CN102499656A - 一种腕带式睡眠监控装置 - Google Patents

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张开生
折娇
李志健
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Abstract

一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置，所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集，所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求，所述的微控制器控制模块实时监测睡眠者的情况，将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，所述的电源装置模块供给上述模块电源，出现非正常情况时，装置将开启刺激方式，改变睡眠方式，具有结构简单，便于携带的特点。

Description

一种腕带式睡眠监控装置
技术领域
本发明涉及一种便携式、低功耗的睡眠监控装置，具体涉及一种腕带式睡眠监控装置。
背景技术
睡眠质量对人类的健康至关重要，人的生命有三分之一时间是在睡眠中度过，许多疾病的形成和发展都与睡眠障碍有关，如何有效监测人们的睡眠状况，改善睡眠质量，并为睡眠障碍相关疾病的早期诊断提供依据，越来越引起人们的重视，目前，多数的失眠者依赖于安眠药物治疗，其有一定的副作用，会影响脑神经的健康，现在市场上也出现一些用于治疗睡眠的仪器，多为理疗床或枕头，但存在一定局限性，不能较好地提高睡眠质量。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种腕带式睡眠监控装置，由指套式脉搏传感器采集信号，以高速ARM7为核心，有效地监控人们的睡眠状态，如出现非正常情况，则根据睡眠者起初设置的刺激方式来改变睡眠方式，进而提高睡眠质量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置；
所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集；
所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求；
所述的微控制器控制模块将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，实时监测睡眠者的情况；
所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路，供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。
所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器。
信息采集模块包括有温度传感器，能够采集睡眠者的体温信号，将此信号作为微处理器控制动作的参考值。
所述的微控制模块包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制连接的蜂鸣器，偏轴电机、无线蓝牙耳机和按键部分。
所述的信息调理模块包括放大电路、由低通滤波电路、高通滤波电路和工频滤波电路组成的滤波电路，同时还包括降低工频干扰的陷波器。
所述的微控制模块包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，三路按键直接与微控制器LPC2103连接，用来设置相关参数，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与微控制器LPC2103的P0.5管脚连接，当P0.5管脚为低电平信号时，三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分由三极管来驱动直流电机，当P0.15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；采用无线通讯电路，即采用蓝牙技术，选用芯片Bluecore02，其通讯引脚对应连接微控制器LPC2103的收发信号设置端，包括UART1的发送器输出和接收器输入，和UART1的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出，保证信号的无线传输；由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号，DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O口用作数据通信，3脚接5V电源。
所述的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，放大电路采用运算放大器AD620，滤波电路采用8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX291，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。
本发明的优点是：基于微控制器的一体化设计，质量轻且体积小，便于携带；采用指套式脉搏传感器，使用方便，不干扰睡眠者正常睡眠，也避免腕带式脉搏传感器把脉不准的情况；作为整套装置，睡眠者可自行选择干扰睡眠的方式，操作简单且使用方便；将体温信号作为参考值，防止误操作，即睡眠者没有使用装置的情况。
工作方式可通过预先设置，设置为其中一种或几种，工作方式有：蓝牙耳机声音刺激、震动刺激和蜂鸣器刺激，若事先选择为蓝牙耳机声音刺激方式，出现非正常情况时，装置将开启蓝牙功能，睡眠者通过佩戴的蓝牙耳机接收到装置内自带的声音，刺激并干预大脑，改变睡眠方式；如事先选择为震动刺激及蜂鸣器刺激方式，出现非正常情况时，装置将同时开启震动刺激与蜂鸣器刺激，震动部分是一个小马达，带动偏轴电机来实现，此部分在腕带上，犹如有股力量在推睡眠者似的，使睡眠者改变睡眠方式，蜂鸣器刺激是采用有源蜂鸣器，通过微控制器发出控制指令来实现。
附图说明
图1为睡眠者佩戴本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构原理图。
图3为健康人脉搏波时域波形。
图4为高血压患者脉搏波时域波形。
图5为信息调理模块的原理框图。
图6为本发明的电路原理图。
图7为脉搏信号调理模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作简要说明。
参照附图，一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置。
所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集，在采集人体脉搏信号时结合温度信号，有效地监控人们的睡眠状态，进而提高睡眠质量。
所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求。
所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路，供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。
所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器和温度传感器，其中温度传感器选用数字式温度传感器DS18B20，它是一种单总线式温度传感器，体积小，便于设计。当开启指套式脉搏传感器采集睡眠者脉搏信号时，微处理器同时动作温度传感器，采集睡眠者的体温信号，将此信号作为参考值，微处理器通过指套式脉搏传感器采集到非正常的脉搏信号，判断需要调节睡眠状态后，控制开启蜂鸣器或偏轴电机或无线蓝牙耳机时，需要结合温度传感器所测量的体温信号，若体温信号出现人体体温低于35℃时，可断定指套式脉搏传感器已经脱离手腕，此时微处理器发出控制信号关闭蜂鸣器或偏轴电机或无线蓝牙耳机，同时需要睡眠者重新佩戴好此装置，方可继续工作。
如图1所述，为睡眠者佩戴装置于手指与手腕间的结构示意图，套于手指间的为指套式传感器，使用时只需套在手指上即可，环绕于手腕间的腕带装置包括温度传感器、信息调理模块、信息采集模块、微控制器控制模块和电源装置，并通过弹性导线连接指套式脉搏传感器。
如图2所述，为本发明结构原理图，由指套式传感器采集人体脉搏信号，并将此微弱信号放大、滤波，满足信号采集的要求，经微控制器LPC2103内自带的A/D转化器完成信号的模数转化，然后分析此信号，如出现非正常情况，由微处理器采取刺激手段，包括蜂鸣器、无线蓝牙耳机或震动方式去干扰睡眠者，睡眠者可以在初始化时，通过按键设置干扰的方式，在此装置中，温度传感器采用数字式温度传感器采集睡眠者的温度信号，由于自带A/D转化，直接输出体温信号。装置在工作时，主要分析指套式传感器的信号，在需要动作时，结合温度信号，确保干扰睡眠者。
如图3所述，为健康人脉搏波时域图，由此可见，主波(P波)，重搏波(D波)明显，没有高频收缩之弦象，为健康人之平脉，如图4所述，为高血压患者时域图，主波峰呈平宽型，重搏波与主波融合为宽大方波，降中峡抬高，重搏波平坦，确定为高血压之弦脉，且应为中期高血压，所分析的失眠者的脉搏波时域图介于上述两种情况之间，比较容易判断。
如图5所述，由于指套式传感器采集的脉搏信号属低频信号，且容易受外界干扰，此信息调理模块将来自指套式传感器信号调理到满足A/D转化的要求，并滤去多余的噪声信号，其信号调理电路主要有放大、低通滤波、高通滤波、工频滤波，同时设计有陷波器来降低工频干扰。
用户在使用此装置前，先需设置、选择干扰的方式，可选择蓝牙耳机声音刺激、震动刺激、蜂鸣器刺激中的一种或几种，接下来将该装置佩戴好，一端套于手指间，另一端环绕于手腕即可，按下电源开关后，装置开始工作，实时监测人体的脉搏信号，此时，如果出现非正常情况，装置会根据用户事先设置好的方式去干扰睡眠者，进而提高睡眠质量。
如图6所述，本发明的电路包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，在键盘设计中，提供三路按键，将其直接与LPC2103连接即可，用来设置相关参数，系统采用无源蜂鸣器，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与LPC2103的P0.5管脚连接，当P0.5管脚为低电平信号时，三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分，设计由三极管来驱动直流电机，当P0.15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；在采用无线通讯电路中，即采用蓝牙技术，选用芯片Bluecore02，其通讯引脚对应连接LPC2103的收发信号设置端，包括UART1的发送器输出和接收器输入，和UART1的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出，保证信号的无线传输。
本发明中由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号，在图6中可以看到，DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O口用作数据通信，3脚接5V电源，系统在设计时为了提高电源供电稳定性，选择由外部电源单独供电。
如图7所述，本发明的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，由于HKG-07B脉搏传感器的输出电压幅值为0.2～1V，而A/D转化需要的电压范围在0～3.3V，即需要对信号放大3倍。设计中放大电路采用高精度、低功耗的运算放大器AD620，滤波电路采用8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX291，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。

Claims (7)

1.一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置；
所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集；
所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求；
所述的微控制器控制模块将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，实时监测睡眠者的情况；
所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路，供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。
2.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器。
3.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，信息采集模块包括有温度传感器，能够采集睡眠者的体温信号，将此信号作为微处理器控制动作的参考值。
4.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的微控制模块包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制连接的蜂鸣器，偏轴电机、无线蓝牙耳机和按键部分。
5.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的信息调理模块包括放大电路、由低通滤波电路、高通滤波电路和工频滤波电路组成的滤波电路，同时还包括降低工频干扰的陷波器。
6.根据权利要求4所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的微控制模块包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，三路按键直接与微控制器LPC2103连接，用来设置相关参数，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与微控制器LPC2103的P0.5管脚连接，当P0.5管脚为低电平信号时，三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分由三极管来驱动直流电机，当P0.15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；采用无线通讯电路，即采用蓝牙技术，选用芯片Bluecore02，其通讯引脚对应连接微控制器LPC2103的收发信号设置端，包括UART1的发送器输出和接收器输入，和UART1的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出，保证信号的无线传输；由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号，DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O口用作数据通信，3脚接5V电源。
7.根据权利要求5所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，放大电路采用运算放大器AD620，滤波电路采用8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX291，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。
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