CN109662713B - 一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，属于医疗器材技术领域。本发明鼻导管、LoRa通信模块、控制电路板、语音报警模块；所述鼻导管连接病人鼻腔处设有两个鼻导管呼吸端口，在鼻导管呼吸端口下方设置了氧气输送量调节器，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路中的呼吸检测空气开关，右侧端口与供氧机连接端口相连；所述控制电路板包括可调稳压电源电路、单片机模块、呼吸检测电路。本发明通过呼吸检测电路获得病人呼吸状态，根据病人呼吸状态发出语音报警信号提醒看护人员，同时该设备能够通过LoRa通信与远端的医护人员进行预警，极大地节约人力成本。

Description

一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，属于医疗器材技术领域。
背景技术
氧是生命运动的第一需要，在生命中的比例占61％，其他主要成分中，氢占12％、碳占20％、氮占3％。从某种意义上说，生命就是氧化还原反应的过程，人体内整体和局部组织的缺氧是众多疾病发生、发展乃至死亡的主要原因。有研究证实，许多重大疾病如恶性肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病、老年退行性疾病以及神经精神类疾病的发生发展均与缺氧密切相关。在急危重症患者的抢救中，早几十秒、几分钟，都能有效改善患者的缺氧状态，减少损伤，挽救生命。充分的氧供是人体恢复新陈代谢、利用各种营养物质修复自我、战胜疾病的基础。病人适量吸氧用于纠正缺氧状态，提高动脉血氧分压和氧饱和度的水平，促进代谢，是辅助治疗多种疾病的重要方法之一，所以患者正常的呼吸，得到合适的氧气量显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，通过呼吸检测电路检测病人的呼吸状态，呼吸状态异常时通过单片机模块驱动语音报警模块报警，并通过LoRa通信模块发送病人呼吸异常信息给远端存储和预警提示。
本发明技术方案是：一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，包括鼻导管、LoRa通信模块2-1、控制电路板3-1、语音报警模块4-1；所述鼻导管连接病人鼻腔处设有两个鼻导管呼吸端口1-2，在鼻导管呼吸端口1-2下方设置了氧气输送量调节器1-3，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4，右侧端口与供氧机连接端口1-1相连；所述控制电路板3-1包括：可调稳压电源电路3-2、单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4；单片机模块3-3分别与语音报警模块4-1、呼吸检测电路3-4连接，单片机模块3-3与LoRa通信模块2-1通信连接，蓄电池通过可调稳压电源电路3-2后为单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4、LoRa通信模块2-1、语音报警模块4-1供电。
进一步地，所述鼻导管包括：供氧机连接端口1-1、鼻导管呼吸端口1-2、氧气输送量调节器1-3、呼吸检测空气开关1-4；其中鼻导管连接病人鼻腔处设有的两个鼻导管呼吸端口1-2是为病人提供氧气的接口，在鼻导管呼吸端口1-2下方设置的氧气输送量调节器1-3用于方便调节适合病人的氧气输送量，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4用于通过呼吸检测空气开关1-4的开闭时间来获取病人的呼吸状态，右侧端口与供氧机连接端口1-1相连用于向鼻导管内提供所需的氧气。
进一步地，所述LoRa通信模块2-1包括：ZM433SX-M射频LoRa模块U3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C10、电容C11、电容C12、电感L1、二极管D3、LoRa通信天线接口J1；电路连接方式如下：ZM433SX-M射频LoRa模块U3的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的11号引脚接R12的一端，R12的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的12号引脚接R13的一端，R13的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的13号引脚同时接C10的一端、L1的一端，C10的另一端接地，L1的另一端接3V3电源，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的14号引脚接单片机模块3-3中的STM32单片机芯片U2的15号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的15号引脚接STM32单片机芯片U2的16号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的16号引脚接STM32单片机芯片U2的17号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的17号引脚接STM32单片机芯片U2的14号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的18号引脚接STM32单片机芯片U2的13号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的19号引脚接R14的一端，R14的另一端接J1的2号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的21号引脚接C11的一端，C11的另一端同时接C12的一端、D3的正极，C12的另一端接J1的2号引脚，D3的负极接J1的1号引脚。
进一步地，所述氧气输送量调节器1-3采用CGA870医用氧气调节器。
进一步地，所述可调稳压电源电路3-2包括：LM317三端稳压器U6、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7、整流二极管D8、二极管D9、二极管D10、电阻R22、电阻R23、电阻R24、滑动电阻器R25、极性电容C20、极性电容C19、电容C21、电容C22、变压器B1；电路连接方式如下：LM317三端稳压器U6的3号引脚同时接C20的一端、C21的一端、D10的负极、D6的负极、D7的负极，C20的另一端接地，C21的另一端接地，D6的正极同时接D5的负极、B1的2号引脚，D7的正极接D8的负极、B1的4号引脚，D5的正极同时接D8的正极最后接地，B1的1号引脚、2号引脚分别接蓄电池正负极，LM317三端稳压器U6的1号引脚同时接R22的一端、R23的一端、R25的一端，R25的另一端及滑动端接地，R23的另一端同时接C22的一端、D9的正极，C22的另一端接地，LM317三端稳压器U6的2号引脚同时接D10的正极、R22的另一端、D9的负极、R24的一端，R24的另一端接C19的一端，C19的另一端接地。
进一步地，所述单片机模块3-3包括：STM32单片机芯片U2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、发光二极管D2、晶振Y1、晶振Y2、按键S2；电路连接方式如下：STM32单片机芯片U2的1号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的3号引脚同时接C4的一端、Y1的一端，C4的另一端接地，STM32单片机芯片U2的4号引脚同时接C5的一端、Y1的另一端，C5的另一端接地，STM32单片机芯片U2的5号引脚同时接R5的一端、Y2的一端、C6的一端，C6的另一端接地，STM32单片机芯片U2的6号引脚同时接R5的另一端、Y2的另一端、C7的一端，C7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的7号引脚同时接R6的一端、S2的一端、C8的一端，R6的另一端接3V3电源，S2的另一端接地，C8的另一端接地，STM32单片机芯片U2的8号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的20号引脚接R7的一端，R7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的23号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的24号引脚接地，STM32单片机芯片U2的25号引脚接R8的一端，R8的另一端接D2的正极，D2的负极接语音报警模块4-1，STM32单片机芯片U2的35号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的36号引脚接地，STM32单片机芯片U2的44号引脚接R10的一端，R10的另一端同时接C9的一端、R9的一端，R9的另一端接3V3电源，C9的另一端接地，STM32单片机芯片U2的47号引脚接R11的一端，R11的另一端接3V3电源，STM32单片机芯片U2的48号引脚接地。
进一步地，所述呼吸检测电路3-4包括：IC555单稳态脉冲发生器U1、电阻R1、滑动电阻器R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、三极管VT1、呼吸检测空气开关S1；电路连接方式如下：IC555单稳态脉冲发生器U1的7号引脚同时接R2的一端、IC555单稳态脉冲发生器U1的6号引脚、C1的一端、VT1的c端，C1的另一端接地，VT1的e端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的2号引脚同时接R1的一端、VT1的b端、S1的一端，S1的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的4号引脚同时接IC555单稳态脉冲发生器U1的8号引脚、R2的另一端及滑动端、R1的另一端、3V3电源、R3的一端，IC555单稳态脉冲发生器U1的3号引脚同时接R3的另一端、R4的一端、D1的正极，R4的另一端接地，D1的负极同时接C3的一端、单片机模块3-3的STM32单片机芯片U2的31号引脚，C3的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的1号引脚接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的5号引脚接C2的一端，C2的另一端接地。
进一步地，所述语音报警模块4-1包括：IC555芯片U4、LQ46语音芯片U5、三极管VT2、三极管VT3、扬声器DB、稳压管DW1、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21；电路连接方式如下：IC555芯片U4的7号引脚同时接IC555芯片U4的6号引脚、R15的一端、C14的一端，C14的另一端接地，IC555芯片U4的2号引脚同时接R21的一端、R16的一端、C13的一端，C13的另一端接地，R16的另一端接地，R21的另一端接单片机模块3-3的发光二极管D2的负极，IC555芯片U4的8号引脚同时接3V3电源、R15的另一端、R17的一端、D4的负极、VT3的c端、C18的一端，IC555芯片U4的1号引脚接地，IC555芯片U4的5号引脚接C15的一端，C15的另一端接地，IC555芯片U4的4号引脚同时接R17的另一端、D4的正极、C16的一端，C16的另一端接地，IC555芯片U4的3号引脚接R18的一端，R18的另一端同时接DW1的负极、R19的一端、LQ46语音芯片U5的5号引脚、LQ46语音芯片U5的8号引脚，DW1的正极接地，R19的另一端同时接LQ46语音芯片U5的3号引脚、C17的一端，C17的另一端接地，LQ46语音芯片U5的1号引脚接地，LQ46语音芯片U5的4号引脚接R20的一端，R20的另一端接VT2的b端，VT2的c端接VT3的b端，VT2的e端同时接VT3的e端、DB的一端，DB的另一端接地，C18的另一端接地。
本发明的工作原理是：该语音报警设备可以通过鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4，呼吸检测电路3-4用于检测病人呼吸状态：
若呼吸正常时，呼吸检测空气开关1-4随正常呼吸而开闭反复进行，两次呼吸的间隔时间小于C1充满电的时间，则呼吸检测电路3-4中的电容充放电不足以驱动IC555单稳态脉冲发生器，IC555单稳态脉冲发生器不会发送脉冲信号；
如果两次呼吸的间隔时间大等等于C1充满电的时间，则呼吸检测电路3-4中的电容充满电能驱动IC555单稳态脉冲发生器，IC555单稳态脉冲发生器会发送脉冲信号给单片机模块3-3；
作为本发明的进一步说明，其中呼吸检测电路3-4中电容C1充满电的时间可以通过设置呼吸检测电路3-4中的可变电阻R2的阻值来确定的；具体可以为，IC555单稳态脉冲发生器内包括比较器，电容C1所充的电压值与R2的分压电压值比较，当前时间下充满时给出高电平驱动IC555单稳态脉冲发生器，未充满时给出低电平不能驱动IC555单稳态脉冲发生器发出脉冲信号，从而确定出电容C1充满电所需的时间，此时间的确定是为了确定什么样的两次呼吸间隔时间来进行报警所设的时间阈值，即两次呼吸间隔时间异常进行报警的时间阈值即为电容C1充满电所需的时间；
单片机模块3-3接收到脉冲信号后，通过控制语音报警模块4-1发出语音报警信号提醒附近的看护人员，病人呼吸状态异常需及时抢救。同时该语音报警设备能够通过LoRa通信模块与远端的医护人员的信号接收器建立通信连接，发送病人呼吸状态异常信息给远端的医护人员的信号接收器保存以及进行预警提示，方便医师及时赶到现场进行救护和后期进行病例查询。极大地节约人力成本，保障病人吸氧恢复正常。通过两节18650电池并联而成的蓄电池经可调稳压电源电路3-2，同时为单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4、LoRa通信模块2-1、语音报警模块4-1提供稳定的电压，保障该设备正常工作。
所述呼吸检测电路3-4采用了IC555单稳态脉冲发生器，只需要少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉冲信号，并且可完成特拟定的振荡延时作用，其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载，操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜，呼吸检测空气开关1-4可以采用RPS-400-36。
本发明的有益效果是：
1、本发明可以通过呼吸检测电路中获得病人呼吸状态，若两次呼吸的间隔时间异常，将脉冲信号传给单片机模块，单片机模块通过高电平控制语音报警模块发出语音报警信号提醒看护人员，病人呼吸异常，若呼吸正常时，呼吸检测空气开关随正常呼吸而开闭反复进行，呼吸检测电路不发送脉冲信号；
2、同时本发明能够通过LoRa通信与远端的医护人员进行预警，方便医师及时赶到现场进行救护。极大地节约人力成本，保障病人吸氧恢复正常；
3、本发明为有效保证病人的生命安全提供可行方案，是物理信息融合系统底层信息采集设备在智慧医疗的较好应用，有一定的发展前景和市场需求；
4、本发明语音报警设备为实时生命特征监控提供了有效的数据，通过LoRa通信达到低功耗，传输距离长，符合智慧节能的设计理念。
附图说明
图1是本发明的鼻导管外部设计结构示意图；
图2是本发明的LoRa通信模块电路连接图；
图3是本发明的可调稳压电源电路连接图；
图4是本发明的单片机模块电路连接图；
图5是本发明的呼吸检测电路连接图；
图6是本发明的语音报警模块电路连接图；
图7是本发明的结构框图。
图1-7中各标号：1-1-供氧机连接端口、1-2-鼻导管呼吸端口、1-3-氧气输送量调节器、1-4-呼吸检测空气开关、2-1-LoRa通信模块、3-1-控制电路板、3-2-可调稳压电源电路、3-3-单片机模块、3-4-呼吸检测电路、4-1-语音报警模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-7所示，一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，包括鼻导管、LoRa通信模块2-1、控制电路板3-1、语音报警模块4-1；所述鼻导管连接病人鼻腔处设有两个鼻导管呼吸端口1-2，在鼻导管呼吸端口1-2下方设置了氧气输送量调节器1-3，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4，右侧端口与供氧机连接端口1-1相连；所述控制电路板3-1包括：可调稳压电源电路3-2、单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4；单片机模块3-3分别与语音报警模块4-1、呼吸检测电路3-4连接，单片机模块3-3与LoRa通信模块2-1通信连接，蓄电池通过可调稳压电源电路3-2后为单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4、LoRa通信模块2-1、语音报警模块4-1供电。
进一步地，所述鼻导管包括：供氧机连接端口1-1、鼻导管呼吸端口1-2、氧气输送量调节器1-3、呼吸检测空气开关1-4；其中鼻导管连接病人鼻腔处设有的两个鼻导管呼吸端口1-2是为病人提供氧气的接口，在鼻导管呼吸端口1-2下方设置的氧气输送量调节器1-3用于方便调节适合病人的氧气输送量，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4用于通过呼吸检测空气开关1-4的开闭时间来获取病人的呼吸状态，右侧端口与供氧机连接端口1-1相连用于向鼻导管内提供所需的氧气。
进一步地，所述LoRa通信模块2-1包括：ZM433SX-M射频LoRa模块U3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C10、电容C11、电容C12、电感L1、二极管D3、LoRa通信天线接口J1；电路连接方式如下：ZM433SX-M射频LoRa模块U3的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的11号引脚接R12的一端，R12的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的12号引脚接R13的一端，R13的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的13号引脚同时接C10的一端、L1的一端，C10的另一端接地，L1的另一端接3V3电源，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的14号引脚接单片机模块3-3中的STM32单片机芯片U2的15号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的15号引脚接STM32单片机芯片U2的16号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的16号引脚接STM32单片机芯片U2的17号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的17号引脚接STM32单片机芯片U2的14号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的18号引脚接STM32单片机芯片U2的13号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的19号引脚接R14的一端，R14的另一端接J1的2号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的21号引脚接C11的一端，C11的另一端同时接C12的一端、D3的正极，C12的另一端接J1的2号引脚，D3的负极接J1的1号引脚。
进一步地，所述氧气输送量调节器1-3采用CGA870医用氧气调节器。
进一步地，所述可调稳压电源电路3-2包括：LM317三端稳压器U6、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7、整流二极管D8、二极管D9、二极管D10、电阻R22、电阻R23、电阻R24、滑动电阻器R25、极性电容C20、极性电容C19、电容C21、电容C22、变压器B1；电路连接方式如下：LM317三端稳压器U6的3号引脚同时接C20的一端、C21的一端、D10的负极、D6的负极、D7的负极，C20的另一端接地，C21的另一端接地，D6的正极同时接D5的负极、B1的2号引脚，D7的正极接D8的负极、B1的4号引脚，D5的正极同时接D8的正极最后接地，B1的1号引脚、2号引脚分别接蓄电池正负极，LM317三端稳压器U6的1号引脚同时接R22的一端、R23的一端、R25的一端，R25的另一端及滑动端接地，R23的另一端同时接C22的一端、D9的正极，C22的另一端接地，LM317三端稳压器U6的2号引脚同时接D10的正极、R22的另一端、D9的负极、R24的一端，R24的另一端接C19的一端，C19的另一端接地。
进一步地，所述单片机模块3-3包括：STM32单片机芯片U2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、发光二极管D2、晶振Y1、晶振Y2、按键S2；电路连接方式如下：STM32单片机芯片U2的1号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的3号引脚同时接C4的一端、Y1的一端，C4的另一端接地，STM32单片机芯片U2的4号引脚同时接C5的一端、Y1的另一端，C5的另一端接地，STM32单片机芯片U2的5号引脚同时接R5的一端、Y2的一端、C6的一端，C6的另一端接地，STM32单片机芯片U2的6号引脚同时接R5的另一端、Y2的另一端、C7的一端，C7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的7号引脚同时接R6的一端、S2的一端、C8的一端，R6的另一端接3V3电源，S2的另一端接地，C8的另一端接地，STM32单片机芯片U2的8号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的20号引脚接R7的一端，R7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的23号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的24号引脚接地，STM32单片机芯片U2的25号引脚接R8的一端，R8的另一端接D2的正极，D2的负极接语音报警模块4-1，STM32单片机芯片U2的35号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的36号引脚接地，STM32单片机芯片U2的44号引脚接R10的一端，R10的另一端同时接C9的一端、R9的一端，R9的另一端接3V3电源，C9的另一端接地，STM32单片机芯片U2的47号引脚接R11的一端，R11的另一端接3V3电源，STM32单片机芯片U2的48号引脚接地。
进一步地，所述呼吸检测电路3-4包括：IC555单稳态脉冲发生器U1、电阻R1、滑动电阻器R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、三极管VT1、呼吸检测空气开关S1；电路连接方式如下：IC555单稳态脉冲发生器U1的7号引脚同时接R2的一端、IC555单稳态脉冲发生器U1的6号引脚、C1的一端、VT1的c端，C1的另一端接地，VT1的e端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的2号引脚同时接R1的一端、VT1的b端、S1的一端，S1的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的4号引脚同时接IC555单稳态脉冲发生器U1的8号引脚、R2的另一端及滑动端、R1的另一端、3V3电源、R3的一端，IC555单稳态脉冲发生器U1的3号引脚同时接R3的另一端、R4的一端、D1的正极，R4的另一端接地，D1的负极同时接C3的一端、单片机模块3-3的STM32单片机芯片U2的31号引脚，C3的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的1号引脚接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的5号引脚接C2的一端，C2的另一端接地。
进一步地，所述语音报警模块4-1包括：IC555芯片U4、LQ46语音芯片U5、三极管VT2、三极管VT3、扬声器DB、稳压管DW1、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21；电路连接方式如下：IC555芯片U4的7号引脚同时接IC555芯片U4的6号引脚、R15的一端、C14的一端，C14的另一端接地，IC555芯片U4的2号引脚同时接R21的一端、R16的一端、C13的一端，C13的另一端接地，R16的另一端接地，R21的另一端接单片机模块3-3的发光二极管D2的负极，IC555芯片U4的8号引脚同时接3V3电源、R15的另一端、R17的一端、D4的负极、VT3的c端、C18的一端，IC555芯片U4的1号引脚接地，IC555芯片U4的5号引脚接C15的一端，C15的另一端接地，IC555芯片U4的4号引脚同时接R17的另一端、D4的正极、C16的一端，C16的另一端接地，IC555芯片U4的3号引脚接R18的一端，R18的另一端同时接DW1的负极、R19的一端、LQ46语音芯片U5的5号引脚、LQ46语音芯片U5的8号引脚，DW1的正极接地，R19的另一端同时接LQ46语音芯片U5的3号引脚、C17的一端，C17的另一端接地，LQ46语音芯片U5的1号引脚接地，LQ46语音芯片U5的4号引脚接R20的一端，R20的另一端接VT2的b端，VT2的c端接VT3的b端，VT2的e端同时接VT3的e端、DB的一端，DB的另一端接地，C18的另一端接地。
本发明的工作原理是：该语音报警设备可以通过鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路3-4中的呼吸检测空气开关1-4，呼吸检测电路3-4用于检测病人呼吸状态：
若呼吸正常时，呼吸检测空气开关1-4随正常呼吸而开闭反复进行，两次呼吸的间隔时间小于C1充满电的时间，则呼吸检测电路3-4中的电容充放电不足以驱动IC555单稳态脉冲发生器，IC555单稳态脉冲发生器不会发送脉冲信号；
如果两次呼吸的间隔时间大等等于C1充满电的时间，则呼吸检测电路3-4中的电容充满电能驱动IC555单稳态脉冲发生器，IC555单稳态脉冲发生器会发送脉冲信号给单片机模块3-3；
作为本发明的进一步说明，其中呼吸检测电路3-4中电容C1充满电的时间可以通过设置呼吸检测电路3-4中的可变电阻R2的阻值来确定的；具体可以为，IC555单稳态脉冲发生器内包括比较器，电容C1所充的电压值与R2的分压电压值比较，当前时间下充满时给出高电平驱动IC555单稳态脉冲发生器，未充满时给出低电平不能驱动IC555单稳态脉冲发生器发出脉冲信号，从而确定出电容C1充满电所需的时间，此时间的确定是为了确定什么样的两次呼吸间隔时间来进行报警所设的时间阈值，即两次呼吸间隔时间异常进行报警的时间阈值即为电容C1充满电所需的时间；
单片机模块3-3接收到脉冲信号后，通过控制语音报警模块4-1发出语音报警信号提醒附近的看护人员，病人呼吸状态异常需及时抢救。同时该语音报警设备能够通过LoRa通信模块与远端的医护人员的信号接收器建立通信连接，发送病人呼吸状态异常信息给远端的医护人员的信号接收器保存以及进行预警提示，方便医师及时赶到现场进行救护和后期进行病例查询。极大地节约人力成本，保障病人吸氧恢复正常。通过两节18650电池并联而成的蓄电池经可调稳压电源电路3-2，同时为单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4、LoRa通信模块2-1、语音报警模块4-1提供稳定的电压，保障该设备正常工作。
图2中，单片机模块3-3与LoRa芯片的六个引脚进行串口通信，再由天线端口放送出通信信号；
图3蓄电池经过变压器得到所需的电压值，经过二极管整流、电容滤波以及lm317稳压，得到稳定电压，其中R25调节电阻可得到不同的电压值；
图5中呼吸检测空气开关S1通过病人呼吸后引起开闭状态，使得电容充放电，当病人呼吸异常使得呼吸间隔过长，电容充电达到驱动IC555单稳态脉冲发生器，IC555单稳态脉冲发生器发出脉冲信号给单片机模块3-3，单片机模块3-3接收到此脉冲信号后，单片机模块3-3发送高电平控制语音报警模块4-1发出语音报警，提醒工作人员病人呼吸异常；
图6语音报警模块4-1收到单片机模块3-3的高电平时，IC555芯片驱动发送脉冲信号，给LQ46语音芯片，使得正常发出语音信号；
所述控制电路板3-1包括：可调稳压电源电路3-2、单片机模块3-3、呼吸检测电路3-4；
所述可调稳压电源电路3-2采用了LM317三段可调节输出正电压稳压器，非常易于使用，通过内部限流、热关断和安全工作区补偿来防止烧断用电保险丝。
所述单片机模块3-3可以采用ARM公司的Cortex-M3架构的STM32F103系列单片机，价格便宜，功耗较低。
所述呼吸检测电路3-4采用了IC555单稳态脉冲发生器，只需要少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉冲信号，并且可完成特拟定的振荡延时作用，其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载，操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜，呼吸检测空气开关1-4可以采用RPS-400-36。
本发明通过LoRa通信模块可以与LoRa网关通信，相应的网关基站再与医护人员建立联系，医护人员实时获取当时病房中病人呼吸状态异常信息进行保存以及预警提示，得到异常信息，医护人员做出相应的急救护措施。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于LoRa远端通信应对病人呼吸异常的语音报警设备，其特征在于：包括鼻导管、LoRa通信模块（2-1）、控制电路板（3-1）、语音报警模块（4-1）；所述鼻导管连接病人鼻腔处设有两个鼻导管呼吸端口（1-2），在鼻导管呼吸端口（1-2）下方设置了氧气输送量调节器（1-3），鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路（3-4）中的呼吸检测空气开关（1-4），右侧端口与供氧机连接端口（1-1）相连；所述控制电路板（3-1）包括：可调稳压电源电路（3-2）、单片机模块（3-3）、呼吸检测电路（3-4）；单片机模块（3-3）分别与语音报警模块（4-1）、呼吸检测电路（3-4）连接，单片机模块（3-3）与LoRa通信模块（2-1）通信连接，蓄电池通过可调稳压电源电路（3-2）后为单片机模块（3-3）、呼吸检测电路（3-4）、LoRa通信模块（2-1）、语音报警模块（4-1）供电；
所述鼻导管包括：供氧机连接端口（1-1）、鼻导管呼吸端口（1-2）、氧气输送量调节器（1-3）、呼吸检测空气开关（1-4）；其中鼻导管连接病人鼻腔处设有的两个鼻导管呼吸端口（1-2）是为病人提供氧气的接口，在鼻导管呼吸端口（1-2）下方设置的氧气输送量调节器（1-3）用于方便调节适合病人的氧气输送量，鼻导管的末端左侧端口设置有呼吸检测电路（3-4）中的呼吸检测空气开关（1-4）用于通过呼吸检测空气开关（1-4）的开闭时间来获取病人的呼吸状态，右侧端口与供氧机连接端口（1-1）相连用于向鼻导管内提供所需的氧气；
所述LoRa通信模块（2-1）包括：ZM433SX-M射频LoRa模块U3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C10、电容C11、电容C12、电感L1、二极管D3、LoRa通信天线接口J1；电路连接方式如下：ZM433SX-M射频LoRa模块U3的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的11号引脚接R12的一端，R12的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的12号引脚接R13的一端，R13的另一端接地，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的13号引脚同时接C10的一端、L1的一端，C10的另一端接地，L1的另一端接3V3电源，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的14号引脚接单片机模块（3-3）中的STM32单片机芯片U2的15号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的15号引脚接STM32单片机芯片U2的16号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的16号引脚接STM32单片机芯片U2的17号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的17号引脚接STM32单片机芯片U2的14号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的18号引脚接STM32单片机芯片U2的13号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的19号引脚接R14的一端，R14的另一端接J1的2号引脚，ZM433SX-M射频LoRa模块U3的21号引脚接C11的一端，C11的另一端同时接C12的一端、D3的正极，C12的另一端接J1的2号引脚，D3的负极接J1的1号引脚；
所述氧气输送量调节器（1-3）采用CGA870医用氧气调节器；
所述可调稳压电源电路（3-2）包括：LM317三端稳压器U6、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7、整流二极管D8、二极管D9、二极管D10、电阻R22、电阻R23、电阻R24、滑动电阻器R25、极性电容C20、极性电容C19、电容C21、电容C22、变压器B1；电路连接方式如下：LM317三端稳压器U6的3号引脚同时接C20的一端、C21的一端、D10的负极、D6的负极、D7的负极，C20的另一端接地，C21的另一端接地，D6的正极同时接D5的负极、B1的2号引脚，D7的正极接D8的负极、B1的4号引脚，D5的正极同时接D8的正极最后接地，B1的1号引脚、2号引脚分别接蓄电池正负极，LM317三端稳压器U6的1号引脚同时接R22的一端、R23的一端、R25的一端，R25的另一端及滑动端接地，R23的另一端同时接C22的一端、D9的正极，C22的另一端接地，LM317三端稳压器U6的2号引脚同时接D10的正极、R22的另一端、D9的负极、R24的一端，R24的另一端接C19的一端，C19的另一端接地；
所述单片机模块（3-3）包括：STM32单片机芯片U2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、发光二极管D2、晶振Y1、晶振Y2、按键S2；电路连接方式如下：STM32单片机芯片U2的1号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的3号引脚同时接C4的一端、Y1的一端，C4的另一端接地，STM32单片机芯片U2的4号引脚同时接C5的一端、Y1的另一端，C5的另一端接地，STM32单片机芯片U2的5号引脚同时接R5的一端、Y2的一端、C6的一端，C6的另一端接地，STM32单片机芯片U2的6号引脚同时接R5的另一端、Y2的另一端、C7的一端，C7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的7号引脚同时接R6的一端、S2的一端、C8的一端，R6的另一端接3V3电源，S2的另一端接地，C8的另一端接地，STM32单片机芯片U2的8号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的20号引脚接R7的一端，R7的另一端接地，STM32单片机芯片U2的23号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的24号引脚接地，STM32单片机芯片U2的25号引脚接R8的一端，R8的另一端接D2的正极，D2的负极接语音报警模块（4-1），STM32单片机芯片U2的35号引脚接3V3电源，STM32单片机芯片U2的36号引脚接地，STM32单片机芯片U2的44号引脚接R10的一端，R10的另一端同时接C9的一端、R9的一端，R9的另一端接3V3电源，C9的另一端接地，STM32单片机芯片U2的47号引脚接R11的一端，R11的另一端接3V3电源，STM32单片机芯片U2的48号引脚接地；
所述呼吸检测电路（3-4）包括：IC555单稳态脉冲发生器U1、电阻R1、滑动电阻器R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、三极管VT1、呼吸检测空气开关S1；电路连接方式如下：IC555单稳态脉冲发生器U1的7号引脚同时接R2的一端、IC555单稳态脉冲发生器U1的6号引脚、C1的一端、VT1的c端，C1的另一端接地，VT1的e端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的2号引脚同时接R1的一端、VT1的b端、S1的一端，S1的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的4号引脚同时接IC555单稳态脉冲发生器U1的8号引脚、R2的另一端及滑动端、R1的另一端、3V3电源、R3的一端，IC555单稳态脉冲发生器U1的3号引脚同时接R3的另一端、R4的一端、D1的正极，R4的另一端接地，D1的负极同时接C3的一端、单片机模块（3-3）的STM32单片机芯片U2的31号引脚，C3的另一端接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的1号引脚接地，IC555单稳态脉冲发生器U1的5号引脚接C2的一端，C2的另一端接地；
所述语音报警模块（4-1）包括：IC555芯片U4、LQ46语音芯片U5、三极管VT2、三极管VT3、扬声器DB、稳压管DW1、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21；电路连接方式如下：IC555芯片U4的7号引脚同时接IC555芯片U4的6号引脚、R15的一端、C14的一端，C14的另一端接地，IC555芯片U4的2号引脚同时接R21的一端、R16的一端、C13的一端，C13的另一端接地，R16的另一端接地，R21的另一端接单片机模块（3-3）的发光二极管D2的负极，IC555芯片U4的8号引脚同时接3V3电源、R15的另一端、R17的一端、D4的负极、VT3的c端、C18的一端，IC555芯片U4的1号引脚接地，IC555芯片U4的5号引脚接C15的一端，C15的另一端接地，IC555芯片U4的4号引脚同时接R17的另一端、D4的正极、C16的一端，C16的另一端接地，IC555芯片U4的3号引脚接R18的一端，R18的另一端同时接DW1的负极、R19的一端、LQ46语音芯片U5的5号引脚、LQ46语音芯片U5的8号引脚，DW1的正极接地，R19的另一端同时接LQ46语音芯片U5的3号引脚、C17的一端，C17的另一端接地，LQ46语音芯片U5的1号引脚接地，LQ46语音芯片U5的4号引脚接R20的一端，R20的另一端接VT2的b端，VT2的c端接VT3的b端，VT2的e端同时接VT3的e端、DB的一端，DB的另一端接地，C18的另一端接地。
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