CN104224148A - 一种基于gprs的生理特征及运动状态监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，仪表盘包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端；心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器；所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据。

Description

一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置。

背景技术

随着老龄化问题的加剧和人们工作节奏的加快，越来越多的老年人需要独立生活，子女或者在外地，或者没有时间照顾老人，老人的饮食起居会有意外发生，例如跌倒，老人发生意外子女确不知道，往往造成严重的后果。

如何将老人的身体状况实时发送到子女手中，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，解决了实时监控老年人身体状况的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，整体为环状，其外表面为EVA材质包覆，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘和连接到仪表盘两端的拼接而成的链带构成环形主体；

所述仪表盘还包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端；

所述心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器；

所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，两个LED灯输出固定波长的光束，第二感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；

DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；

所述仪表盘还包括：运动检测模块，检测三维加速度和相对转角；蓝牙模块，连接到所述运动检测模块和数据中心服务器，数据终端服务器与家长手机端相连接；

所述运动检测模块包括三轴重力加速度传感器、陀螺仪和DSP处理器，DSP处理器包括积分器和滤波及优化模块；所述三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息，陀螺仪输出人体转角的角速率信息，DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1    (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2    (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；

GPRS模块将DSP处理器输出的转角数据、心率数据和血氧饱和度数据通过GPRS网络传输到定点手机端；GPRS模块接收定点手机端的请求信号，并通过微型振动器和音频播放器进行提示；仪表盘上还设置有正常和紧急报警按键，通过GPRS模块将相应按键操作发送到定点手机端。

可选地，所述DSP处理器为TMS320F281 2 DSP处理器。

本发明的有益效果是：

(1)基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置佩戴在手腕，方便佩戴；

(2)外层包覆EVA材质，防水、无毒、无味；

(3)内置DSP处理器，便于系统的更新；

(4)实时检测老年人心率数据和血氧饱和度数据，状态发送及时。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置的结构示意图；

图2为本发明基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置的电路控制框图；

图3为本发明运动检测模块的电路控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，整体为环状，其外表面为EVA材质包覆，环中位置内嵌仪表盘1000，仪表盘和连接到仪表盘两端的拼接而成的链带构成环形主体。

如图2所示，所述仪表盘还包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端。

所述心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器。

所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，两个LED灯输出固定波长的光束，第二感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号。

DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据。

所述仪表盘还包括：运动检测模块，检测三维加速度和相对转角；蓝牙模块，连接到所述运动检测模块和数据中心服务器，数据终端服务器与家长手机端相连接。

所述运动检测模块包括三轴重力加速度传感器、陀螺仪和DSP处理器，DSP处理器包括积分器和滤波及优化模块；所述三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息，陀螺仪输出人体转角的角速率信息，DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角。

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1    (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2    (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角。

GPRS模块将DSP处理器输出的转角数据、心率数据和血氧饱和度数据通过GPRS网络传输到定点手机端；GPRS模块接收定点手机端的请求信号，并通过微型振动器和音频播放器进行提示；仪表盘上还设置有正常和紧急报警按键，通过GPRS模块将相应按键操作发送到定点手机端。

本发明的基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置还包括DSP处理器，DSP处理器与所述蓝牙模块相连接。内置DSP处理器，便于后期系统的更新，DSP处理器可对软件更新有很强的兼容性。

优选地，DSP处理器为TMS320F281 2 DSP处理器。TMS320F281 2 DSP，是32位定点DSP，其拥有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD数据采集，具有丰富的外设接口，如CAN、SCI等。TMS320F2812的ADC模块是一个12位分辨率的，具有流水线结构的模数转换器，TMS320F2812内置双采样保持电路，保持数据采集时窗口有独立的预定标控制。并且允许系统对同一通道转换多次，允许用户执行过采样算法，这较传统的单一转换结果增加了更多的解决方案，有利于提高采样的精度。有多个触发源可以启动ADC转换。快速的转换时间，ADC时钟可以配置为25MHz，最高采样带宽为12.5MSPS。用TMS320F2812搭建数据采集系统时，不必外接ADC，避免了复杂的硬件设计。

本发明的基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置佩戴在手腕，方便佩戴；外层包覆EVA材质，防水、无毒、无味；内置DSP处理器，便于系统的更新；实时检测老年人心率数据和血氧饱和度数据，状态发送及时。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，其特征在于，整体为环状，其外表面为EVA材质包覆，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘和连接到仪表盘两端的拼接而成的链带构成环形主体；

所述仪表盘还包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端；

所述心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器；

所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，两个LED灯输出固定波长的光束，第二感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；

DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；

所述仪表盘还包括：运动检测模块，检测三维加速度和相对转角；蓝牙模块，连接到所述运动检测模块和数据中心服务器，数据终端服务器与家长手机端相连接；

所述运动检测模块包括三轴重力加速度传感器、陀螺仪和DSP处理器，DSP处理器包括积分器和滤波及优化模块；所述三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息，陀螺仪输出人体转角的角速率信息，DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1    (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2    (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；

GPRS模块将DSP处理器输出的转角数据、心率数据和血氧饱和度数据通过GPRS网络传输到定点手机端；GPRS模块接收定点手机端的请求信号，并通过微型振动器和音频播放器进行提示；仪表盘上还设置有正常和紧急报警按键，通过GPRS模块将相应按键操作发送到定点手机端。

2.如权利要求1所述的基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，其特征在于，所述DSP处理器为TMS320F281 2 DSP处理器。