CN109645973A - 太极石服装用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太极石服装用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法，监测器包括电源模块、主控制器、生物电检测传感器及蓝牙通信模块；电源模块包括聚合物电池，主控制器与电源模块、时钟信号模块、蓝牙通信模块及生物电检测传感器电连接，时钟信号模块包括一个32MHz振荡晶体，生物电检测传感器模块包括16位高精度模拟前端和低噪音放大器、DSP处理器、心电处理芯片及左、右电极，蓝牙通信模块用于根据主控制器指令发送广播并与手机之间进行通信；本发明的监测器专用于太极石纤维服装中同时监测人体的微循环、血压及心率数据情况，使人体可以感知太极石纤维服装穿着后对人体的功效和作用，实时监测人体微循环、血压及心率数据，促进和监护人体健康。

Description

太极石服装用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法

技术领域

本发明涉及智能服装领域，具体的，本发明涉及一种太极石服装用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法。

背景技术

智能服装属于智能化领域，在未来几年里，我们的衣柜里将会塞满这样的智能衣物——能够读出人体心跳、体温、呼吸频率的衬衫；能够自动播放音乐的外套；能够在胸前显示文字与图像的T恤衫，未来的服装将成为真正的“多功能便携式高科技产品”，一件衣服能同时播放音乐、视频、调节温度，甚至上网冲浪。在不久的将来，数码产品与衣服的界限会越来越模糊，未来的电子产品能完美地隐藏在服装里；而未来的服装则变身为一台能穿在身上的计算机。

智能服装是现代科技进步的载体，服装行业的科技发展在今后若干年最主要的任务就是利用高新技术和信息技术改变和提升传统的服装功能，这将主要体现在智能服装的研究和开发上。世界上积极开发智能服装的国家主要是德国、芬兰、比利时、瑞士、英国等欧洲国家，这一方面是由于欧洲地区对新型纺织品开发的需求比较强烈，另一方面是他们也具有先进的周边电子电机、通讯、计算机软件工业的相互支持配合。许多服装产业巨头也希望，智能服装的研发，能为不景气的传统纺织工业注入一股新的活力和生命力。

我国对智能服装的研究和开发还处在起步阶段，与国外发达国家相比，还存在着较大的差距。环保、生态、智能化、数字化纺织服装是二十一世纪全球的主题，智能服装无疑将会成为本世纪服装竞争的焦点之一.智能服装的研究与开发需要纺织服装企业与化学公司、光学公司、电子设备制造商等多行业研发企业的合作.与一般功能服装相比，智能服装的价格固然要高一些，但这并不影响其市场潜力.随着人生活水平的提高及人们对个性化、智能化服装需求的增长，智能服装的发展前景不可估量，尤其是具有人体健康监测功能的智能服装很受人们青睐。

中国专利(CN105640522A)公开了一种实时监测人体生理体征参数的可穿戴智能服装，包括与人体体型相贴合的服装，服装里设置有微型柔性温度传感器、心率传感器、呼吸传感器以及与可穿戴服装相连接的可拆卸微型数据处理与记录系统；可穿戴温度传感器为大面积印刷式且植入到服装本体内；心率传感器和呼吸传感器为导电纺织电极；微型数据处理与记录系统包括：信号处理和传输模块、中央处理器、数据储存模块、LCD显示屏和电源模块；温度传感器、心率传感器、呼吸传感器及LCD显示屏均通过植入服装中的柔性导线与微型数据记录装置相连接；穿着者可以通过所述植入服装内的LCD显示屏实时观察个体生理体征参数。

中国专利(CN 109316175A)公开了一种多功能的智能服装，包括服装本体，服装本体包括内层和外层，内层布置血压监测系统和心率传感器，血压监测系统和心率传感器与微处理器模块连接，微处理器模块用于数据采集和存储，并通过无线数据发送与接收模块将数据发送给云端服务器，采用血压、心率监测系统，对心血管疾病患者起到了实时监测提前预警的作用，保障了患者有充分的时间就医和采取预防措，云端数据自动保存系统，方便使用者在需要的时候调用。

太极石是一种天然矽晶石英矿石，主体成分为SiO2(约占87.53％)，含有K2O、CaO、TiO2、Fe2O3等富含钛、钾、锗等多种微量金属矿物元素。太极石纤维是将天然的太极石经纳米分散技术制成纳米颗粒或母粒，再将太极石纳米颗粒或母粒均匀的分散到纺丝液中进行纺丝得到的，其更够发挥太极石的优势特性，太极石纤维能够细化水分子，让肌肤水分更易吸收与循环，提高肌肤的含氧量，改善人体血液微循环，促进细胞活性，增进新陈代谢和血液流速变化，且具有优异的抗紫外线功能，现有的应用太极石纤维的服装不具有智能监测人体微循环、血压及心率数据的功能，并且现有的上述具有人体健康监测功能的智能服装所具有的智能监测系统不能够用于太极石纤维服装中同时监测人体的微循环、血压及心率数据情况。为此，开发一种太极石纤维智能服装的专用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法，使人体可以感知太极石纤维服装穿着后对人体的功效和作用，实时监测人体微循环、血压及心率数据，促进和监护人体健康是本发明亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种使人体可以感知太极石纤维服装穿着后对人体的功效和作用，实时监测人体微循环、血压及心率数据，促进和监护人体健康的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器及其监测方法。

本发明的技术方案具体如下：

一种太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，包括：

电源模块，所述电源模块包括聚合物电池，与低压差线性稳压器连接，通过稳压集成电路为各个模块提供电压；

主控制器，所述主控制器与电源模块、时钟信号模块、蓝牙通信模块及生物电检测传感器电连接；

时钟信号模块，所述时钟信号模块包括一个32MHz振荡晶体，用于为所述监测器的电路系统提供基准频率；

生物电检测传感器模块，所述生物电检测传感器模块包括16位高精度模拟前端和低噪音放大器、DSP处理器、心电处理芯片及左电极和右电极，所述主控制器能够控制所述电源模块打开低压差线性稳压器给所述生物电检测传感器供电；

蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块用于根据主控制器指令发送广播并与手机之间进行数据通信。

优选地，所述聚合物电池为5V外电源，所述外电源经过稳压二极管进行静电保护后输入具有多个管脚的电源管理集成电路，所述电源管理集成电路的第一管脚输出恒流电为所述聚合物电池充电同时为主控制器提供充电状态检测信号，所述电源管理集成电路具有反插保护、过流、过压保护功能模块，所述电源管理集成电路第二管脚经过稳压二极管后为各个系统提供稳定电压。

优选地，所述主控制器包括具有一带有浮点运算单元的工作频率为64MHz的32位处理器、DC稳压器系统、RAM存储器和计数器模式的32位定时器，所述蓝牙通信模块包括一个-96dBm灵敏度的2.4GHz低功耗蓝牙，所述处理器的第一管脚电连接所述低功耗蓝牙，所述处理器的第二管脚电连接所述低压差线性稳压器，所述处理器的第三管脚电连接所述DC稳压器系统，所述处理器的第四管脚电连接RAM存储器，所述处理器的第五管脚电连接所述计数器模式的32位定时器；所述主控制器通过第五管脚和第六管脚的通用异步收发传输器接口与所述生物电检测传感器模块的心电处理芯片通信，所述主控制器对从所述心电处理芯片接收到的信号数据进行心电分析，所述主控制器通过第七管脚和第八管脚使用双向二线制同步串行总线进行数据读取。

进一步优选地，所述生物电检测传感器的左电极和右电极在感应到人体接触后，所述生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号，采集到的所述人体心电信号数据通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理后通过所述通用异步收发传输器接口传输到所述主控制器。

进一步优选地，所述主控制器能够通过主控制器内核对传输来的信号数据再进行计算处理后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

优选地，所述监测器还包括LED指示灯和外存储卡，所述LED指示灯用于对所述主控制器的工作状态进行指示，所述外存储卡用于存储人体微循环及生理参数的监测数据或对主控制器的内存进行扩展。

优选地，根据权利要求1-5任一项所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述监测器还包括ANT天线，所述主控制器通过所述ANT天线与手机通信。

另外，本发明还要求保护一种根据上述太极石服装用人体微循环及生理参数监测器进行监测的方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1：打开系统电源，主控制器进行初始化，由所述聚合物电池通过稳压集成电路提供各支路电压；

步骤S2：主控制器运行，打开蓝牙，通过蓝牙发送广播，手机接收广播并建立连接，同时控制处理各支路电路,并控制LED指示灯进行工作状态指示；

步骤S3：所述主控制器控制打开时钟信号模块的32MHz振荡晶体，为所述监测器的电路系统提供基准频率；

步骤S4：所述主控制器打开生物电检测传感器，所述生物电检测传感器进入等待状态；

步骤S5：人体分别接触所述生物电检测传感器的左电极和右电极；当人体接触到所述生物电检测传感器的左、右电极片时，所述生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号数据，采集到的人体心电信号通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理，并通过接口传输到所述主控制器；

步骤S6：将经步骤S5传输至主控制器内的信号数据通过主控制器内核进行计算处理后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，专用于太极石纤维服装中同时监测人体的微循环、血压及心率数据情况，使人体可以感知太极石纤维服装穿着后对人体的功效和作用，实时监测人体微循环、血压及心率数据，促进和监护人体健康，传统的常用来检测又能代表人体微循环状况的是观察甲襞及眼底结膜，本发明将太极健康能量纤维导入芯片，通过太极健康能量纤维与智能化及大数据的结合，通过手机APP端就能够观察到人体的血流速度的变化，能够时刻监测人体微循环、血压及心率数据。

2)本发明的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器的生物电检测传感器采用第三代具有二导左、右电极的生物电检测传感器，能够使人体接触到该生物电检测传感器的左、右电极片时，通过生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号数据，并将该信号数据通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理，传输到主控制器，进行心电分析，最后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器总体框图；

图2为本发明一实施例的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器的电源模块电路图；

图3为本发明一实施例的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器的主控制器的电路图；

图4为本发明一实施例的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器的生物电检测传感器的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

参见图1，为本发明一实施例提供的一种太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，包括电源模块、主控制器、生物电检测传感器、蓝牙通信模块，主控制器与电源模块、时钟信号模块、蓝牙通信模块及生物电检测传感器电连接，时钟信号模块包括一个32MHz振荡晶体，用于为所述监测器的电路系统提供基准频率，蓝牙通信模块，用于根据主控制器指令发送广播并与手机之间进行数据通信，生物电检测传感器包括生物电检测传感器模块包括16位高精度模拟前端和低噪音放大器、DSP处理器、ECG心电处理芯片及左电极和右电极，所述主控制器能够控制所述电源模块打开低压差线性稳压器给所述生物电检测传感器供电；另外，该人体微循环及生理参数监测器还包括用于对所述主控制器的工作状态进行指示的LED指示灯和用于存储人体微循环及生理参数的监测数据或对主控制器的内存进行扩展的外存储卡。

参见图2，其中电源模块包括聚合物电池，与低压差线性稳压器连接，通过稳压集成电路为各个模块提供电压，聚合物电池为5V外电源，其中电源模块的外部电源V5V经过静电防护单元E1后输入集成电路U1，U1的BATT管脚分成两路，一路连接至VBAT管脚给聚合物电池BAT1恒流充电，同时为主控制器提供充电状态检测提供依据，U1具有输入反插保护、过流、过压保护功能，U1的BATT管脚的另一路经过二极管D1、集成电路U2、稳压电容C1、C2、C3、C4后为其余系统模块提供所需要的稳定电压，其余电路连接如附图2所示。

参见附图3，为主控制器的电路图，包括一个核心处理器U4，U4主要包括带有浮点运算单元的32位的工作频率为工作频率64MHz的 -M4和、DC稳压器系统、RAM内存和计数器模式的32位定时器。蓝牙通信模块包括一个-96dBm灵敏度的2.4GHz低功耗蓝牙，所述处理器的第一管脚电连接所述低功耗蓝牙，所述处理器的第二管脚电连接低压差线性稳压器，所述处理器的第三管脚电连接所述DC稳压器系统，所述处理器的第四管脚电连接RAM存储器，所述处理器的第五管脚电连接所述计数器模式的32位定时器；所述主控制器通过第五管脚和第六管脚的通用异步收发传输器接口与所述生物电检测传感器模块的ECG心电处理芯片通信，所述主控制器对从所述心电处理芯片接收到的信号数据进行心电分析，所述主控制器通过第七管脚和第八管脚使用双向二线制同步串行总线进行数据读取。工作时，主控制器通电初始化后，由32MHZ晶体提供基准频率，主控系统级芯片通过ANT天线和手机连接，同时电池电压通过R14,R18,C23提供给主控制器进行工作电压监测，由主控制器UART接口对生物电检测传感器的ECG心电处理芯片通信，和接收信号数据等并对接收到的数据心电分析，其余电路连接如附图3所示。

参见附图4，为生物电检测传感器的电路图，生物电检测传感器为本发明核心单元之一，采用第三代具有二导左、右电极的生物电检测传感器，主控制器控制电源U5的低压差线性稳压器打开给生物电检测传感器U7供电，生物电检测传感器的VCC管脚与电源U5的VBMD连接，生物电检测传感器主要包括生物电检测传感器内部的16位高精确度模拟前端和低噪声放大器，对人体心电信号进行采集，采集到的人体心电信号通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理，并通过UART接口传输到所述主控制器；由主控制器的UART接口传输至主控制器的核心处理器U4(核心处理器U4采用nRF52832内核)进行计算处理，后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

在上述太极石服装用人体微循环及生理参数监测器的基础上，以下将介绍本发明该人体微循环及生理参数监测器的监测方法，其包括以下步骤：

步骤S1：打开系统电源，主控制器进行初始化，由所述聚合物电池通过稳压集成电路提供各支路电压；

步骤S2：主控制器运行，打开蓝牙，通过蓝牙发送广播，手机接收广播并建立连接，同时控制处理各支路电路,并控制LED指示灯进行工作状态指示；

步骤S3：所述主控制器控制打开时钟信号模块的32MHz振荡晶体，为所述监测器的电路系统提供基准频率；

步骤S4：主控制器控制电源U5的低压差线性稳压器打开给生物电检测传感器U7供电，生物电检测传感器的VCC管脚与电源U5的VBMD连接，所述生物电检测传感器进入等待状态；

步骤S5：人体分别接触所述生物电检测传感器的左电极和右电极；当人体接触到所述生物电检测传感器的左、右电极片时，所述生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号数据，采集到的人体心电信号通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理，并通过UART接口传输到所述主控制器；

步骤S6：将经步骤S5传输至主控制器内的信号数据通过主控制器内核进行计算处理后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

本文所示的实施例提供了足够详细地描述以使本领域技术人员能够实践公开的教导。根据本发明所示的实施例还可以派生出其它实施例，并在不脱离本发明的范围的条件下进行逻辑替换以及改变。因此，具体实施方式不应被视为具有限制意义，并且各种实施例的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来限定；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 (8)

1.一种太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，包括：

电源模块，所述电源模块包括聚合物电池，与低压差线性稳压器连接，通过稳压集成电路为各个模块提供电压；

主控制器，所述主控制器与电源模块、时钟信号模块、蓝牙通信模块及生物电检测传感器电连接；

时钟信号模块，所述时钟信号模块包括一个32MHz振荡晶体，用于为所述监测器的电路系统提供基准频率；

生物电检测传感器模块，所述生物电检测传感器模块包括16位高精度模拟前端和低噪音放大器、DSP处理器、心电处理芯片及左电极和右电极，所述主控制器能够控制所述电源模块打开低压差线性稳压器给所述生物电检测传感器供电；

蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块用于根据主控制器指令发送广播并与手机之间进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述聚合物电池为5V外电源，所述外电源经过稳压二极管进行静电保护后输入具有多个管脚的电源管理集成电路，所述电源管理集成电路的第一管脚输出恒流电为所述聚合物电池充电同时为主控制器提供充电状态检测信号，所述电源管理集成电路具有反插保护、过流、过压保护功能模块，所述电源管理集成电路第二管脚经过稳压二极管后为各个系统提供稳定电压。

3.根据权利要求1所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述主控制器包括具有一带有浮点运算单元的工作频率为64MHz的32位处理器、DC稳压器系统、RAM存储器和计数器模式的32位定时器，所述蓝牙通信模块包括一个-96dBm灵敏度的2.4GHz低功耗蓝牙，所述处理器的第一管脚电连接所述低功耗蓝牙，所述处理器的第二管脚电连接所述低压差线性稳压器，所述处理器的第三管脚电连接所述DC稳压器系统，所述处理器的第四管脚电连接RAM存储器，所述处理器的第五管脚电连接所述计数器模式的32位定时器；所述主控制器通过第五管脚和第六管脚的通用异步收发传输器接口与所述生物电检测传感器模块的心电处理芯片通信，所述主控制器对从所述心电处理芯片接收到的信号数据进行心电分析，所述主控制器通过第七管脚和第八管脚使用双向二线制同步串行总线进行数据读取。

4.根据权利要求3所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述生物电检测传感器的左电极和右电极在感应到人体接触后，所述生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号，采集到的所述人体心电信号数据通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理后通过所述通用异步收发传输器接口传输到所述主控制器。

5.根据权利要求4所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述主控制器能够通过主控制器内核对传输来的信号数据再进行计算处理后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。

6.根据权利要求1-5任一项所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述监测器还包括LED指示灯和外存储卡，所述LED指示灯用于对所述主控制器的工作状态进行指示，所述外存储卡用于存储人体微循环及生理参数的监测数据或对主控制器的内存进行扩展。

7.根据权利要求1-5任一项所述的太极石服装用人体微循环及生理参数监测器，其特征在于，所述监测器还包括ANT天线，所述主控制器通过所述ANT天线与手机通信。

8.一种采用权利要求1-6任一项所述的监测器对人体微循环及生理参数进行监测的方法，包括如下步骤：

步骤S1：打开系统电源，主控制器进行初始化，由所述聚合物电池通过稳压集成电路提供各支路电压；

步骤S2：主控制器运行，打开蓝牙，通过蓝牙发送广播，手机接收广播并建立连接，同时控制处理各支路电路,并控制LED指示灯进行工作状态指示；

步骤S3：所述主控制器控制打开时钟信号模块的32MHz振荡晶体，为所述监测器的电路系统提供基准频率；

步骤S4：所述主控制器打开生物电检测传感器，所述生物电检测传感器进入等待状态；

步骤S5：人体分别接触所述生物电检测传感器的左电极和右电极；当人体接触到所述生物电检测传感器的左、右电极片时，所述生物电检测传感器的16位高精度模拟前端和低噪音放大器进行前端处理采集人体心电信号数据，采集到的人体心电信号通过放大滤波后形成的阵列小信号数据由心电处理芯片和DSP处理器计算处理，并通过接口传输到所述主控制器；

步骤S6：将经步骤S5传输至主控制器内的信号数据通过主控制器内核进行计算处理后通过BEL4.2协议传输到手机APP端绘制实时的心电图及输出心率数据、血压数据和微循环数据分析人体的心率变异信号、交感信号、副交感信号、以及微循环信号。