数信息经传感器信号无线接收单元输入，经过模拟放大器、滤波电路和模数转化后，进入微处理器进行后续的数字处理。存储单元用以存放嵌入式系统，应用程序，定位信息，生理参数信息，用户急救基本信息等，采用有掉电保护功能的FLASH和无掉电保护功能的RAM。液晶显示屏5与微处理器的LCD接口电路直接相连，采用CFA632-NFA-KS。此外，还包括如供电、时钟和调试等其他外围电路，其中，外围接口电路由模拟放大模块LT1008、滤波模块MAX260和模数转化模块AD7888组成。为了满足报警器中不同芯片的电压(5V、3.3V和1.8V)和报警器省电模式的要求，报警器还配备了相应的电压转化芯片。报警器直接直流供电电压为5V，5V到3.3V和3.3V到1.8V的电压转化则分别通过Analog Electronics和National Semiconductor的调整器芯片完成。

图3所示为信息处理及定位报警器4的外观示意图。在报警信号发出的同时，根据信息处理及定位报警器4的设定，可通过急救对象信息存储和显示单元将用户事先所存储的相关个人信息和医疗信息显示在显示屏5上，以方便急救人员进行救助。同时可启用语音处理模块，进行现场情况的监听和录音，通过微型扬声器6和麦克风11实现双向对话功能，以进一步了解现场实际情况。如果用户按下报警器手动报警开关9，将被确认为正有紧急情况发生。如果用户按下报警清除开关10，则会取消报警。而传感器腕表上传过来的传感器腕表脱落信息，则直接向用户本人发出警告信号。报警器上设置的电源指示灯7和低电压指示灯8用来直观地向用户显示其工作状态。

Claims

1.一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置，其特征在于由生理参数监测传感器腕表(3)和信息处理及定位报警器(4)组成；其中：

1)生理参数监测传感器腕表(3)：包括压电或压阻微纳纤维膜传感器，安装在腕表内的柔性敏感材料预处理电路、低功耗微处理器、射频无线发射模块，防脱落开关(14)和腕表手动报警开关(13)和腕带(16)；压电或压阻微纳纤维膜传感器经柔性敏感材料预处理电路，腕表手动报警开关(13)和防脱落开关(14)分别与低功耗微处理器的输入端连接，低功耗微处理器的输出端经射频无线发射模块发送信号至信息处理及定位报警器(4)中的传感器信号无线接收单元，腕带(16)与腕表的一端固定式连接，与另一端搭扣式连接；腕表手动报警开关(13)安装于腕表侧面，防脱落开关(14)安装于腕表内侧面，压电或压阻微纳纤维膜传感器安装于腕带靠近固定端内侧面；

2)信息处理及定位报警器(4)：包括微处理器单元，传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元、急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元；微处理器单元分别与传感器信号无线接收单元，实时传感器信号处理单元，定位系统处理单元，报警信息处理单元，急救对象信息存储和显示单元，以及语音处理单元连接，传感器信号无线接收单元接收生理参数监测传感器腕表中射频无线发射模块发射的信号；报警信息处理单元中的CDMA模块与急救中心无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置，其特征在于：所述的压电微纳纤维膜传感器的柔性敏感材料预处理电路采用了高输入阻抗的电容反馈电路，其输入端与压电微纳纤维膜传感器的输出端相连；电阻R₁和R₂用于调整信号的直流偏置；陷波器采用MAX7409芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置，其特征在于：所述的压阻微纳纤维膜传感器的柔性敏感材料预处理电路采用四端测量电路；1、2端输入恒流信号并与压阻微纳纤维膜传感器输入端相连，压阻微纳纤维膜传感器输出端3、4与后续电路电压检测电路相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置，其特征在于：所述的生理参数监测传感器腕表的低功耗微处理器采用AVR微处理器，射频无线发射模块采用Hope RF 43，防脱落开关采用商用微型接触开关。

5.根据权利要求1所述的一种基于生理参数实时监测的腕表型急救定位报警装置，其特征在于：所述的信息处理及定位报警器的微处理器单元采用三星公司的ARM架构的S3C2410嵌入式微处理器；所述的定位系统处理单元中的GPS模块采用XEMICS低功耗GPS无线收发数传模块XE1610，CDMA模块采用TechFaith Wireles公司的Flying 800模块，分别与微处理器单元的异步串行口相连；所述的传感器信号无线接收单元采用Hope RFM 31，所述的实时传感器信号处理单元由处理器和外围接口电路组成，其中，外围接口电路由模拟放大模块LT1008、滤波模块MAX260和模数转化模块AD7888组成；所述的急救对象信息存储和显示单元中的液晶显示屏采用CFA632-NFA-KS，其存储器配置有掉电保护功能的FLASH和无掉电保护功能的RAM。