CN108936986A - 具有体表温度检测功能的智能手环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有体表温度检测功能的智能手环，包括充电针、充电芯片、控制器和温度传感器；所述充电针包括正极和负极，在智能手环佩戴在人体上时，正极充电针与人体皮肤相接触；在所述智能手环中设置有模拟开关，连接所述正极充电针；所述控制器在充电针连通外部充电电源时，控制模拟开关将所述正极充电针与充电芯片连通；在智能手环开启体温检测功能时，控制模拟开关将所述正极充电针与温度传感器连通，利用充电针作为导热金属片，将人体热量传导至温度传感器，实现体表温度检测。本发明通过对充电针进行复用，无需为实现体温检测功能而在智能手环上额外添加金属件，由此解决了现有技术因增加金属件而导致的成本升高、产品组装困难等问题。

Description

具有体表温度检测功能的智能手环

技术领域

本发明属于可穿戴设备技术领域，涉及智能手环，具体地说，是涉及一种应用在智能手环中的体表温度检测技术。

背景技术

可穿戴设备是一种可以直接穿戴在人身上或是整合到人体的衣服或配件中的便携式电子产品。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更可以通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备已经对人们的生活、感知带来了巨大的转变。

目前的可穿戴设备多以智能手环为主。现有的智能手环除了具有计时、计步、心率检测等功能外，有时还通过增设温度传感器，使智能手环具备了监测人体体表温度的功能。目前，用于监测体表温度的传感器有非接触式和接触式两种。非接触式温度传感器主要是基于红外检测的方式进行测量，且为了得到准确的测量结果，对温度传感器的布局和安装设计都提出了很高的要求。因此，相对于接触式温度传感器，在结构设计上更为复杂。接触式温度传感器主要采用热传导的方式进行测量，通过在智能手环上增设导热金属片，利用导热金属片接触人体皮肤，将人体的体表热量传递给智能手环中的温度传感器，继而实现对人体体表温度的测量。

对于采用接触式温度传感器设计的智能手环，一般都是采用在手环本体的外壳边缘安装一圈金属材质的边框或者在智能手环上专门增设金属件，以此作为导热金属片，实现对人体体表温度的检测。但是，这种传统的结构设计，成本较高，并且组装时会存在一定的难度。

发明内容

本发明基于接触式温度传感器提出了一种具有体表温度检测功能的智能手环，通过对智能手环上的充电针进行复用，将其兼用作导热金属片，从而无需在智能手环上额外增加金属件，即可在智能手环上实现人体体表温度的检测功能，解决了因增加金属件而导致产品组装困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有体表温度检测功能的智能手环，包括充电针、充电芯片、控制器和温度传感器；所述充电针包括正极和负极，在智能手环佩戴在人体上时，正极充电针与人体皮肤相接触；在所述智能手环中设置有模拟开关，连接所述正极充电针；所述控制器在充电针连通外部充电电源时，控制模拟开关将所述正极充电针与充电芯片连通；在智能手环开启体温检测功能时，控制所述模拟开关将所述正极充电针与温度传感器连通，利用正极充电针将人体的体表热量传导至温度传感器，进行体温测量。

为了检测充电针是否与外部充电电源连通，本发明优选两种设计方案：

其一，在所述智能手环中设置有电压采样电路，采集所述充电芯片与模拟开关连接线路上的电压，并传输至所述控制器；所述控制器在检测到所述电压达到设定阈值时，判定所述充电针与外部充电电源连通。

为了提高外部充电电源接入检测的准确性，本发明配置所述控制器在非充电期间且体温检测功能开启时，控制所述模拟开关将正极充电针与温度传感器连通，其余时刻均控制所述模拟开关将正极充电针与充电芯片连通。

其二，在所述智能手环中还设置有检测电路，连接智能手环的充电接口中的检测引脚，用于检测充电器的插入状态；所述控制器在接收到检测电路输出的表示有充电器插入的检测信号时，判定所述充电针与外部充电电源连通。

为了避免在充电期间开启体温检测功能，影响体温检测结果的准确性，本发明提出两种优选控制策略：

第一种，在所述充电针与外部充电电源连通期间，所述控制器若接收到开启体温检测功能的指令，则控制模拟开关维持所述正极充电针与充电芯片的连通状态，不响应用户操作；

第二种，在所述充电针与外部充电电源连通期间，所述控制器可以直接屏蔽所述体温检测功能。

为了降低系统功耗，本发明配置所述控制器在体温检测功能开启后，输出使能信号至所述温度传感器，控制所述温度传感器使能运行，采集通过正极充电针传导过来的人体体表温度，保证输出结果的有效性。

为了节约控制器的接口资源，所述模拟开关优选采用多通道模拟切换开关，包括公共端、控制端和多路选通端；所述模拟开关的公共端连接所述正极充电针，第一选通端连接所述充电芯片，第二选通端连接所述温度传感器，控制端连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号，控制所述公共端在所述第一选通端与第二选通端之间择一连通。

为了提高通过控制器输出的控制信号的稳定性，优选将所述模拟开关的公共端通过下拉电阻接地。

优选的，所述模拟开关优选采用单刀双掷开关。

为了保证正极充电针在智能手环佩戴后能够与人体皮肤紧密接触，优选将所述正极充电针布设在智能手环的外壳的背面，使用户可以在正常佩戴智能手环的期间随时开启体温检测功能，方便使用。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过对智能手环上现有的充电针进行功能复用，并配合模拟开关对充电针在电路板上的线路连通状态进行切换，从而使得充电针可以在智能手环处于充电期间连通充电芯片，正常传输充电电流，而在智能手环启动体温检测功能后，兼用作导热金属片，将人体的体表热量传递给温度传感器，实现对人体体表温度的有效检测。采用本发明的充电针复用技术，无需为实现体温检测功能而在智能手环上额外添加金属件，由此解决了现有技术因增加金属件而导致的成本升高、产品组装困难等问题。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的具有体表温度检测功能的智能手环的第一种实施例的电路原理图；

图2是本发明所提出的具有体表温度检测功能的智能手环的第二种实施例的电路原理图；

图3是本发明所提出的具有体表温度检测功能的智能手环的第三种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例为了在智能手环上实现体温检测功能，首先在智能手环的内部电路板上布设温度传感器，如图1-图3所示，该温度传感器为接触式温度传感器，需要借助导热金属片传导人体的体表热量，继而根据体表热量计算出人体的体表温度。为了避免在智能手环的外壳上增设导热金属件所导致的产品组装困难等问题，本实施例提出对智能手环上的充电针PIN（充电电极）进行复用，将充电针PIN兼用作导热金属片，在智能手环执行体温检测功能时，贴合人体的皮肤，进而将人体的体表热量传导至温度传感器，实现对人体体表温度的测量。

布设在智能手环的外壳上的充电针PIN包括正极和负极两个触点，本实施例优选对正极充电针PIN+进行复用，将其兼用作导热金属片，在执行体温检测功能时，与智能手环内部的温度传感器相连通，以采集体表温度。

在智能手环的外壳上布设充电针PIN是为了外接充电器，将充电器提供的电能传输至电路板上的充电芯片，利用充电芯片对智能手环内部的电池进行充电控制，以补充电量。为了不影响智能手环的充电功能，在智能手环需要充电时，需要恢复正极充电针PIN+与充电芯片之间的连通状态，为此，本实施例在智能手环的内部电路板上进一步设置模拟开关，以控制正极充电针PIN+在充电芯片与温度传感器之间选择连通。

所述模拟开关可以选用多种形式，例如两个单刀单掷开关K1、K2或者一个多通道模拟切换开关K等。当采用两个单刀单掷开关时，如图2所示，可以将其中一个单刀单掷开关K1连接在正极充电针PIN+与充电芯片之间，将另一个单刀单掷开关K2连接在正极充电针PIN+与温度传感器之间，利用智能手环内部的控制器MCU对两个单刀单掷开关K1、K2的通断状态进行控制，在执行充电功能时，控制单刀单掷开关K1导通，单刀单掷开关K2断开，将正极充电针PIN+与充电芯片连通，传输电能；在执行体温检测功能时，控制单刀单掷开关K2导通，单刀单掷开关K1断开，将正极充电针PIN+与温度传感器连通，传导热量。采用这种电路设计，需要占用控制器MCU的两路GPIO口，易造成控制器MCU的接口资源紧张。若仅占用控制器MCU的一路GPIO口，则需要在电路板上增设反向电路，生成电位相反的两路控制信号，分别传输至两个单刀单掷开关K1、K2，以实现对两个单刀单掷开关K1、K2的通断状态的切换控制。这种电路设计会造成电路结构的复杂化，不利用控制产品成本。基于此，本实施例优选采用多通道模拟切换开关K作为所述的模拟开关，在仅占用控制器MCU的一路GPIO口的情况下，实现对正极充电针PIN+连通线路的切换控制。

在本实施例中，所述多通道模拟切换开关K可以具体选用一个单刀双掷开关进行电路设计，如图1所示。将单刀双掷开关K的公共端A连接至正极充电针PIN+，第一选通端B连接充电芯片，第二选通端C连接温度传感器，控制端D连接控制器MCU的GPIO1口，接收控制器MCU输出的控制信号。为了使控制信号的波形稳定，提高对单刀双掷开关K控制的可靠性，优选将单刀双掷开关K的控制端D通过下拉电阻R3接地GND。当控制器MCU输出的控制信号为低电平时，通过下拉电阻R3可以将单刀双掷开关K的控制端D的电位下拉到地，控制单刀双掷开关K的公共端A与第一选通端B连通，建立起充电回路。而当控制器MCU输出的控制信号为高电平时，通过下拉电阻R3可以在单刀双掷开关K的控制端D建立起稳定的高电位，以控制单刀双掷开关K的公共端A与第二选通端C连通，建立起体温检测回路。

本实施例优选配置控制器MCU仅在非充电期间且用户通过操作智能手环启动了体温检测功能时，通过其GPIO1口输出高电平控制信号，其余时刻均置GPIO1口为低电位。采用这种设计方式，可以保证智能手环的正极充电针PIN+和负极充电针PIN-在连接上外部充电电源时，例如插接了充电器或者主设备时，外部的充电电源能够立即接入充电芯片，及时地响应充电操作。负极充电针PIN-连接电路板上的系统地GND。

为了在有外部充电电源接入时，保持智能手环的充电状态，本实施例设计电压采样电路连接在模拟开关与充电芯片之间的连接线路上，例如连接在单刀双掷开关K的第一选通端B与充电芯片之间的连接线路上，以采集线路中的电压值。作为所述电压采样电路的一种优选电路设计，可以采用两个分压电阻R1、R2串联形成分压电路，一端连接在单刀双掷开关K的第一选通端B与充电芯片之间的连接线路上，另一端接地GND，分压节点连接控制器MCU的另外一路GPIO口，例如GPIO2口，以实现对充电针PIN是否连通外部充电电源的状态检测。

具体而言，当充电针PIN与外部的充电电源连通时，第一选通端B与充电芯片之间的连接线路上的电位为高，经分压电阻R1、R2分压后，置控制器MCU的GPIO2口为高电位，合理地配置分压电阻R1、R2的阻值，可以实现在有充电电源接入时，传输至控制器MCU的GPIO2口的分压达到或者高于设定阈值。控制器MCU在检测到其GPIO2口的电位达到或者高于设定阈值时，判定为充电期间，保持其GPIO1口的低电平状态，维持单刀双掷开关K的公共端A始终与第一选通端B连通，保证充电过程持续进行。

在充电期间，若用户操作智能手环启动体温检测功能，由于此时的正极充电针PIN+已被占用，因此体温检测功能不能执行。为了避免误操作，本实施例配置控制器MCU在智能手环充电期间，若接收到开启体温检测功能的指令，则控制模拟开关K维持正极充电针PIN+与充电芯片的连通状态，不响应用户操作，并可以进一步通过智能手环的显示屏显示“产品正在充电，体温检测功能暂不可用”的提示信息，以消除用户的疑虑。或者，可以配置控制器MCU在智能手环充电期间，直接屏蔽体温检测功能，即，置该功能的选项不可选，以保证充电过程。

当控制器MCU检测到其GPIO2口的电位为低时，表示充电针PIN与外部的充电电源断开，判定为非充电期间。在非充电期间，若控制器MCU接收到启动体温检测功能的操作指令，则通过其GPIO1口输出高电平，控制单刀双掷开关K的公共端A与第二选通端C连通，将正极充电针PIN+连接至温度传感器。此时，正极充电针PIN+作为导热金属片，与佩戴者的皮肤相接触，将人体的体表热量传导至温度传感器，实现对人体体表温度的测量。

在检测人体体表温度的过程中，由于正极充电针PIN+与人体的皮肤相接触，因此，充电针不可能再与外部的充电器或者主设备相连接，这样就可以保证智能手环在执行体温检测功能的期间，充电针PIN+、PIN-不会外接充电电源，由此便可确保智能手环的充电过程和体温检测过程不会发生冲突。

当然，对于外部充电电源的接入检测，也可以采用其他电路形式。例如，可以在智能手环的内部电路板上布设专用于检测充电器插入状态的检测电路，连接智能手环上的充电接口的检测引脚ID，如图3所示。当智能手环上的充电接口外接充电器或者主设备时，检测电路会检测到ID引脚的电位变化，进而生成表示有充电器插入的检测信号发送至控制器MCU，例如发送至控制器MCU的GPIO2口，以通知控制器MCU有外部充电电源接入。此时，控制器MCU通过其GPIO1口输出控制信号（高电平或低电平）至模拟开关K的控制端D，控制模拟开关K将其公共端A与第一选通端B连通，控制系统进入充电过程。在充电期间，屏蔽体温检测功能，仅在检测电路检测到外部充电电源断开，且用户开启了体温检测功能时，控制器MCU输出控制信号（低电平或高电平），切换模拟开关K的选通回路，将其公共端A切换至与第二选通端C连通，继而将正极充电针PIN+作为导电金属片，向温度传感器传导人体的体表热量，完成体温检测功能。

当然，对于控制器MCU通过其GPIO1口输出的控制信号，也可以配置成：当GPIO1口持续输出高电平时，控制模拟开关K的公共端A与第一选通端B连通，即，进入充电过程；当GPIO1口持续输出300ms的高低电平交变的脉冲信号时，控制模拟开关K的公共端A与第二选通端C连通，即，进入体温检测过程；而当智能手环既不充电也不检测体表温度时，GPIO1口持续输出低电平。控制信号的电平状态可以根据模拟开关K的具体控制要求确定，本实施例并不仅限于以上举例。

对于配置有使能引脚EN的温度传感器而言，为了降低系统功耗，可以将温度传感器的使能引脚EN连接至控制器MCU。配置控制器MCU仅在体温检测功能开启后，输出使能信号，控制温度传感器使能运行，由此也可以进一步保证体温检测功能的正确启用。

为了提高体温检测的准确度，优选将充电针PIN（至少正极充电针PIN+）布设在智能手环的外壳的背面，在用户佩戴上智能手环后，可以确保正极充电针PIN+与人体的皮肤紧密接触，继而有效地传导体表热量。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有体表温度检测功能的智能手环，包括充电针、充电芯片、控制器和温度传感器；所述充电针包括正极和负极，在智能手环佩戴在人体上时，正极充电针与人体皮肤相接触；其特征在于，在所述智能手环中设置有模拟开关，连接所述正极充电针；所述控制器在充电针连通外部充电电源时，控制模拟开关将所述正极充电针与充电芯片连通；在智能手环开启体温检测功能时，控制所述模拟开关将所述正极充电针与温度传感器连通，利用正极充电针将人体的体表热量传导至温度传感器，进行体温测量。

2.根据权利要求1所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，还包括电压采样电路，采集所述充电芯片与模拟开关连接线路上的电压，并传输至所述控制器；所述控制器在检测到所述电压达到设定阈值时，判定所述充电针与外部充电电源连通。

3.根据权利要求2所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述控制器在非充电期间且体温检测功能开启时，控制所述模拟开关将正极充电针与温度传感器连通，其余时刻均控制所述模拟开关将正极充电针与充电芯片连通。

4.根据权利要求1所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，还包括检测电路，连接智能手环的充电接口中的检测引脚，用于检测充电器的插入状态；所述控制器在接收到检测电路输出的表示有充电器插入的检测信号时，判定所述充电针与外部充电电源连通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，在所述充电针与外部充电电源连通期间，

所述控制器若接收到开启体温检测功能的指令，则控制模拟开关维持所述正极充电针与充电芯片的连通状态，不响应用户操作；或者，

所述控制器屏蔽所述体温检测功能。

6.根据权利要求5所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述控制器在体温检测功能开启后，输出使能信号至所述温度传感器，控制所述温度传感器使能运行。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述模拟开关为多通道模拟切换开关，包括公共端、控制端和多路选通端；所述模拟开关的公共端连接所述正极充电针，第一选通端连接所述充电芯片，第二选通端连接所述温度传感器，控制端连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号，控制所述公共端在所述第一选通端与第二选通端之间择一连通。

8.根据权利要求7所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述模拟开关的公共端通过下拉电阻接地。

9.根据权利要求7所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述模拟开关为单刀双掷开关。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的具有体表温度检测功能的智能手环，其特征在于，所述正极充电针布设在智能手环的外壳的背面。