CN109907746A - 一种可采集紫外线与心电信号的健康手环及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可采集紫外线与心电信号的健康手环及其使用方法，包括手环本体，包括设置在手环本体上的集成系统；还包括传感器模块，所述传感器模块用于采集手环运动数据、紫外线信号和人体的脉搏波信号；所述传感器模块至少包括一个加速度传感器，所述加速度用于采集手环的运动数据包括晃动、跌落、上升、下降的动作；所述集成系统内包括有蓝牙、微控单元，所述集成系统通过蓝牙与移动终端通信实现数据传输，所述微控单元用于接收传感器模块信息；所述微控单元接收到加速度传感器和心电信号，计算佩戴者的运动步数、能量消耗和睡眠状态。具有紫外线、心率、运动数据、脉搏波监测信号，从而对佩戴者进行心情与能量的预测，而且测量结果精准。
Description
技术领域
本发明涉及智能穿戴技术领域，具体为一种可采集紫外线与心电信号的健康手环及其使用方法。
背景技术
智能手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环，用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板、ipod touch同步，起到通过数据指导健康生活的作用。智能手环作为目前备受用户关注的科技产品，其拥有的强大功能正悄无声息地渗透和改变人们的生活。其内置的电池可以坚持10天，振动马达非常实用，简约的设计风格也可以起到饰品的装饰作用。
“防病于未病”的理念近几年来逐渐获得了国人的认同，通过可穿戴设备进行生理数据监测成为了健康管理的一种趋势。人体健康数据具有极高的潜在价值，可穿戴设备作为人体健康数据的理想入口，在大数据时代价值更是被凸显出来，可穿戴设备也在这样的背景下实现了高速发展。。
专业人士分析指出，大多数情况下，只有在心脏不舒服的时候，心脏电信号才会有异常表现。
阳光紫外线的增加对人类健康有严重的危害作用。潜在的危险包括引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病。现有的智能手环功能单一，而且无法全面的获取佩戴者的身体状况，测量不精准导致智能手环只是停留在概念阶段；另外，大多数智能手环虽然能与移动设备进行配对，但是在数据分析上没有开展到对人体健康监测。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种可采集紫外线与心电信号的健康手环及其使用方法，功能全，还具有紫外线、心率、运动数据、脉搏波监测信号，从而对佩戴者进行心情与能量的预测，而且测量结果精准，能够全面对佩戴者进行健康监测。可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，包括手环本体，包括设置在手环本体上的集成系统；
还包括
传感器模块，所述传感器模块用于采集手环运动数据、紫外线信号和人体的脉搏波信号；所述传感器模块至少包括一个加速度传感器，所述加速度用于采集手环的运动数据包括晃动、跌落、上升、下降的动作；
所述集成系统内包括有蓝牙、微控单元，所述集成系统通过蓝牙与移动终端通信实现数据传输，所述微控单元用于接收传感器模块信息；
心电电极，所述心电电极用于采集人体的心电信号，所述心电电极通过心电专用芯片将从心电电极采集过来的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大处理后输出至集成系统的微控单元；
所述微控单元接收到加速度传感器和心电信号，对数据进行分析处理，计算佩戴者的运动步数、能量消耗和睡眠状态。
作为本发明一种优选的技术方案，所述集成系统内设置有模拟前端和存储单元，所述存储单元对微控单元初始化数据、接收和处理的传感器数据、与移动终端的通信数据进行存储记忆；所述模拟前端用于处理传感器模块光学信号输入的模拟信号，对其进行数字化及分析处理。
作为本发明一种优选的技术方案，所述传感器模块还包括光学传感器，光学传感器对人体的脉搏波的信号采集；
所述光学传感器由绿光、红光、红外三颗LED灯和一个光电接收管组成，当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元。
作为本发明一种优选的技术方案，所述心电电极设置有两个，均采用不锈钢材料制成；其中一个心电电极设置于手环本体底部用于接触手腕，另一个心电电极设置于手环本体上方，当另一只手的手指接触本体上方的心电电极即采集人体的心电信号；所述心电专用芯片采用TI专用医疗心电芯片,将从心电电极采集的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大的处理后输出至集成系统的微控单元。
作为本发明一种优选的技术方案，所述传感器模块还包括紫外线传感器，所述紫外线传感器通过光伏模式或使用光敏元件的光导模式将环境光中的紫外线信号转换为可测量的电信号，通过传输接口送至微控单元处理。
作为本发明一种优选的技术方案，所述集成系统通过电池进行供电，手环本体上设置有充电管理模块，将电池电压经过电源降压芯片降压后提供集成系统正常工作电压，当电池电量低时，外接5V电源对电池进行充电，通过电量监测端口实时监测电池电量。
作为本发明一种优选的技术方案，所述手环本体上还设置有滤波器，所述滤波器设置在蓝牙模块与手环本体的天线之间，防止外电波的干扰，保证蓝牙与移动终端正常连接，微控单元与移动终端正常通信。
一种可采集紫外线与心电信号的健康手环的使用方法，其特征在于：
第一步，初始阶段：将手环本体佩戴在手腕上，通过蓝牙与移动终端进行配对，使得配对的移动终端与微控单元进行通信；
第二步，数据测量阶段，对使用者佩戴的手环本体测量的各项数据进行采集：
第三步，分析阶段：移动终端可定时开启或关闭脉搏波测量，通过微控单元对脉搏波数据的分析，将一定时间内的脉搏波数据传输到移动终端，同时，结合心电电极数据、紫外光数据和运动数据了解使用者的运动步数、能量消耗、睡眠状态，并实时了解使用者心情与能量消耗。
作为本发明一种优选的技术方案，第二步测量阶段具体为：
心电信号测量：将戴有手环的手平放在桌面上，利用移动终端控制心电电极工作，然后另一只手指食指按到手环正面的电极上，保持放松直到测量完成，心电电极对使用者进行心电信号测量；
紫外光测量：将手环本体置于阳光下面，正面朝上，让紫外线传感器接触到阳光，经过微控单元处理后传输到移动终端上实时显示相应的紫外线指数；
脉搏波测量：当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元,光学传感器对人体的脉搏波的信号采集，传输到移动终端实时显示脉搏波值；
运动数据：利用加速度传感器对手环本体晃动、跌落、上升、下降的移动变化数据，数据通过通信接口输出至集成系统进行分析处理；
作为本发明一种优选的技术方案，当紫外光指数测量值大于设定的紫外线阈值时，移动终端进行提醒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
功能全，还具有紫外线、心率、运动数据、脉搏波监测信号，从而对佩戴者进行心情与能量的预测，而且测量结果精准，能够全面对佩戴者进行健康监测。
附图说明
图1为本发明手环本体上的各模块信号连接示意图；
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做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。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，包括手环本体，包括设置在手环本体上的集成系统；
还包括
传感器模块，所述传感器模块用于采集手环运动数据、紫外线信号和人体的脉搏波信号；所述传感器模块至少包括一个加速度传感器，所述加速度用于采集手环的运动数据包括晃动、跌落、上升、下降的动作；能够获取佩戴者的运动数据；
所述集成系统内包括有蓝牙、微控单元，所述集成系统通过蓝牙与移动终端通信实现数据传输，所述微控单元用于接收传感器模块信息；
心电电极，所述心电电极用于采集人体的心电信号，所述心电电极通过心电专用芯片将从心电电极采集过来的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大处理后输出至集成系统的微控单元；
所述微控单元接收到加速度传感器和心电信号，对数据进行分析处理，计算佩戴者的运动步数、能量消耗和睡眠状态，实际上，手环本体还可以采集紫外线指数和脉搏波信号，实时监控佩戴者的健康。
优选的，所述集成系统内设置有模拟前端和存储单元，所述存储单元对微控单元初始化数据、接收和处理的传感器数据、与移动终端的通信数据进行存储记忆；所述模拟前端用于处理传感器模块光学信号输入的模拟信号，对其进行数字化及分析处理。数字化的信号测量，使得测量结果更精准，且集成化的设计使得占用空间小，手环本体功能进一步完善。
优选的，所述传感器模块还包括光学传感器，光学传感器对人体的脉搏波的信号采集；实时了解佩戴者的脉搏信号，对于监测健康很有必要。
所述光学传感器由绿光、红光、红外三颗LED灯和一个光电接收管组成，当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元。
优选的，所述心电电极设置有两个，均采用不锈钢材料制成；其中一个心电电极设置于手环本体底部用于接触手腕，另一个心电电极设置于手环本体上方，当另一只手的手指接触本体上方的心电电极即采集人体的心电信号；所述心电专用芯片采用TI专用医疗心电芯片,将从心电电极采集的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大的处理后输出至集成系统的微控单元。数字化测量结果精准，手环采用TI专用医疗心电芯片通过专用电极采集人体的心电信号,通过移动终端获取数据，与此同时可以在移动终端上下载App，移动终端才有手机或者平板电脑，通过手机或平板电脑上的App向用户展示实测的心电图，并上传到与移动终端连接的服务器进行分析。
优选的，所述传感器模块还包括紫外线传感器，所述紫外线传感器通过光伏模式或使用光敏元件的光导模式将环境光中的紫外线信号转换为可测量的电信号，通过传输接口送至微控单元处理。手环采用芯科推出的新一代光学传感器，具有测量范围宽和灵敏度高等特点，实现紫外线指数等级的精确测量，从而帮助人们评估阳光强度和阻止皮肤受到伤害。
优选的，所述集成系统通过电池进行供电，手环本体上设置有充电管理模块，将电池电压经过电源降压芯片降压后提供集成系统正常工作电压，当电池电量低时，外接5V电源对电池进行充电，通过电量监测端口实时监测电池电量。
优选的，所述手环本体上还设置有滤波器，所述滤波器设置在蓝牙模块与手环本体的天线之间，防止外电波的干扰，保证蓝牙与移动终端正常连接，微控单元与移动终端正常通信。
一种可采集紫外线与心电信号的健康手环的使用方法，其特征在于：
第一步，初始阶段：将手环本体佩戴在手腕上，通过蓝牙与移动终端进行配对，使得配对的移动终端与微控单元进行通信；
第二步，数据测量阶段，对使用者佩戴的手环本体测量的各项数据进行采集：
第三步，分析阶段：移动终端可定时开启或关闭脉搏波测量，通过微控单元对脉搏波数据的分析，将一定时间内的脉搏波数据传输到移动终端，同时，结合心电电极数据、紫外光数据和运动数据了解使用者的运动步数、能量消耗、睡眠状态，并实时了解使用者心情与能量消耗。
优选的，第二步测量阶段具体为：
心电信号测量：将戴有手环的手平放在桌面上，利用移动终端控制心电电极工作，然后另一只手指食指按到手环正面的电极上，保持放松直到测量完成，心电电极对使用者进行心电信号测量；
紫外光测量：将手环本体置于阳光下面，正面朝上，让紫外线传感器接触到阳光，经过微控单元处理后传输到移动终端上实时显示相应的紫外线指数；
脉搏波测量：当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元,光学传感器对人体的脉搏波的信号采集，传输到移动终端实时显示脉搏波值；
运动数据：利用加速度传感器对手环本体晃动、跌落、上升、下降的移动变化数据，数据通过通信接口输出至集成系统进行分析处理；
优选的，当紫外光指数测量值大于设定的紫外线阈值时，移动终端进行提醒。
本发明的工作原理：手环实用功能、功能全，还具有血压、心率、计步、呼吸、睡眠、血氧监测功能。手环采用高集成度Cortex-M3蓝牙芯片，外接专用医疗心电芯片、两个光学传感器，金属电极、加速度传感器，通加相应接口采集人体信息。手环通过心电信号与脉博波信号相结合进行分析，输出人体的健康信息，将手环本体佩戴在手腕上，通过蓝牙与移动终端进行配对，使得配对的移动终端与微控单元进行通信；数据测量阶段，对使用者佩戴的手环本体测量的各项数据进行采集：移动终端可定时开启或关闭脉搏波测量，通过微控单元对脉搏波数据的分析，将一定时间内的脉搏波数据传输到移动终端，同时，结合心电电极数据、紫外光数据和运动数据了解使用者的运动步数、能量消耗、睡眠状态，并实时了解使用者心情与能量消耗，当使用者位于紫外线指数高的区域，提醒使用者原理该区域，保证使用者不受紫外线伤害；可以通过移动终端设置手环本体内的微控单元初始化，每隔一段时间对测量的数据进行统计若该时间内心电电极数据正常、紫外线指数正常、运动数据显示使用者运动充分、脉搏波该段时间内处于正常，则表示使用者的处于运动状态，心情良好，移动终端提醒使用者继续保持，若是晚间，心电电极数据正常、紫外线指数低、运动数据显示使用者未运动、脉搏波该段时间内处于正常，则表示睡眠良好。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，包括手环本体，其特征在于：包括设置在手环本体上的集成系统；
还包括
传感器模块，所述传感器模块用于采集手环运动数据、紫外线信号和人体的脉搏波信号；所述传感器模块至少包括一个加速度传感器，所述加速度用于采集手环的运动数据包括晃动、跌落、上升、下降的动作；
所述集成系统内包括有蓝牙、微控单元，所述集成系统通过蓝牙与移动终端通信实现数据传输，所述微控单元用于接收传感器模块信息；
心电电极，所述心电电极用于采集人体的心电信号，所述心电电极通过心电专用芯片将从心电电极采集过来的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大处理后输出至集成系统的微控单元；
所述微控单元接收到加速度传感器和心电信号，对数据进行分析处理，计算佩戴者的运动步数、能量消耗和睡眠状态。
2.根据权利要求1所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述集成系统内设置有模拟前端和存储单元，所述存储单元对微控单元初始化数据、接收和处理的传感器数据、与移动终端的通信数据进行存储记忆；所述模拟前端用于处理传感器模块光学信号输入的模拟信号，对其进行数字化及分析处理。
3.根据权利要求2所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述传感器模块还包括光学传感器，光学传感器对人体的脉搏波的信号采集；
所述光学传感器由绿光、红光、红外三颗LED灯和一个光电接收管组成，当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元。
4.根据权利要求3所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述心电电极设置有两个，均采用不锈钢材料制成；其中一个心电电极设置于手环本体底部用于接触手腕，另一个心电电极设置于手环本体上方，当另一只手的手指接触本体上方的心电电极即采集人体的心电信号；所述心电专用芯片采用TI专用医疗心电芯片,将从心电电极采集的心电模拟信号经过模拟转数字、信号放大的处理后输出至集成系统的微控单元。
5.根据权利要求3所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述传感器模块还包括紫外线传感器，所述紫外线传感器通过光伏模式或使用光敏元件的光导模式将环境光中的紫外线信号转换为可测量的电信号，通过传输接口送至微控单元处理。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述集成系统通过电池进行供电，手环本体上设置有充电管理模块，将电池电压经过电源降压芯片降压后提供集成系统正常工作电压，当电池电量低时，外接5V电源对电池进行充电，通过电量监测端口实时监测电池电量。
7.根据权利要求1-5任一所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环，其特征在于：所述手环本体上还设置有滤波器，所述滤波器设置在蓝牙模块与手环本体的天线之间，防止外电波的干扰，保证蓝牙与移动终端正常连接，微控单元与移动终端正常通信。
8.根据权利要求1所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环的使用方法，其特征在于：
第一步，初始阶段：将手环本体佩戴在手腕上，通过蓝牙与移动终端进行配对，使得配对的移动终端与微控单元进行通信；
第二步，数据测量阶段，对使用者佩戴的手环本体测量的各项数据进行采集：
第三步，分析阶段：移动终端可定时开启或关闭脉搏波测量，通过微控单元对脉搏波数据的分析，将一定时间内的脉搏波数据传输到移动终端，同时，结合心电电极数据、紫外光数据和运动数据了解使用者的运动步数、能量消耗、睡眠状态，并实时了解使用者心情与能量消耗。
9.根据权利要求8所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环的使用方法，其特征在于：第二步测量阶段具体为：
心电信号测量：将戴有手环的手平放在桌面上，利用移动终端控制心电电极工作，然后另一只手指食指按到手环正面的电极上，保持放松直到测量完成，心电电极对使用者进行心电信号测量；
紫外光测量：将手环本体置于阳光下面，正面朝上，让紫外线传感器接触到阳光，经过微控单元处理后传输到移动终端上实时显示相应的紫外线指数；
脉搏波测量：当三颗LED灯射向皮肤，因血液流动而产生的光散射，透过皮肤组织反射回的光被光电接收管接收并转换成模拟电信号，送到集成系统内的模拟前端进行处理，处理后的数据送至微控单元,光学传感器对人体的脉搏波的信号采集，传输到移动终端实时显示脉搏波值；
运动数据：利用加速度传感器对手环本体晃动、跌落、上升、下降的移动变化数据，数据通过通信接口输出至集成系统进行分析处理。
10.根据权利要求9所述的一种可采集紫外线与心电信号的健康手环的使用方法，其特征在于：当紫外光指数测量值大于设定的紫外线阈值时，移动终端进行提醒。
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