CN107467815A - 一种可检测传感器数据的手环及可穿戴性传感器检测平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可检测传感器数据的手环及可穿戴性传感器检测平台，该手环包括外壳和设置于所述外壳内的电路模块与供电模块，所述外壳上设置有用于外接传感器的传感器接口，所述电路模块包括MCU控制与无线发送模块，所述传感器接口与外部的传感器相接时检测传感器所采集的信号，所检测到的信号传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经滤波的信号进行处理并无线发送至数据接收端，所述供电模块为所述电路模块供电。本发明至少解决传统的传感器检测仪器便携性差、不方便携带及使用的问题。

Description

一种可检测传感器数据的手环及可穿戴性传感器检测平台
技术领域
本发明涉及可穿戴设备，特别是涉及一种可检测传感器数据的手环及可穿戴性传感器检测平台。
背景技术
检测几乎是现代科技不可或缺的重要环节，在很多环境下都需要使用各种传感器进行数据采集，而对于传感器采集到的数据，需要使用专门的检测仪器进行及时的检测与获取，并上传到有关的数据处理设备，但是，目前检测传感器数据所用的检测仪器不便携带，检测人员需要携带仪器到不同地点做测试，十分不便。
随着可穿戴设备的逐步发展，越来越多的可穿戴设备进入到大众的生活中。目前的可穿戴设备大部分通过在其本体上安装传感器或是直接附接传感器来采集用户的生理信号，有的可穿戴设备还可向手机无线传输数据，从而在手机上对传感器采集的身体信号储存与显示。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种可检测传感器数据的手环，解决传统的传感器检测仪器便携性差、不方便携带及使用的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可检测传感器数据的手环，包括外壳和设置于所述外壳内的电路模块与供电模块，所述外壳上设置有用于外接传感器的传感器接口，所述电路模块包括MCU控制与无线发送模块，所述传感器接口与外部的传感器相接时检测传感器所采集的信号，所检测到的信号传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经滤波的信号进行处理并无线发送至数据接收端，所述供电模块为所述电路模块供电。
进一步地：
所述传感器接口包括模拟传感器接口，所述电路模块还包括连接在所述模拟传感器接口与所述MCU控制与无线发送模块之间的模拟滤波电路，所述模拟传感器接口将检测到的模拟信号传送至所述模拟滤波电路，所述模拟滤波电路对模拟信号进行滤波调理再传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经过滤波调理的模拟信号进行A/D采样处理之后，再进行所述无线发送。
所述传感器接口包括数字传感器接口，所述数字传感器接口将检测到的数字信号传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经处理的数字信号进行所述无线发送，优选地，所述数字传感器接口包括I2C和SPI数字通信接口中的一种或多种。
所述外壳为柔性材料外壳，所述电路模块为柔性电路模块，所述供电模块具有柔性电池，所述传感器接口设置在所述柔性电路模块上。
所述柔性电路模块为FPC柔性电路模块，所述传感器接口通过FPC或FFC连接器与连接线连接到外部的传感器。
所述外壳上或所述外壳内还设置有辅助传感器，优选地，所述辅助传感器包括9轴加速度传感器、环境温度传感器和生理信号传感器中的一种或多种。
所述数据接收端为上位机或数据传输中继设备。
所述上位机为智能手机或平板电脑。
一种可穿戴性传感器检测平台，包括所述可检测传感器数据的手环，以及与所述手环分离的作为所述数据接收端的节点通信传输单元，所述手环的MCU控制与无线发送模块包括第一NFC模块，所述节点通信传输单元包括第二NFC模块、电源模块、控制及无线通信模块,所述手环通过所述第一NFC模块以近场通信的方式将信号传送到所述第二NFC模块，再由所述控制及无线通信模块以远场无线通信的方式将信号发送给上位机。
进一步地：
所述控制及无线通信模块还控制所述第二NFC模块通磁，在该磁场作用下，所述第一NFC模块作为供电模块为所述手环供电。
所述节点通信传输单元设置成适于附接到衣服或装入衣服口袋的卡片状结构。
所述远场无线通信的方式为BLE、WIFI、蜂窝通信。
本发明的有益效果：
本发明在手环上设置与传感器通信的通信接口，形成基于手环的可穿戴性传感器检测平台，该手环可以检测传感器数据，优选还对传感器的数据进行预处理，并将数据并发送至手机，手机可以以虚拟仪器的方式对数据再处理与显示。
通过将手环制作成传感器检测平台，手环仅需提供标准化的传感器传输接口，即可在获得便捷性与舒适性的情况下，简便地完成对传感器的数据检测及传感器测试，从而彻底解决了传统的传感器检测仪器便携性差、不方便携带使用的问题。该具有传感器检测平台功能的手环可以实时地检测传感器数据，将数据上传至手机并及时显示。
本发明具体实施例的优点还有：
1)FPC柔性电路的应用，一方面使手环变为全柔性设计，极大的提升了手环佩戴的舒适性，简化了手环外形设计难度；
2)利用外部传感器通信接口与电源接口，简化了传感器检测平台的设计，提升了测试平台的便携性；简化了检测的操作难度，仅需使用正确的接线，即可完成外部传感器的测试；
3)辅助传感器的设计，可以帮助测试者收集测试时更多的环境信息，增强了测试的可信程度，同时也可以帮助使用者更容易的发现操作错误；
4)无线通信模块的使用，避免了有线连接产生的不便，简化了系统的结构。
本发明的可穿戴性传感器检测平台，除具有本发明手环的上述优点之外，由于采用分离式的节点通信传输单元，可以有效地减小手环的尺寸、重量与复杂度，实现手环佩戴的最大舒适性与便携性，在穿戴舒适的情况下，实现外部传感器数据以及用户人体生理数据等的实时、便捷检测。
附图说明
图1为本发明一种实施例的可检测传感器数据的手环的结构框图；
图2为本发明一种实施例的手环的应用示意图；
图3为本发明一种实施例的一种可穿戴性传感器检测平台示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种可检测传感器数据的手环，包括外壳08和设置于所述外壳08内的电路模块与供电模块，所述外壳08上设置有用于外接传感器的传感器接口，所述电路模块包括MCU控制与无线发送模块06，所述传感器接口与外部的传感器相接时检测传感器所采集的信号，所检测到的信号传送至所述MCU控制与无线发送模块06，所述MCU控制与无线发送模块06对经滤波的信号进行处理并无线发送至数据接收端，所述供电模块为所述电路模块供电。
在优选实施例中，所述传感器接口包括模拟传感器接口02，所述电路模块还包括连接在所述模拟传感器接口02与所述MCU控制与无线发送模块06之间的模拟滤波电路03，所述模拟传感器接口02将检测到的模拟信号传送至所述模拟滤波电路03，所述模拟滤波电路03对模拟信号进行滤波调理再传送至所述MCU控制与无线发送模块06，所述MCU控制与无线发送模块06对经过滤波调理的模拟信号进行A/D采样处理之后，再进行所述无线发送。
在优选实施例中，所述传感器接口包括数字传感器接口01，所述数字传感器接口01将检测到的数字信号传送至所述MCU控制与无线发送模块06，所述MCU控制与无线发送模块06对经处理的数字信号进行所述无线发送，优选地，所述数字传感器接口01包括I2C和SPI数字通信接口中的一种或多种。
在优选实施例中，所述外壳08为柔性材料外壳08，所述电路模块为柔性电路模块，所述供电模块具有柔性电池07，所述传感器接口设置在所述柔性电路模块上。
在优选实施例中，所述柔性电路模块为FPC柔性电路模块，所述传感器接口通过FPC或FFC连接器与连接线连接到外部的传感器。
在优选实施例中，所述外壳08上或所述外壳08内还设置有辅助传感器，优选地，所述辅助传感器包括9轴加速度传感器、环境温度传感器和生理信号传感器中的一种或多种。
所述数据接收端可以为上位机或数据传输中继设备。
具体地，所述上位机可以为智能手机或平板电脑。
参阅图3，在另一种实施例中，一种可穿戴性传感器检测平台，包括所述可检测传感器数据的手环，以及与所述手环分离的作为所述数据接收端的节点通信传输单元，所述手环的MCU控制与无线发送模块06包括第一NFC模块17，所述节点通信传输单元包括第二NFC模块19、电源模块、控制及无线通信模块11,所述手环通过所述第一NFC模块17以近场通信的方式将信号传送到所述第二NFC模块19，再由所述控制及无线通信模块11以远场无线通信的方式将信号发送给上位机。
在优选实施例中，所述控制及无线通信模块11还控制所述第二NFC模块19通磁，在该磁场作用下，所述第一NFC模块17作为供电模块为所述手环供电。
在优选实施例中，所述节点通信传输单元设置成适于附接到衣服或装入衣服口袋的卡片状结构。
在优选实施例中，节点通信传输单元包括供电电池10。
所述远场无线通信的方式可以为BLE、WIFI或蜂窝通信。
以下进步描述具体实施例的手环的特征及其优点。
在一些具体实施例中，手环采用全柔性的FPC电路，为测试传感器提供标准的数字传感器、模拟传感器通信接口、传感器所需供的电源和滤波电路，从而为后端数据处理做数据提取准备。
在一些具体实施例中，全柔性手环包括：柔性外壳08、柔性电池07与FPC电路模块；柔性外壳08可由硅胶、TPU等柔性材料，通过铸模或3D打印的方式完成。柔性外壳08设置有传感器的通信接口与电源输入接口。
在一些具体实施例中，手环的FPC电路模块包括：传感器通信接口、模拟滤波电路03、电源供电模块、MCU控制电路模块；传感器通信接口，由2种接口构成，数字传感器检测接口与模拟传感器检测接口；2种接口均置于电路左侧，可以以FFC连接器的方式，与外部传感器有线通信连接；模拟滤波电路03，主要作用为信号的简单预处理，为上位机的数字滤波处理准备，可选用4阶-巴特沃斯滤波器；电源供电模块提供2V、3.3V、正负5V电压，分别为FPC电路与外部传感器提供合理的电压；MCU控制电路模块包含：辅助传感器、采样ADC、BLE无线发送模块，MCU控制ADC采样滤波处理后的信号，再将数据由BLE发送至上位机，辅助传感器可选9轴加速度传感器与温度传感器，分别检测手环所处的姿态与测试环境。
在一些具体实施例中，手环包括：数字传感器接口01、模拟传感器接口02、模拟滤波电路03、电源管理模块04、辅助传感器模块05、MCU控制与无线发送模块06、电池07、手环外壳08。
在一些具体实施例中，模拟传感器通信接口的接口线包含6根信号线，其中2根信号线供给电压类传感器输入，后接差分电路抑制共模信号，放大有效信号；再将信号通过4阶-巴特沃斯低通滤波器，截止频率为500Hz，消除高频带噪声；最后将信号通过主放大电路，供给ADC采样；2根信号线供电容类传感器输入，输入端连接可采集电容的ADC，提取所需信号；最后2根供电阻式传感器接入信号线，将接入端连接至1/4桥电路两端，将电阻信号转换为可采集的电压信号，经过模拟滤波器后，再由ADC采样信号。ADC采样后的信号经MCU控制与无线发送模块处理，将信号上传至手机；手机对信号再处理与显示；MCU控制与无线发送模块的芯片可选用TI CC2650低功耗、蓝牙芯片。
在一些具体实施例中，手环包括柔性外壳、柔性电池与FPC电路模块构成，FPC电路模块包含I2C通信接口、SPI通信接口、FFC通信接口、模拟滤波电路、电源模块、MCU控制模块、电路上辅助传感器模块。该手环能够用于具有I2C或SPI通信功能的数字传感器的检测，也可以用于电阻类、电压类或电容类的模拟传感器检测。
本发明是一种易携带、全柔性、具有高舒适性的，类似于无线传感器检测平台的手环，采集后的数据可通过BLE发送至手机，进行数据的处理与显示。
在典型的具体实施例中，外壳为柔性材料制作与加工的全柔性，为电池与电路模块提供合适摆放位置与相应的外设接口；柔性电路模块设有数字传感器与模拟传感器的通信接口、MCU控制与无线发送电路模块、模拟滤波与电源供电模块。FPC柔性电路模块设有标准的I2C、SPI等的数字传感器通信接口，可直接通过FPC连接线与连接器，直接对外部具有相应通信功能的传感器进行测试，采集到的数据通过BLE芯片，发送至智能手机实时地显示与分析。FPC柔性电路模块可同时设有模拟传感器通信接口；接口线包含4根信号线可供不同电压式与电容式传感器输入、2根供电阻式传感器接入信号线、2根供电线分别为2V与5V电源线、2根地线分别为信号地与数字地。不同的信号输入接口，连接不同的检测电路。电压式传感器接仪表放大器差分电路，电容式传感器接可检测电容的ADC电路，电阻类传感器接入电桥电路。FPC柔性电路模块设有的传感器通信接口与电源输入端为分离式设计，电源输入位于柔性电路板的中间位置，通信接口连接器置于柔性电路板一侧，并且数字传感器与模拟传感器分别选用不同的连接器。MCU控制与无线发送电路模块的所选芯片具有进场通信功能、BLE无线发送功能、模拟I/O接口；MCU控制与无线发送电路模块还应配有对应的辅助传感器，例如9轴加速度传感器、环境温度传感器、人体生理信号传感器等。辅助传感器可以用于在手环检测传感器时，判断检测所处的姿态是否正确，以及被测传感器所处的环境温度是否合适等。模拟滤波与电源供电模块可设有模拟滤波器和2V、3.3V、正负5V不同的供电电路；模拟滤波器可选用4阶-巴特沃斯低通滤波器，为所检测电路做预处理；后续的信号有效提取，需在智能手机上设计高阶数字滤波器进行再处理。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可检测传感器数据的手环，其特征在于,包括外壳和设置于所述外壳内的电路模块与供电模块，所述外壳上设置有用于外接传感器的传感器接口，所述电路模块包括MCU控制与无线发送模块，所述传感器接口与外部的传感器相接时检测传感器所采集的信号，所检测到的信号传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经滤波的信号进行处理并无线发送至数据接收端，所述供电模块为所述电路模块供电。
2.如权利要求1所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述传感器接口包括模拟传感器接口，所述电路模块还包括连接在所述模拟传感器接口与所述MCU控制与无线发送模块之间的模拟滤波电路，所述模拟传感器接口将检测到的模拟信号传送至所述模拟滤波电路，所述模拟滤波电路对模拟信号进行滤波调理再传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经过滤波调理的模拟信号进行A/D采样处理之后，再进行所述无线发送。
3.如权利要求1或2所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述传感器接口包括数字传感器接口，所述数字传感器接口将检测到的数字信号传送至所述MCU控制与无线发送模块，所述MCU控制与无线发送模块对经处理的数字信号进行所述无线发送，优选地，所述数字传感器接口包括I2C和SPI数字通信接口中的一种或多种。
4.如权利要求1至3任一项所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述外壳为柔性材料外壳，所述电路模块为柔性电路模块，所述供电模块具有柔性电池，所述传感器接口设置在所述柔性电路模块上。
5.如权利要求4所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述柔性电路模块为FPC柔性电路模块，所述传感器接口通过FPC或FFC连接器与连接线连接到外部的传感器。
6.如权利要求1至5任一项所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述外壳上或所述外壳内还设置有辅助传感器，优选地，所述辅助传感器包括9轴加速度传感器、环境温度传感器和生理信号传感器中的一种或多种。
7.如权利要求1至5任一项所述的可检测传感器数据的手环，其特征在于,所述数据接收端为上位机或数据传输中继设备，优选地，所述上位机为智能手机或平板电脑。
8.一种可穿戴性传感器检测平台，其特征在于,包括如权利要求1至7任一项所述的可检测传感器数据的手环，以及与所述手环分离的作为所述数据接收端的节点通信传输单元，所述手环的MCU控制与无线发送模块包括第一NFC模块，所述节点通信传输单元包括第二NFC模块、电源模块、控制及无线通信模块,所述手环通过所述第一NFC模块以近场通信的方式将信号传送到所述第二NFC模块，再由所述控制及无线通信模块以远场无线通信的方式将信号发送给上位机。
9.如权利要求8所述的可穿戴性传感器检测平台，其特征在于,所述控制及无线通信模块还控制所述第二NFC模块通磁，在该磁场作用下，所述第一NFC模块作为供电模块为所述手环供电。
10.如权利要求8或9所述的可穿戴性传感器检测平台可穿戴性传感器检测平台，其特征在于,所述节点通信传输单元设置成适于附接到衣服或装入衣服口袋的卡片状结构，优选地，所述远场无线通信的方式为BLE、WIFI、蜂窝通信。
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