CN105919588A - 基于usb传输的便携式心电监测装置 - Google Patents

基于usb传输的便携式心电监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于USB传输的便携式心电监测装置。包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块、USB传输模块和终端检测模块，电源模块接受终端检测模块供电，通过电压转换电路，分别给数据采集模块和数据处理模块供电；数据采集模块耦接数据处理模块；数据处理模块耦接USB传输模块，USB传输模块耦接终端检测模块。本发明通过将电源模块、数据采集模块、数据处理模块、USB传输模块高度集成到一张电路板上，达到体积小，方便携带的特点。并能够通过USB接口将人体心电数字数据传输给移动终端，移动终端对比病理模型得出检测结果。移动终端还能够将对比结果和人体心脏状态预判结果，上传至云端服务器进行存储。

Description

基于USB传输的便携式心电监测装置
技术领域
本发明涉及医疗疾病检测领域，尤其是涉及一种基于USB传输的便携式心电监测装置。
背景技术
2015年8月，《中国心血管病报告2014》指出，目前心血管病(包括脑血管病)已成为我国城乡居民首要死亡原因，最新统计数据显示，心血管病占农村居民死亡的44.8％，占城市居民死亡原因的41.9％，均位列第一。2008年在全球范围内共有1700多万人死于心脑血管疾病，估计到2030年全球因为心脑血管疾病死亡的人数将达到2330万，心脑血管疾病仍将在人类死亡原因中保持第一的位置。据世界卫生组织的调查研究表明，若对早期发现患者出现的异常先兆进行及时救治，可以降低近一半的死亡率和致残率。因此，如果能及早发现心血管疾病病情并通知医生和患者家属，对减少心血管疾病死亡率具有重大意义。
而现有的对心脑血管疾病检测的设备，都有体积大、不方便携带及价格昂贵的特点，只有在医院或体检中心才能得到一次心脑血管的检测，不能够做到随时随地的对心脑血管进行检测。
近年来，移动医疗(mHealth)得到了广泛的应用，医疗基础设施人均占有率低的现状为移动医疗带来了一片蓝海，而大数据概念和移动互联的高速发展为移动医疗提供了必要条件。2014年，我国移动医疗市场规模高达数十亿元。随着现代科技的高速发展，智能手机的性能不断提高，可以满足复杂的信号处理和运算操作，而且智能手机成本不断下降，普通群众中的普及率不断提高，为开发面向日常生活的家庭移动医疗提供了重要基础。
因此，本发明公开了一款便携式心电检测仪器，使用户能够随时随地进行心电检测，了解自己心脏健康状况，并可以通过长期检测数据分析心脏健康发展趋势，养成良好生活和饮食习惯，具有重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于USB传输的便携式心电监测装置。通过将电源模块，数据采集模块，数据处理模块，USB传输模块高度集成在一张电路板上，来实现数据采集、模数转换、数据传输、模型分析的检测装置。从而达到体积小，便于携带的特点，能够随时随地的对心脑血管进行实时的检测。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种基于USB传输的便携式心电监测装置，包括：佩戴在人体手腕处的环形带和安装于移动终端上的终端检测模块；
所述环形带设置有电路板，所述电路板包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块和USB传输模块；
数据采集模块的数据输出端耦接数据处理模块的数据输入端，数据处理模块的数据输出端耦接USB传输模块的数据输入端，USB传输模块的数据输出端藕接终端检测模块的数据输入端，电源模块的电源输入端藕接USB传输模块的电源输出端，电源模块的第一电源输出端藕接数据采集模块的电源输入端，电源模块的第二电源输出端藕接数据处理模块的电源输入端；
所述数据采集模块，用于采集人体心电模拟数据，并将所述人体心电模拟数据传输给所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对所述人体心电模拟数据进行滤波处理，并对滤波结果进行A/D转换，得到人体心电数字数据，并将所述人体心电数字数据传输给所述USB传输模块；
所述USB传输模块，用于将所述人体心电数字数据传输至所述终端检测模块；
所述电源模块，用于通过USB传输模块将终端检测模块的电压输送分别至所述数据采集模块和所述数据处理模块，
所述终端检测模块包括相互连接的数据指令收发单元，显示单元、分析单元和储存单元，
数据指令收发单元，用于接收或发送数据信息和发送指令信号；
显示单元，用于调取分析单元和存储单元的数据信息并进行显示；
分析单元，用于对所采集的心电数字信号数据作出分析、对比、诊断操作，并将分析结果的数据信息发送至显示单元，
储存单元，用于对数据指令收发单元接收到的数据和分析单元发出的数据做储存管理。
进一步的，所述显示单元包括有检测界面、记录界面、知识库界面、设置界面，所述储存单元包括有用户信息表、用户数据表、诊断结果表。
进一步的，所述电源模块包括电压转换电路，所述电压转换电路的电源输入端通过USB传输模块连接终端检测模块的电源输出端；所述电压转换电路的第一输出端连接数据采集模块，第二输出端连接数据处理模块。
进一步的，所述数据采集模块采用腕式电极。
进一步的，所述数据处理模块包括放大电路、滤波电路和A/D转换电路；
所述放大电路的数据输出端连接所述滤波电路的数据输入端；
所述滤波电路的数据输出端连接所述A/D转换电路的数据输入端；
所述A/D转换电路的数据输出端连接USB传输模块的数据输入端；
所述放大电路，用于对输入的心电模拟数据进行信号放大处理；
所述滤波电路，用于对信号放大后的心电模拟数据进行滤波处理；
所述A/D转换电路，用于将滤波处理后的心电模拟数据进行模数转换处理，得到心电数字数据，并将所述心电数字数据传输至所述USB传输模块。
进一步的，所述USB传输模块的输出端连接所述终端检测模块的输入端；
所述USB传输模块设置有隔离电路，所述隔离电路用于隔离USB端口的信号。
进一步的，所述终端检测模块内置病理模型单元，用于对接收到的心电数字数据与内置的病理模型单元内的病理模型数据进行对比，并根据所述对比结果在预存的诊断结果表中进行匹配，得到与所述对比结果相一致的人体心脏状态预判结果。
进一步的，所述便携式心电监测装置还包括有云端服务器，云端服务器用于将所述对比结果和人体心脏状态预判结果和用户心电信息数据通过公共网络传输至云端服务器以进行存储。
进一步的，所述数据处理模块采用BMD101芯片,所述BMD101芯片的输入端连接所述数据采集模块的输出端,所述BMD101芯片的输出端连接所述USB传输模块的输入端。
进一步的，所述USB传输模块采用CP2102芯片。
如上所述，本发明通过将电源模块、数据采集模块、数据处理模块、USB传输模块高度集成到一张电路板上，达到体积小，方便携带的特点。并能够通过USB接口将人体心电数字数据传输给终端检测模块，如智能手机、平板电脑等智能移动终端，终端检测模块能够对比病理模型得出用户的检测结果，依据结果和分析判断综合给出人体心脏状态预判结果，且全程能够对用户的使用数据进行存储和上传至云端服务器进行存储。
附图说明
图1为本发明基于USB传输的便携式心电监测装置的整体结构示意图；
图2为本发明基于USB传输的便携式心电监测装置的界面示意图；
图3为本发明的基于USB传输的便携式心电监测装置的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
名词解释：
BMD101芯片，该芯片为点到心电图采集模块，内部包含前置放大电路，工频滤波电路，AD转换电路等，体积小，耗能小。低噪音放大器和ADC模数转换器是BMD101模拟前端的主要组成部分。BMD101可以有效地检测到生物信号，并使用16位高精度ADC模拟数字转换器把它们转化成数字信号。BMD101的核心是一个功能强大的系统管理单元。它负责整体系统配置、运行管理、内外通讯、专有算法计算和电源管理。BMD101还配有固化DSP数字信号处理模块来加速对系统管理单元监控下的各种数字滤波的计算。
CP2102芯片，内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线(UART)，支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。CP2102与其他USB-UART转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将USB口虚拟成COM口以达到扩展的目的。CP2102芯片内含时钟电路，无需外接电路器，内涵512字节接收缓冲器和512字节发送缓冲器，可以满足系统信号传输速度和精度要求。
OTG(On-The-Go)，是近年发展起来的技术，2001年12月18日由USBImplementers Forum公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。
如图1、2所示，本发明包括：数据采集模块、数据处理模块、USB传输模块、终端检测模块和电源模块。
所述数据采集模块，其数据输出端耦接数据处理模块的数据输入端；
所述数据处理模块，其数据输出端耦接USB传输模块的数据输入端；
所述USB传输模块，其数据输出端藕接终端检测模块的数据输入端；
所述USB传输模块，其电源输入端耦接终端检测模块的电源输出端；
所述电源模块的电源输入端藕接USB传输模块的电源输出端；
所述电源模块的第一电源输出端藕接数据采集模块的电源输入端；
所述电源模块的第二电源输出端藕接数据处理模块的电源输入端；
所述数据采集模块，用于采集人体心电模拟数据，并将所述人体心电模拟数据传输给所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对所述人体心电模拟数据进行滤波处理，并对滤波结果进行A/D转换，得到人体心电数字数据，并将所述人体心电数字数据传输给所述USB传输模块；
所述USB传输模块，用于将所述人体心电数字数据传输至所述终端检测模块；
所述电源模块，用于通过USB传输模块将终端检测模块的电压输送分别至所述数据采集模块和所述数据处理模块。
所述电源模块包括电压转换电路。电源模块接受终端检测模块为其供电，终端检测模块可以为手机终端智能设备。利用手机的OTG功能，提供5V的电压，通过USB传输模块，将5V的电压传输给电源模块，经过电源模块的电压转换电路，将5V的电压转换为3.3V的电压，再将转换后的3.3V电压传输给数据采集模块、数据处理模块，为其供电。
所述数据采集模块采用采用腕式电极，用于采集人体的心电模拟数据，并将其传输给数据处理模块。
所述数据处理模块采用BMD101芯片，该芯片包括放大电路、滤波电路和A/D转换电路，数据处理模块将接收到的心电模拟数据，先通过放大电路对心电模拟数据进行放大处理，再将放大后的心电模拟数据经过滤波电路，对其进行滤波处理，再将滤波后的放大心电模拟数据经过A/D转换电路。对其进行模数转换，最终得到心电数字数据。并将其传输给USB传输模块。
所述USB传输模块采用CP2102芯片，CP2102芯片通过驱动程序将USB口虚拟成COM口以达到数据传输作用，将接收到的心电数字数据传输给手机。所述USB传输模块还加入了隔离电路，实现了USB端口的信号隔离，防止信号传输过程中的干扰。还实现了装置供电电源同手机电源的电气隔离，防止烧坏手机。
所述终端检测模块手机上预装有心电检测软件，心电检测软件的数据库中存储有用户信息表、用户数据表及诊断结果表。当手机接收到心电数字数据后，与预先设置的诊断结果表相比对，从而得到诊断结果。并将此诊断结果存入到用户数据表中。
即手机实时显示与存储从USB传输模块传输过来的心电数据，可以初步诊断房性早搏、室性早搏、心率不齐等十种病症，对人体心脏状态做出监测和预断。手机监测终端还可以通过公共网络连接云端服务器，将诊断结果通过公共网络传输至云端服务器以进行存储，保证数据永不丢失。
心电检测软件还包括：检测界面、记录界面、知识库界面及设置界面。让客户拥有更为优质的用户体验。
图3为本发明的基于USB传输的便携式心电监测装置的内部结构示意图。USB传输模块的隔离电路设置于隔离电路板1上，所述隔离电路板1设置在外壳2的内部，并由连接线3连接至手机。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于，包括：佩戴在人体手腕处的环形带和安装于移动终端上的终端检测模块；
所述环形带设置有电路板，所述电路板包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块和USB传输模块；
数据采集模块的数据输出端耦接数据处理模块的数据输入端，数据处理模块的数据输出端耦接USB传输模块的数据输入端，USB传输模块的数据输出端藕接终端检测模块的数据输入端，电源模块的电源输入端藕接USB传输模块的电源输出端，电源模块的第一电源输出端藕接数据采集模块的电源输入端，电源模块的第二电源输出端藕接数据处理模块的电源输入端；
所述数据采集模块，用于采集人体心电模拟数据，并将所述人体心电模拟数据传输给所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对所述人体心电模拟数据进行滤波处理，并对滤波结果进行A/D转换，得到人体心电数字数据，并将所述人体心电数字数据传输给所述USB传输模块；
所述USB传输模块，用于将所述人体心电数字数据传输至所述终端检测模块；
所述电源模块，用于通过USB传输模块将终端检测模块的电压输送分别至所述数据采集模块和所述数据处理模块；
所述终端检测模块包括相互连接的数据指令收发单元，显示单元、分析单元和储存单元；
数据指令收发单元，用于接收或发送数据信息和发送指令信号；
显示单元，用于调取分析单元和存储单元的数据信息并进行显示；
分析单元，用于对所采集的心电数字信号数据作出分析、对比、诊断操作，并将分析结果的数据信息发送至显示单元，
储存单元，用于对数据指令收发单元接收到的数据和分析单元发出的数据做储存管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述显示单元包括有检测界面、记录界面、知识库界面、设置界面，所述储存单元包括有用户信息表、用户数据表、诊断结果表。
3.根据权利要求2所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述电源模块包括电压转换电路，所述电压转换电路的电源输入端通过USB传输模块连接终端检测模块的电源输出端；所述电压转换电路的第一输出端连接数据采集模块，第二输出端连接数据处理模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述数据采集模块采用腕式电极。
5.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于：
所述数据处理模块包括放大电路、滤波电路和A/D转换电路；
所述放大电路的数据输出端连接所述滤波电路的数据输入端；
所述滤波电路的数据输出端连接所述A/D转换电路的数据输入端；
所述A/D转换电路的数据输出端连接USB传输模块的数据输入端；
所述放大电路，用于对输入的心电模拟数据进行信号放大处理；
所述滤波电路，用于对信号放大后的心电模拟数据进行滤波处理；
所述A/D转换电路，用于将滤波处理后的心电模拟数据进行模数转换处理，得到心电数字数据，并将所述心电数字数据传输至所述USB传输模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于：
所述USB传输模块的输出端连接所述终端检测模块的输入端；
所述USB传输模块设置有隔离电路，所述隔离电路用于隔离USB端口的信号。
7.根据权利要求2所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于，所述终端检测模块内置病理模型单元，用于对接收到的心电数字数据与内置的病理模型单元内的病理模型数据进行对比，并根据所述对比结果在预存的诊断结果表中进行匹配，得到与所述对比结果相一致的人体心脏状态预判结果。
8.根据权利要求7所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述便携式心电监测装置还包括有云端服务器，云端服务器用于将所述对比结果和人体心脏状态预判结果和用户心电信息数据通过公共网络传输至云端服务器以进行存储。
9.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述数据处理模块采用BMD101芯片,所述BMD101芯片的输入端连接所述数据采集模块的输出端,所述BMD101芯片的输出端连接所述USB传输模块的输入端。
10.根据权利要求1所述的一种基于USB传输的便携式心电监测装置，其特征在于所述USB传输模块采用CP2102芯片。
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