CN108903924B - 一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置和方法。所述穿戴装置包括显示主机和腕带，显示主机可分离或嵌入于腕带中部，显示主机上端设有USB充电插口，表面设有液晶显示屏，侧面设有按键，内部设有电路板，电路板上设有中央处理模块、显示模块、电源模块、传感器模块、带通滤波器和蓝牙模块。本发明通过将人体上肢震颤信号通过传感器模块采集到中央处理模块，再由中央处理模块发送到显示模块进行显示，实时辅助判断使用者是否患病或病情发展程度，帮助使用者及其医生提早做出防范治疗降低恶化风险。

Description

一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置和方法
技术领域
本发明涉及到一种手环装置和方法，具体是一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置和方法。
背景技术
随着科技发展，除了衣食住行外人们开始渐渐关注自身的身体疾病与安全健康问题，许多正如帕金森综合症这样的隐蔽性较强或早期症状轻微的疾病使人们难以防范。帕金森综合症是近年来发病率逐年升高的疾病之一，同时患者人数也是日益剧增，患者大多不能自查以及其对健康状况的不在意使疾病确诊时为时已晚。该疾病具有特殊性，在疾病后期症状复杂严重，会造成病患生活的极度不便以及家庭的沉重负担，因而早期明确诊断并给予相关的有效治疗十分重要。但是现有技术中缺少一种可以实时采取患者上肢由疾病引发的静止性震颤信号，并能将数据反馈至个人或医院以提早做出防范治疗，从而降低风险的穿戴装置。
发明内容
针对解决上述背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置和方法，能实时监测并采样人体上肢不定时产生的生理震颤信号，并能将数据反馈至医护人员的计算机中，从而确认患者病情，提早做好治疗准备的穿戴装置。
为实现上述目的，本发明提供如下设计方案：
一、一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置：
装置包括显示主机和腕带，显示主机连接在腕带的中部上，其特征在于：所述显示主机设有USB充电插口和卡槽，所述腕带设有主机插口、让位槽和按钮，让位槽内安装有卡扣，让位槽通过卡扣与卡槽连接，按钮设置在腕带外部，按钮伸入腕带内部并连接到让位槽中，卡扣通过按钮在让位槽和卡槽内移动，所述USB充电插口和所述主机插口连接。
所述显示主机表面设有液晶显示屏，侧面设有按键，内部设有电路板。
所述电路板上设有中央处理模块、显示模块、电源模块、传感器模块和蓝牙模块，且显示模块、电源模块、传感器模块、蓝牙模块均与中央处理模块相连并排布在电路板上，所述显示模块与所述液晶显示屏相连，所述电源模块与所述USB充电插口相连，所述按键和电路板的中央处理模块连接。
所述传感器模块包括加速度传感器、心率传感器、位移传感器和温度传感器；所述加速度传感器与带通滤波器相连；带通滤波器、心率传感器、位移传感器和温度传感器均连接到所述中央处理模块。
所述显示模块U2的SCLK引脚、SID引脚分别连接到中央处理模块U1的D5引脚、D4引脚，显示模块U2的CS引脚经电阻R12连接到电源电压VCC；所述心率传感器U3的INT引脚、SDA引脚和SCL引脚分别经电阻R1、电阻R2、电阻R3连接到一起；所述温度传感器U4的SDA引脚和SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的SDA引脚和SCL引脚，温度传感器U4的A0引脚、A1引脚、A2引脚连接到引脚VDD，引脚VDD经电容C5接地；所述蓝牙模块U5的PIO3引脚经电阻R4接地，蓝牙模块U5的PIO1引脚依次经电阻R5和指示灯LED1接地，蓝牙模块U5的TX引脚和RX引脚分别连接到中央处理模块U1的TX引脚和RX引脚；所述加速度传感器U6的VS引脚、SCL引脚、SDA引脚、CS引脚经电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和VDD引脚连接到一起，加速度传感器U6的SCL引脚、SDA引脚分别连接到中央处理模块U1的SCL引脚、SDA引脚，加速度传感器U6的SD0引脚经电阻R9接地，加速度传感器U6的INT2引脚与所述的位移传感器U7的INT2引脚连接到中央处理模块U1的INT2引脚；所述位移传感器U7的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚，与NC5引脚相邻的NC4引脚经电容C10接地，VDD引脚经电容C11接地；所述按键KEY的INT1引脚、心率传感器U3的INT1引脚、温度传感器U4的INT1引脚、加速度传感器U6的INT1引脚、位移传感器U7的INT1引脚连接到中央处理模块U1的INT1引脚。
所述中央处理模块U1、显示模块U2、心率传感器U3、温度传感器U4、蓝牙模块U5、加速度传感器U6、位移传感器U7和按键KEY分别即为中央处理模块、显示模块、心率传感器、温度传感器、蓝牙模块、加速度传感器、位移传感器和按键。
所述的带通滤波器，带通滤波器包括双运算放大器U8A及U8B；运算放大器U8A的正向输入端和电阻R18的一端连接并同时经电容C12接地，电阻R18的另一端经电阻R16后连接到加速度传感器U6的输出端，电阻R18的一端经电阻R17接地，电阻R18的一端另一端经电容C15后连接到运算放大器U8A的输出端，运算放大器U8A的反向输入端依次经电阻R19、电阻R20后连接到自身的输出端；运算放大器U8A的输出端依次经电容C13、电容C14后连接到运算放大器U8B的正向输入端，电容C13和电容C14之间引出端经电阻R21后连接到运算放大器U8B的输出端，运算放大器U8B的正向输入端经电阻R22接地，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R23后连接到自身的输出端，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R24接地，运算放大器U8B的输出端连接到中央处理模块U1，运算放大器U8A和运算放大器U8B两端均施加5V电压。
所述的USB充电插口设置在所述显示主机的上端，所述的卡槽设置在所述显示主机的下端。
所述让位槽槽底设有固定凹槽，所述卡扣下端设有固定杆插口，所述固定杆插口插设在所述固定凹槽内。
所述腕带一端设有定位调节孔，所述腕带另一端设有搭扣，所述搭扣插接在不同的定位调节孔内。
与现有技术相比，本发明相对于现有技术其有益效果是:
本发明所设计的手环结构简单，易于穿戴，可分离式设计既降低了维修难度，同时又可以方便更换显示主机或腕带来升级手环，增加手环体验和多元选择；该显示主机为智能固件，集中了显示屏、蓝牙和多种传感器以及滤波器，能在去除噪声的同时快速有效地监测与采取使用者上肢震颤信号的信号数据并实时反馈至处理终端，对使用者身体与病情状态进行随时监测，并实时辅助判断使用者是否患病或病情发展程度，帮助使用者及其医生提早做出防范治疗降低恶化风险。此外手环USB充电插口的设计可以使手环直接与电脑连接，提供了多种数据传输交流方式，其简单便捷的按钮操作方式也方便了多层年龄段人群使用。
附图说明
图1为本发明的立体示意图；
图2为本发明的分解示意图；
图3为本发明显示主机的俯视图；
图4为本发明的卡扣示意图；
图5为本发明显示主机电路板上模块示意图；
图6为本发明显示主机中带通滤波器电路原理图；
图7为本发明显示主机的电路原理图。
图中：显示主机(1)、液晶显示屏(2)、腕带(3)、按键(4)、卡扣(5)、搭扣(6)、USB充电插口(7)、主机插口(8)、卡槽(9)、让位槽(10)、定位调节孔(11)、固定杆插口(52)、固定凹槽(101)；传感器模块(110)、中央处理模块(111)、加速度传感器(112)、心率传感器(113)、位移传感器(114)、温度传感器(115)、显示模块(117)、蓝牙模块(118)、带通滤波器(119)、电源模块(120)。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明手环穿戴装置，包括显示主机1和腕带3，显示主机1连接在腕带3的中部上；如图2所示，显示主机1设有USB充电插口7和卡槽9，腕带设有主机插口8、让位槽10和按钮，让位槽10内安装有卡扣5，让位槽10通过卡扣5与卡槽9连接，按钮设置在腕带3外部，按钮伸入腕带3内部并连接到让位槽10中，卡扣5通过按钮在让位槽10和卡槽9内移动，USB充电插口7和主机插口连接；腕带一端设有若干定位调节孔11，若干定位调节孔11沿腕带间隔均布，腕带另一端设有搭扣6，搭扣6插接在不同的定位调节孔11内，使手环适应于不同佩戴者的手腕尺寸变化。
如图5所示，电路板上设有中央处理模块111、显示模块117、电源模块120、传感器模块110和蓝牙模块118，且显示模块117、电源模块120、传感器模块110、蓝牙模块118均与中央处理模块111相连并排布在电路板上，显示模块117与液晶显示屏2相连，电源模块120与USB充电插口7相连，按键4和电路板的中央处理模块111连接；传感器模块110包括加速度传感器112、心率传感器113、位移传感器114和温度传感器115；加速度传感器112与带通滤波器119相连；带通滤波器119、心率传感器113、位移传感器114和温度传感器115均连接到中央处理模块111。加速度传感器112与位移传感器114设置在主板腔体上贴合手背侧对肢体的所有生理性震颤信号进行监测并采样；心率传感器113同样与手腕侧面贴合，对人体脉搏跳动进行传感测量。
如图7所示为本发明显示主机的电路原理图，显示模块U2的SCLK引脚、SID引脚分别连接到中央处理模块U1的D5引脚、D4引脚，显示模块U2的CS引脚经电阻R12连接到电源电压VCC；心率传感器U3的INT引脚、SDA引脚和SCL引脚分别经电阻R1、电阻R2、电阻R3连接到一起；温度传感器U4的SDA引脚和SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的SDA引脚和SCL引脚，温度传感器U4的A0引脚、A1引脚、A2引脚连接到引脚VDD，引脚VDD经电容C5接地；蓝牙模块U5的PIO3引脚经电阻R4接地，蓝牙模块U5的PIO1引脚依次经电阻R5和指示灯LED1接地，蓝牙模块U5的TX引脚和RX引脚分别连接到中央处理模块U1的TX引脚和RX引脚；加速度传感器U6的VS引脚、SCL引脚、SDA引脚、CS引脚经电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和VDD引脚连接到一起，加速度传感器U6的SCL引脚、SDA引脚分别连接到中央处理模块U1的SCL引脚、SDA引脚，加速度传感器U6的SD0引脚经电阻R9接地，加速度传感器U6的INT2引脚与位移传感器U7的INT2引脚连接到中央处理模块U1的INT2引脚；位移传感器U7的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚，与NC5引脚相邻的NC4引脚经电容C10接地，VDD引脚经电容C11接地；按键KEY的INT1引脚、心率传感器U3的INT1引脚、温度传感器U4的INT1引脚、加速度传感器U6的INT1引脚、位移传感器U7的INT1引脚连接到中央处理模块U1的INT1引脚。
如图7所示为带通滤波器119，带通滤波器119包括双运算放大器U8A及U8B；运算放大器U8A的正向输入端和电阻R18的一端连接并同时经电容C12接地，电阻R18的另一端经电阻R16后连接到加速度传感器U6的输出端，电阻R18的一端经电阻R17接地，电阻R18的一端另一端经电容C15后连接到运算放大器U8A的输出端，运算放大器U8A的反向输入端依次经电阻R19、电阻R20后连接到自身的输出端；运算放大器U8A的输出端依次经电容C13、电容C14后连接到运算放大器U8B的正向输入端，电容C13和电容C14之间引出端经电阻R21后连接到运算放大器U8B的输出端，运算放大器U8B的正向输入端经电阻R22接地，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R23后连接到自身的输出端，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R24接地，运算放大器U8B的输出端连接到中央处理模块U1，运算放大器U8A和运算放大器U8B两端均施加5V电压。
本发明的使用过程如下：
本发明提供的智能手环，通过刚-柔性复合结构实现穿戴装置在手腕上的穿脱功能，并通过长度调节使手环适应于不同佩戴者的手腕尺寸变化。
手环穿戴装置穿戴在人手臂等部位后，通过加速度传感器112、心率传感器113、位移传感器114和温度传感器115采集到人的静止性震颤信号，将信号发送到中央处理模块111，再由中央处理模块111发送到显示模块117进行显示。当显示主机1需要充电时，按动按钮使得卡扣5从让位槽10中分离，显示主机1从腕带3的中部凹槽中取出，将USB充电插口7连接外部充电器。
本发明的采集信号过程如下：
在帕金森震颤信号(3.5到7.5Hz)提取分析之前，对加速度传感器测量出来的数字信号进行去噪，噪声包括人体意向运动(1Hz以下)、传感器引入的系统误差和随机误差，以及50Hz左右的工频干扰。
根据以上四类噪声的频率特性，将噪声进行处理，滤除震颤信号频段外的噪声。将带通滤波器与加速度传感器相连，计算并设置下截止频率及上截止频率，通过频带范围选2到20Hz的加速度信号，在保留帕金森震颤信号的同时得到高的信噪比，使采集到的信号更精确。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种采取静止性震颤信号的手环穿戴装置，包括显示主机(1)和腕带(3)，显示主机(1)连接在腕带(3)的中部上，其特征在于：所述显示主机(1)设有USB充电插口(7)和卡槽(9)，所述腕带设有主机插口(8)、让位槽(10)和按钮，让位槽(10)内安装有卡扣(5)，让位槽(10)通过卡扣(5)与卡槽(9)连接，按钮设置在腕带(3)外部，按钮伸入腕带(3)内部并连接到让位槽(10)中，卡扣(5)通过按钮在让位槽(10)和卡槽(9)内移动，所述USB充电插口(7)和所述主机插口(8)连接；所述显示主机表面设有液晶显示屏(2)，侧面设有按键(4)，内部设有电路板；所述电路板上设有中央处理模块(111)、显示模块(117)、电源模块(120)、传感器模块(110)、带通滤波器(119)和蓝牙模块(118)，且显示模块(117)、电源模块(120)、传感器模块(110)、带通滤波器(119)、蓝牙模块(118)均与中央处理模块(111)相连并排布在电路板上，所述显示模块(117)与所述液晶显示屏(2)相连，所述电源模块(120)与所述USB充电插口(7)相连，所述按键(4)和电路板的中央处理模块(111)连接；所述传感器模块(110)包括加速度传感器(112)、心率传感器(113)、位移传感器(114)和温度传感器(115)；所述加速度传感器(112)与带通滤波器(119)相连；带通滤波器(119)、心率传感器(113)、位移传感器(114)和温度传感器(115)均连接到所述中央处理模块(111)；
所述电路板包括中央处理模块U1、显示模块U2、心率传感器U3、温度传感器U4、蓝牙模块U5、加速度传感器U6、位移传感器U7和按键KEY；所述显示模块U2的SCLK引脚、SID引脚分别连接到中央处理模块U1的D5引脚、D4引脚，显示模块U2的CS引脚经电阻R12连接到电源电压VCC；所述心率传感器U3的INT引脚、SDA引脚和SCL引脚分别经电阻R1、电阻R2、电阻R3连接到一起；所述温度传感器U4的SDA引脚和SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的SDA引脚和SCL引脚，温度传感器U4的A0引脚、A1引脚、A2引脚连接到引脚VDD，引脚VDD经电容C5接地；所述蓝牙模块U5的PIO3引脚经电阻R4接地，蓝牙模块U5的PIO1引脚依次经电阻R5和指示灯LED1接地，蓝牙模块U5的TX引脚和RX引脚分别连接到中央处理模块U1的TX引脚和RX引脚；所述加速度传感器U6的VS引脚、SCL引脚、SDA引脚、CS引脚经电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10和VDD引脚连接到一起，加速度传感器U6的SCL引脚、SDA引脚分别连接到中央处理模块U1的SCL引脚、SDA引脚，加速度传感器U6的SD0引脚经电阻R9接地，加速度传感器U6的INT2引脚与所述的位移传感器U7的INT2引脚连接到中央处理模块U1的INT2引脚；所述位移传感器U7的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚分别连接到中央处理模块U1的A0引脚、A1引脚、SDA引脚、SCL引脚，与NC5引脚相邻的NC4引脚经电容C10接地，VDD引脚经电容C11接地；所述按键KEY的INT1引脚、心率传感器U3的INT1引脚、温度传感器U4的INT1引脚、加速度传感器U6的INT1引脚、位移传感器U7的INT1引脚连接到中央处理模块U1的INT1引脚；
所述的带通滤波器(119)，带通滤波器(119)包括双运算放大器U8A及U8B；运算放大器U8A的正向输入端和电阻R18的一端连接并同时经电容C12接地，电阻R18的另一端经电阻R16后连接到加速度传感器U6的输出端，电阻R18的一端经电阻R17接地，电阻R18的一端另一端经电容C15后连接到运算放大器U8A的输出端，运算放大器U8A的反向输入端依次经电阻R19、电阻R20后连接到自身的输出端；运算放大器U8A的输出端依次经电容C13、电容C14后连接到运算放大器U8B的正向输入端，电容C13和电容C14之间引出端经电阻R21后连接到运算放大器U8B的输出端，运算放大器U8B的正向输入端经电阻R22接地，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R23后连接到自身的输出端，运算放大器U8B的反向输入端经电阻R24接地，运算放大器U8B的输出端连接到中央处理模块U1。
2.根据权利要求1所述的采取静止性震颤信号的手环穿戴装置，其特征在于：所述的USB充电插口(7)设置在所述显示主机的上端，所述的卡槽(9)设置在所述显示主机的下端。
3.根据权利要求1所述的采取静止性震颤信号的手环穿戴装置，其特征在于：所述让位槽(10)槽底设有固定凹槽，所述卡扣(5)下端设有固定杆插口(52)，所述固定杆插口(52)插设在所述固定凹槽内。
4.根据权利要求1所述的采取静止性震颤信号的手环穿戴装置，其特征在于：所述腕带一端设有定位调节孔(11)，所述腕带另一端设有搭扣(6)，所述搭扣(6)插接在不同的定位调节孔(11)内。
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