CN110840415A - 一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置。在柔性基板面的一面设计安装表贴式温度传感器、无线蓝牙采集处理传输系统芯片电路、电池，同时在柔性基板设计加工出蓝牙天线；柔性基板的另一面包含能快速传到热量的金属面，此金属面与温度传感器的热敏部位紧密接触，还包含或配有能够贴装在腋下皮肤胶带。具有一定柔性的无线测温传感器可贴在腋下皮肤处，透过其一体化的无线装置与手机进行无线通信，实时连续或间断地采集人体体温信息。手机的APP软件可以控制体温测试的开启、体温阈值点报警、曲线轨迹的记录回放等功能。

Description

一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置
技术领域
本发明涉及一种体温测量结构的无线监测装置，尤其是一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置。
背景技术
当前，随着智能终端的普及以及物联网的广泛应用，与之结合的各类智能传感器正现住地改变人们生活。尤其是有关穿戴式体感网的发展，开启了对人体健康生理参数和移动式采集方式的巨大的市场需求。
传统的电子笔式样的体温计有许多缺点，主要表现为测体温不方便，需要在腋下较长时间夹住，位置和肢体的活动都会带来体温测量的误差。对婴幼儿的体温测量的准确性尤其把握不准，多次重复操作带来许多不便，尤其夜间发烧时的测体温会严重影响夜间大人和孩子的休息睡眠。
为此，近年来许多发明者提出了穿戴式测体温的各种方式和构造，如背心式、佩戴时等。这几种方案，都有以下三个缺点，第一、人体肢体活动时体积大、腋下皮肤的异物感强；第二、肢体抬起或运动时都会露出增加外部空气的流动性，引起体温测量的波动；第三、测温接触点容易变动，很难做到传感器与皮肤一直固定接触，也会影响体温测量精度。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
因此，本发明针对上述需求，创新性地设计一种满足体温测量小型便捷化、准确和低成本需要，设计成将柔性基板(包含天线)、传感器芯片、无线传输芯片与电池的一体化皮肤贴式的集成结构。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
具体的，根据本发明的一个方面，本发明公开了一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，包括：
柔性基板、基板器件连接线以及基板上的无线天线、温度传感器芯片、无线通信芯片、电池(包括可充电电池)以及接口电路、热传导片及连接通孔；
其中，在柔性基板面的一面(A面)设计安装表贴式温度传感器、无线采集处理传输系统芯片电路、电池；柔性基板的另一面(B面)有皮肤温度传导片，柔性基板B面通过涂上粘胶或外添式皮肤贴，接触到人体腋下皮肤上，柔性基板实现各芯片和电池的互联互通；同时在柔性基板上设计加工出一体化无线天线，通过无线通信芯片的天线，实现与手机等无线信号终端的信号采集和传输。
优选的，所述在柔性基板面的一面(A面)上的芯片及部件安装后，喷涂或刷上一层防止湿气水分保护胶，也可以在A面覆盖一层防水膜。
优选的，所述电池(包括刚性和柔性电池)，通过柔性基板制作成柔性充电接口，实现与外部连接充电。
优选的，所述含有粘胶的柔性基板的B面涂敷粘胶，粘接胶有可撕下的一层保护膜。
优选的，在所述柔性基板配合采用双面皮肤贴胶片，一面接触柔性基板。
优选的，在所述的无线通信芯片可以选择近蓝牙、NFC、WiFi、NB-Iot、RoLa、 GPRS等其中之一进行通信；
优选的，所述体温数据可采用间歇式数据采集方式，采集时间间隔的可以在体温贴芯片中预先设置好，也可以通过手机等终端软件，如APP软件进行控制。
本发明的优点在于：本发明利用廉价的柔性电路基板为基础，结合可便捷使用的皮肤贴，设计出了一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，这种结构体积小、成本低、皮肤体感好、使用方便(可多次使用)。与皮肤接触紧密，不受穿戴状态影响，测体温精度高。与无线终端结合，可以通过无线终端APP自由设置，可实现定点或间歇式体温测量，节省功耗。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1(a)、(b)、(c)为一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置的体温采集部分俯视图、侧视图、仰视图；
图2为一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的形象外观示意图；
图3为一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置的系统信号采集、通信传输搜索与控制示意图；
图4为一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置的系统软件管理与流程机制示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
不论现在的背心穿戴式、手腕式、肩膀跨接式等人体体温测试，都没有考虑减小腋下皮肤的异物感；没有考虑肢体运动时都会露出增加外部空气的流动性，引起体温测量的波动；没有考虑测温接触点容易变动，很难做到传感器与皮肤一直固定接触保温，也会影响体温测量精度。
本公开具有便利付着、更简单可操作，同时成本更低、体积更小特点。
柔性基板利用、芯片面积减小以及小型化可充电电池的发展，使制作皮肤贴式的体温传感器成为可能。本发明其中皮肤贴在重复可利用方面也有其优点。柔性基板上芯片与电池可长久使用，每次重新使用时，只需更换两面胶片即可，节省了开支，随身携带非常方便，尤其在夜间不影响婴幼儿睡眠，只需简单贴在腋下即可，测量结果可以通过无线方式传递到手机并记下体温的随时间变化曲线，为家长安心掌握体温数据提供依据。
本发明基于上述思想，在柔性基板面的一面设计安装表贴式温度传感器、无线蓝牙采集处理传输系统芯片电路、电池，同时在柔性基板设计加工出蓝牙天线；柔性基板的另一面包含能快速传到热量的金属面，此金属面与温度传感器的热敏部位紧密接触，还包含或配有能够贴装在腋下皮肤胶带。具有一定柔性的无线测温传感器可贴在腋下皮肤处，通过其一体化结构的无线装置与移动终端等进行无线通信，实时连续或间断地采集人体体温信息。手机的APP软件可以控制体温测试的开启、体温阈值点报警、曲线轨迹的记录回放等功能。
本发明在考虑了功耗、成本、传输距离等多因素，在多种通信方式及芯片中，选择蓝牙通信为例展开说明。蓝牙4.0温度的监测应用包含了核心处理器，成本相对低廉。该发明主要通过驱动传感器，以读取人体温度数据，并基于硬件电路的数据交互程序，实现低功耗蓝牙与的数据交互、显示和控制。
如图1所示，图1是一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置的体温采集部分示意图，本发明的意图是在柔性基板1-1的A面表贴测温传感器芯片2-1、无线通信芯片2-2和片状电池2-4，在柔性基板上设计加工天线2-3；芯片间的信号线与电源线在柔性基板上完成互联(由于这是基板的最基本功能，所以未做标识)。在柔性基板1-1的B面，设计了能快速传导热量的热传导片1-2，此热传导片1-2一般用基板金属片构成，与A面的温度传感器芯片2-1的测温部分(热敏头)通过柔性基板通孔紧密接触，热传导片1-2的外表面与皮肤接触。此外我们知道，腋下皮肤处汗水较多，为此在柔性基板面 1-1的一面(A面)上的芯片及部件安装后，可以喷涂或刷上一层防止湿气水分保护胶，也可以在A面覆盖一层防水膜4-1，防止人体汗液湿气侵入芯片、防止柔性基板上器件的电气短路。
为了实现本公开所描述的皮肤贴式的最基本功能，含有粘胶的柔性基板1-1 的B面涂敷粘胶可与皮肤亲密接触，粘接胶片上有一层保护膜，撕掉后可将该装置贴在皮肤腋下等处，即可使用。
此外，要强调的是，为了该装置的多次重复使用，我们引入了双面胶带的皮肤贴3-1作为该结构的改良部分，该皮肤贴胶片3-1是一个中间平面镂空结构3-2的环形双面都涂敷有粘胶及保护膜的胶片，一面接触柔性基板，另一面贴在腋下可以较好地使导热片1-2接触皮肤。因此每次使用只需更换此一次性的双面胶带即可。
电池2-4可采用刚性电池，也可以采用柔性电池，电池通过柔性基板制作成柔性充电接口，实现外部充电。柔性可充电电池可减小腋下皮肤的异物感。
我们在设计制作一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置的时候，可根据应用需求，无线通信方式根据功耗、工作时间和数据传输距离的要求，可以选择近蓝牙、NFC、WiFi、NB-Iot、RoLa、GPRS等其中之一的通信方式。下面就公开发明，选择在实际较多应用的蓝牙4.0版本芯片为例对此公开的发明申请配以实施例加以说明。
实施例
在本发明的系统实际设计中，在柔性基板1-1的A面传感器芯片2-1、蓝牙芯片2-3采购封装好的芯片和片状电池2-4，标贴在A面表面，传感器芯片通过导热片1-2接触到人体皮肤，其结构如图1所示，图2是图1的形象外观示意图。本实时案例选择低功耗的无线芯片2-3的蓝牙4.0芯片作为无线传输方式，应用包含了蓝牙中的核心处理部分和传输，该发明主要通过驱动传感器，以读取人体温度数据，并基于硬件电路的数据交互程序，实现低功耗蓝牙与的数据交互、显示和控制。实际工作时，充完电后打开开关，通过蓝牙方式与手机蓝牙之间展开搜索和设备认证，其流程如图3所示。在无线蓝牙测温传感器端，开关启动后初始化，采集传感器温度信息后与移动终端通过蓝牙无线收发应答。在移动终端，首先进行蓝牙权限询问，然后搜索蓝牙设备，蓝牙广播识别搜索，从而连接蓝牙传输设备。移动终端读取显示测温数据。
本发明装置的系统软件管理与流程机制示意图如图4所示。一旦开通测温系统，首先手机与本柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置进行权限认证、搜索蓝牙设备、并在搜索到广播信息的基础上，正式连接设备命令其传感器开始工作并测量人体温度数据，并上传采集到的数据到蓝牙无线芯片，通过天线发送到手机蓝牙接收机中，完成了一次握手温度数据的采集、编码、调制和发射到手机接收的全过程。实际应用时，通过制作软件APP，不但可以对采集的信号进行加工，还可以控制采集间隔时间，做到间歇性低功耗采集，采集时间间隔的可以在体温贴芯片中通过APP软件预先设置好，对异常信号进行告警处理，对被测人体的高温表现的阈值突破提醒，这是本发明的基本特点和优点。
本发明将穿戴式与移动便携式结合起来，不仅可以实现传统测温，还可以附着在人体腋下，连续长时间观测和记录人体体温变化，实现日常发烧(尤其婴幼儿)、住院病人、妇女排卵期避孕等的连续观测、记录和报警开辟了崭新的用途。
皮肤贴结构可以克服除以上三种缺点外，皮肤贴方式比上述几种穿戴式测体温的穿戴方式都变得更简单可操作，同时成本更低、体积更小。
柔性基板利用、芯片面积减小以及小型化可充电电池的发展，使制作皮肤贴式的体温传感器成为可能。本发明其中皮肤贴在重复可利用方面也有其优点。柔性基板上芯片与电池可长久使用，每次重新使用时，只需更换两面胶片即可，节省了开支，随身携带非常方便，尤其在夜间不影响婴幼儿睡眠，只需简单贴在腋下即可，测量结果可以通过无线方式传递到手机并记下体温的随时间变化曲线，为家长安心掌握体温数据提供依据。
此外，该柔性基板皮肤贴式体温测量装置，也可以为广大妇女提供排卵期的体温变化，为避孕或受孕提供参考。只要打开手机对应的APP，就可以观看到近几日体温的变化。
目前物联网主要以WiFi、蓝牙和ZigBee技术为核心。3种技术相比较： WiFi功耗过大，Zigbee市场应用主要面向多终端的无线组网，单点传输效率不高、不适合单点应用。近期出现的LoRa、NBIot技术也都是面向广域组网，协议复杂、成本高，低功耗蓝牙是一种在能耗、延迟时间和成本消耗非常低的无线通信技术。低功耗蓝牙继承了传统蓝牙的优势，小型锂电池寿命可达数天到数月。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，包括：
柔性基板；
所述柔性基板的一面安装有温度传感器、无线通信芯片、电池、无线天线，所述柔性基板的另一面与所述温度传感器对应的位置安装有热传导片；所述温度传感器、无线通信芯片、电池、无线天线通过所述柔性基板互连；
所述温度传感器采集温度信号，发送给无线通信芯片，并由所述无线天线发送和接收信号以与外界通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述柔性基板的另一面具有粘胶或外添式皮肤贴。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述热传导片与所述温度传感器通过柔性基板的通孔接触。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
在所述柔性基板的一面上部件安装后，喷涂或刷上一层保护胶，或者覆盖一层防水膜。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述电池采用刚性电池或柔性电池，所述电池通过柔性基板制作柔性充电接口，实现外部充电。
6.根据权利要求1所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述柔性基板另一面的粘胶或外添式皮肤贴上有一层能够撕掉的保护膜。
7.根据权利要求6所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述外添式皮肤贴为双面皮肤贴胶片，该皮肤贴胶片是一个中间平面镂空结构的双面都涂敷有粘胶的胶片，一面接触柔性基板，另一面具有保护膜。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述无线天线的通信方式选自下面中的一种：近蓝牙、NFC、WiFi、NB-Iot、RoLa、GPRS。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于柔性基板皮肤贴式体温测量结构的无线监测装置，其特征在于：
所述装置采用间歇式数据采集方式，采集时间间隔由所述芯片预先设置，或通过手机软件进行控制。
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