CN107836787A - 一种智能指环 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种智能指环，包括一与移动终端通过蓝牙通讯的指环，指环上设有依次电讯连接的信号采集模块，信号处理模块及信号传输模块；信号采集模块包括用于发射模块、接收模块；其中，发射模块包括红光、红外光LED及LED驱动模块；接收模块包括用于依次电讯连接的采集光电容积脉搏波信号的光电传感器，用于将光电流信号转换为电压信号的信号调理电路及增益电路，低通滤波电路及模数转换电路；信号传输模块包括低功耗无线蓝牙芯片；信号处理模块通过信号采集模块获取人体脉搏信号并通过信号传输模块传输至移动终端。本发明提出的智能指环可随用户携带，使用方便，数据采集精准，处理迅速，并能实现与移动终端进行互动，完成数据的存储与分析。

Description

一种智能指环
技术领域
本发明涉及健康医疗产品，特别涉及一种智能指环。
背景技术
随着社会的发展和生活水平的提高，人们在日常生活中也越来越关注自身的健康，因此出现了许多关于生命体征采集的个人医疗产品，如便携式血压计，血氧仪，血糖仪，胎心仪和心电仪等。而此类传统的个人医疗产品通常针对某一个指标进行监测，体积大成本高，其主要由信号采集模块，计算模块，显示模块和电源模块组成，因此其每一次采集的数据仅只能显示当次的结果，无法对某一个时间段内的身体监测结果做分析，且数据需要人工进行记录无法进行存储，随着人们的需求不断的提升，针对每个个人的身体健康的分析通常需要做出判断与分析，因此传统的个人医疗产品将无法满足。
另有一类基于移动终端的检测装置，利用移动终端的摄像头作为数据采集工具进行数据的采集，如中国专利CN1042020475A公开的一种基于移动终端测量脉搏的方法和系统，公开了一种通过摄像头采集图像，用户手指覆盖摄像头，移动终端获取摄像头采集手指图像的数据，并对数据图形进行数学运算得出被测量用户脉搏频率的专利。该专利虽然利用了移动终端的便携性解决了传统产品体积大难携带的问题，但是由于其利用的是手机摄像头进行数据采集，因此在数据采集的精密性及针对性上存在不足，作为医疗产品，精密的数据采集对人体健康的反应尤为重要，因此其作为医疗产品难以满足其实际使用时的要求。
发明内容
本发明提出一种可随用户携带，使用方便，数据采集精准，处理迅速，并能实现与移动终端进行互动，完成数据的存储与分析的智能指环。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种智能指环，包括一与移动终端通过蓝牙通讯的指环，所述指环上设有依次电讯连接的信号采集模块，信号处理模块及信号传输模块，所述信号传输模块与所述移动终端通讯连接；所述信号采集模块包括用于提供光照射的发射模块及接收模块；
其中，所述发射模块包括红光LED、红外光LED及用于驱动的LED驱动模块；所述接收模块包括用于依次电讯连接的采集光电容积脉搏波信号的光电传感器，用于将光电流信号转换为电压信号的信号调理电路及用于信号放大的增益电路，用于过滤杂波的低通滤波电路及模数转换电路；
信号传输模块包括适用于多协议的低功耗无线蓝牙芯片；
信号处理模块包括用于控制各个模块的微处理器；所述信号处理模块通过所述信号采集模块获取人体脉搏信号并通过信号传输模块传输至所述移动终端。
本发明提供的一种智能指环，通过在指环上设置集成模拟前端即信号采集与信号处理模块，进行脉搏信息的采集，并通过信号处理模块进行信号的处理，处理后的信号经过信号传输模块与移动终端通讯，然后通过移动终端的数据存储分析与远程传输功能，实现数据的存储于个人账户的管理，个人健康的分析。通过指环利用自身重力，使测量过程中光电传感器与指尖的压力恒定，且静态测量中保持相对运动，从而避免运动伪影和压力干扰，实现数据采集的准确性，而指环具有便于携带与随时监测的功能，通过蓝牙与移动终端进行数据交互，从而完成数据的存储与分析，便于用户进行观察与分析。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种智能指环的电路结构框图。
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作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。
优选的，包括一与移动终端通过蓝牙通讯的指环，所述指环上设有依次电讯连接的信号采集模块，信号处理模块及信号传输模块，所述信号传输模块与所述移动终端通讯连接；所述信号采集模块包括用于提供光照射的发射模块及接收模块。
其中，所述发射模块包括红光LED、红外光LED及用于驱动的LED驱动模块；所述接收模块包括用于依次电讯连接的采集光电容积脉搏波信号的光电传感器，用于将光电流信号转换为电压信号的信号调理电路及用于信号放大的增益电路，用于过滤杂波的低通滤波电路及模数转换电路；所述发射模块用于提供光电传感器采集时所需的光束。
信号传输模块包括适用于多协议的低功耗无线蓝牙芯片。
信号处理模块包括用于控制各个模块的微处理器；所述信号处理模块通过所述信号采集模块获取人体脉搏信号并通过信号传输模块传输至所述移动终端。
优选的，所述LED驱动模块包括电讯连接的用于驱动红光LED及红外光LED交替发光的H桥开关电路及DAC。DAC为8-bitDAC，其为恒流LED驱动模块的核心部件。目前光电容积脉搏波信号采集的传感器主要采用红光660nm和红外940nm，按照使用方式可分为透射式与反射式，透射式虽然能够获得相对良好的信号，但是测量位置受到限制，而反射式则可以采用贴敷的形式测量人体不同的位置，因此在本发明中采用反射式光电传感器。
优选的，还包括电源模块，所述电源供电部及电量检测部，所述电源供电部包括纽扣电池，当然电源供电部也可采用其他的直流电源，基于纽扣电池体积小，因此在本发明中为最佳。电量检测部分，用于检测电池的电量和电压有对应关系，系统只要检测到电池电压即可映射成电池的剩余电量。电池的电压在在0-3V之间变化，经过四分之一的分压电路，输出的电压会在0-0.75V之间变化。充分利用了nRf51822芯片的ADC量程0-1.2V，并联的电阻用于稳定电压值。电池接入瞬间，大约半秒时间即可完成电容充电，输出的测量电压则是稳定的正确值。
优选的，所述信号调理电路包括差分电流转电压跨阻放大器，信号调理电路即为I/V转换电路，将光电二极管反映的脉搏信息的光电流信号转换为可以转换的电压信号，信号调理电路的输出信号中含有三个不同的组成部分，第一部分为反应动脉中血容量变化产生的交流分量；第二部分为光路中不随时间变化的恒定直流信号；第三部分为部分环境光产生的信号。而增益电路为二级增益电路由提供消除环境光电流的电流模数转换器和放大器组成，使用环境光补偿，可以消除部分进入光电二极管中的环境光，减少环境光对信号采集的干扰。
优选的，所述模数转换电路为22-Bit△Σ型ADC，其最佳的方法为其可以提供高分辨率，对测量较小动态范围的信号十分有效，
优选的，所述信号传输模块为设有SPI外设的nRf51822芯片，包括SPI协议，BLE蓝牙协议，其通过SPI协议与集成模拟前端通信，通过BLE蓝牙协议与移动终端通信，从而把生命体征信号传输给移动终端和云平台。由于nRf51822芯片使用了一个16MHz的外置高频晶振和一个32.768kHz的外置低频晶振。芯片内部有一个32.768kHz的RC振荡器，由于振荡器的精度较低，功耗较大，因此在本实施来自红，还增加了外部低频晶振。
优选的，所述信号采集模块与信号处理模块为德州仪器的AFE4400集成模拟前端。
优选的，光电LED测量需要宽动态范围和低噪声增益的信号调理，以便捕捉脉搏时间，因此发射模块和接收模块均需要高分辨率的DAC，高质量低噪的LED驱动电路，以及具有高分辨率高精度的模拟前端电路。
本发明提供的一种智能指环，通过在指环上设置集成模拟前端即信号采集与信号处理模块，进行脉搏信息的采集，并通过信号处理模块进行信号的处理，处理后的信号经过信号传输模块与移动终端通讯，然后通过移动终端的数据存储分析与远程传输功能，实现数据的存储于个人账户的管理，个人健康的分析。通过指环利用自身重力，使测量过程中光电传感器与指尖的压力恒定，且静态测量中保持相对运动，从而避免运动伪影和压力干扰，实现数据采集的准确性，而指环具有便于携带与随时监测的功能，通过蓝牙与移动终端进行数据交互，从而完成数据的存储与分析，便于用户进行观察与分析。
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 (7)

1.一种智能指环，其特征在于，包括一与移动终端通过蓝牙通讯的指环，所述指环上设有依次电讯连接的信号采集模块，信号处理模块及信号传输模块，所述信号传输模块与所述移动终端通讯连接；所述信号采集模块包括用于提供光照射的发射模块及接收模块；
其中，所述发射模块包括红光LED、红外光LED及用于驱动的LED驱动模块；所述接收模块包括用于依次电讯连接的采集光电容积脉搏波信号的光电传感器，用于将光电流信号转换为电压信号的信号调理电路及用于信号放大的增益电路，用于过滤杂波的低通滤波电路及模数转换电路；
信号传输模块包括适用于多协议的低功耗无线蓝牙芯片；
信号处理模块包括用于控制各个模块的微处理器；所述信号处理模块通过所述信号采集模块获取人体脉搏信号并通过信号传输模块传输至所述移动终端。
2.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，所述LED驱动模块包括电讯连接的用于驱动红光LED及红外光LED交替发光的H桥开关电路及DAC。
3.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，还包括电源模块，所述电源供电部及电量检测部，所述电源供电部包括纽扣电池。
4.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，所述信号调理电路包括差分电流转电压跨阻放大器。
5.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，所述模数转换电路为22-Bit△Σ型ADC。
6.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，所述信号传输模块为设有SPI外设的nRf51822芯片。
7.根据权利要求1所述的智能指环，其特征在于，所述信号采集模块与信号处理模块为德州仪器的AFE4400集成模拟前端。
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