CN111449643A - 一种智能心率监测急救系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能心率监测急救系统及方法。系统包括相互通信的无线心率测量戒指和主机；无线心率测量戒指包括戒指主体和设置在戒指主体上的第一电源模块、心率传感器和电路板，电路板上设置第一单片机处理器、第一WIFI模块，第一单片机处理器与第一电源模块、心率传感器、第一WIFI模块电连接；主机的第二单片机处理器与GSM模块、第二WIFI模块、第二电源模块、GPS模块、语音模块、显示屏电连接；第一WIFI模块、第二WIFI模块无线通信。本发明使用方便，智能化程度高，监测报警及时，当发生心率异常可第一时间求救，有效保障了用户生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及医疗监测技术领域，尤其涉及一种智能心率监测急救系统及方法。
背景技术
随着中国老龄化的发展心脑血管疾病已成为人类健康的头号杀手。预计到2020年我国将有2130万心脑血管发病率和770万相关并发症的死亡。同时心脑血管疾病正向年轻化方向发展，高压人群猝死率攀升。传统慢性心脑血管疾病治疗紧靠药物维持，对波动性的生命指标难以监测防控和急救。同时随着物联网的发展和智能医疗的兴起，传统治疗和新兴物联网技术兴起将更好的提升患者生存质量。
目前市场上家用智能医疗器件十分有限，而心率检测的大多以运动手环为主，其主要实现的是运动监测，应用于医学方向的目前市场上基本没有。当患者生命指标发生变化时，现有的医疗器件不能能自动检测报警提醒，并将需要急救的患者的生命指标状况和位置信息发送至急救中心和患者亲属手机上，以实现第一时间的急救。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种智能心率监测急救系统及方法，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能心率监测急救系统，包括无线心率测量戒指和主机，所述无线心率测量戒指和主机无线通信；所述无线心率测量戒指包括戒指主体和设置在戒指主体上的第一电源模块、心率传感器和电路板，所述电路板上设置第一单片机处理器、第一WIFI模块，所述第一单片机处理器与第一电源模块、心率传感器、第一WIFI模块电连接；所述主机包括壳体和设置在壳体前部的语音模块、显示屏，所述壳体内设置第二单片机处理器、GSM模块、第二WIFI模块、第二电源模块、GPS模块，所述第二单片机处理器与GSM模块、第二WIFI模块、第二电源模块、GPS模块、语音模块、显示屏电连接；所述第一WIFI模块、第二WIFI模块无线通信。
优选的，所述第一单片机处理器、第二单片机处理器为单片机STM32F103。
优选的，所述第一WIFI模块、第二WIFI模块为ESP82666无线WIFI模块。
优选的，所述心率传感器为型号PuleSensor的心率传感器。
优选的，所述第一电源模块为纽扣电池，所述第二电源模块为锂电池。
优选的，所述语音模块包括MX3000-28L语音芯片和与其连接的喇叭。
优选的，所述GPS模块采用的是NEO-6M Ublox模块。
优选的，所述显示屏为12864显示屏。
本发明还提供了一种智能心率监测急救方法，包括以下步骤：
心率传感器将采集到的手指处的心率光信号转化为心率电信号传送给第一单片机处理器，第一单片机处理器采用复位功能通过A/D转换将心率电信号转化为数字信号由第一单片机处理器进行处理得到心率数据，之后第一单片机处理器通过串口将心率数据传输给第一WIFI模块，第一WIFI模块将心率数据传输到主机上的第二WIFI模块；
主机上的第二WIFI模块将从机接收的心率数据通过串口传输到第二单片机处理器，在第二单片机处理器内部经过对信号处理后将心率数据数值显示到显示屏上；
第二单片机处理器读入GPS模块采集的位置经纬度数据，同时将心率传感器采集的心率数据和位置经纬度数据读出到GSM模块，并通过GSM模块将心率数据和位置经纬度数据通过短信形式发送给联系人，语音芯片在触发后会自动向路人呼救。
优选的，所述第二单片机处理器采用卡尔曼滤波算法和RMS算法对心率数据的数值和波动范围进行计算，并在心率数据的不同范围作出如下反应：
(1)心率在60-100范围内属正常变化范围，此时将心率数值展现在显示屏上，并将计算良好的结果展现出来；
(2)当心率低于60且心率波动范围在40-60之间时，通过算法和波动斜率求导计算，通过语音模块提醒使用者立即转移到安全地带休息；如果算法计算此种状况为心脏病前兆将会触发GPS和GSM进行短信急救；
(3)当心率低于40时且症状持续2s将会立即通过GPS和GSM短信急救；
(4)当心率高于100-160时，通过算法计算目前使用者是处于什么状态并提醒使用者注意心率变化，如果为心脏病前兆将立即触发GPS和GSM模块；
(5)当心率高于160且症状持续2s时将会立即触发GPS和GSM模块。
本发明的有益效果是：
本发明可以实时监测使用者心率，设计成戒指结构佩戴方便，实现与主机分离。当使用者有发生心脏和循环系统方面危险的前兆时会第一时间通过报警器提醒使用者转移到安全地带并立即休息服药，当症状持续数秒后会通过GPS定位使用者位置并通过GSM短信模块向亲属和急救中心发送定位和求救信息，通过警报器向周围人发出急救信号。其使用方便，智能化程度高，监测报警及时，当发生心率异常可第一时间求救，有效保障了用户生命安全。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的无线心率测量戒指结构示意图。
图2是本发明的主机结构示意图。
图3是本发明的无线心率测量戒指原理框图。
图4是本发明的主机原理框图。
具体实施方式
如图1-4所示，一种智能心率监测急救系统，包括无线心率测量戒指和主机，无线心率测量戒指和主机无线通信；无线心率测量戒指包括戒指主体1和设置在戒指主体1上的第一电源模块2、心率传感器3和电路板4，电路板4上设置第一单片机处理器41、第一WIFI模块42，第一单片机处理器41与第一电源模块2、心率传感器3、第一WIFI模块42电连接；主机包括壳体和设置在壳体前部的语音模块10、显示屏11，壳体内设置第二单片机处理器5、GSM模块6、第二WIFI模块7、第二电源模块8、GPS模块9，第二单片机处理器5与GSM模块6、第二WIFI模块7、第二电源模块8、GPS模块9、语音模块10、显示屏11电连接；第一WIFI模块42、第二WIFI模块7无线通信。
其中，第一单片机处理器41、第二单片机处理器5为单片机STM32F103。STM32F1系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类:小容量(16K和32K)、中容量(64K和128K)、大容量(256K、384K和512K)。芯片集成定时器CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等多种功能。
其中，第一WIFI模块42、第二WIFI模块7为ESP82666无线WIFI模块。串口wifi无线模块是将无线AP的wifi信号转换为串口的即插即用模块，SSC-WiFi-03是上海迅瞻电子科技第三代串口WLAN模块产品，该产品是基于标准UART接口符合IEEE802.11b/g模式的WiFi无线网络嵌入式模块。模块内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。通过SSC-WiFi模块，传统的串口设备也能轻松接入无线网络。
其中，心率传感器3为型号PuleSensor的心率传感器。PuleSensor是一款用于脉搏测量的光电式反射传感器。将其佩戴于手指耳垂等处，可将采集到的信息传输给单片机将信息转化为数字信号。利用特定波长红外线对血管末端血液微循环产生的血液容积的变化的敏感特性，检测由于心脏的跳动，引起指尖的血液变化，经过信号放大、调整等电路处理。
其中，GPS模块9采用的是NEO-6M Ublox模块。GPS模块采用的是NEO-6M Ublox模块组成，该模块就是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路。
其中，显示屏11为12864显示屏。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。
语音模块10包括MX3000-28L语音芯片和与其连接的喇叭。MX3000-28L语音芯片：将语音信号通过采样转化为数字，存储在IC的ROM中，再通过电路将ROM中的数字还原成语音信号。
GSM模块采用GSM A6模块，GSM A6模块是送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。
另外，第一电源模块2为纽扣电池，第二电源模块8为锂电池。具体为无线心率测量戒指采用3.3V纽扣锂电池供电，主机采用5v锂电池供电。
本发明工作原理：
(1)无线心率测量戒指:首先将无线心率测量戒指的心率测量模块佩戴于手指末端。心率传感器PulenSenior将发出蓝光，PulenSenior对心率的测量采用光电容积法，光电容积法是利用人体组织在血管脉动时透光率不同来进行脉搏测量，其使用传感器由光源和电传感器两部分组成。随着心脏的搏动血液的循环从而透光率将发生改变。将采集到的光数据转化为电数据传送给STM32单片机。STM32单片机采用复位功能通过A/D转换将电信号转化为数字信号由STM32进行处理，之后STM32单片机信号芯片通过串口将数据传输给ESP8266无线WIFI模块，EPS8266将数据传输到主机上的无线WIFI模块。
(2)主机：主机上的无线WIFI模块将从机接收的数据通过串口传输到STM32F103芯片，在芯片内部将经过对信号处理后将心率数值显示到12864显示屏上。同时GSM模块、GPS模块、语音模块分别和单片机的PA^1、PA^2、PA^3口相连，一旦数值计算的脉冲导数发生变化将通过下降沿触发三者联动，将GPS定位数据读入芯片上，同时将目前心率和位置经纬度读出到GSM模块，语音芯片在触发后会自动向路人呼救。在没收到对方回复前会连续通过GSM模块发送短信以确保收件人确实收到短信。
心脏和脑血管发病隐蔽性强且发病时间紧急，先前症状不明显，考虑到这些我们首先设计了一个佩戴于手指指端的无线心率测量模块，可以实时监测使用者心率，佩戴方便，实现与主机分离。当使用者有发生心脏和循环系统方面危险的前兆时会第一时间通过报警器提醒使用者转移到安全地带并立即休息服药，当症状持续30秒后会通过GPS定位使用者位置并通过GSM短信模块向亲属和急救中心发送定位和求救信息，通过警报器向周围人发出急救信号求得急救。同时考虑到使用者多为老年人，所以我们增加了手动求救装置，一旦老人独自行走遇到危险可以按下手动模块向亲属发送定位位置信息和求救信息，同时警报器响起向周围人求救。
使用时，开启主机总电源开关和“无线心率戒指”模块开关
(1)检测阶段：将无线心率戒指模块佩戴在食指指头顶端处，佩戴时用保证测量芯片紧贴指端。
(2)当佩戴者听到蜂鸣器发出“嘀嘀”声音时要立即到安全地带坐下并服药，此时拿出主机在屏幕上观察心率计算状态。
(3)当主机在30s后继续发出“嘀嘀”音时不要产生慌张，此时已向最近的急救中心和您的亲属发出求救信息。
(4)当用户在路上遇到其他危险时可以按下手动按键报警，此时会将用户位置和求救信息发给亲属，如需医疗急救请第二次按下手动报警键此时将会向附近的急救中心发出您的位置信息。
另外，心率测量预警范围是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60-100次/分之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。初近年，国内大样本健康人群调查发现:国人男性静息心率的正常范围为50-95次/分，女性为55-95次/分。所以，心率随年龄，性别和健康状况变化而变化。健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快。如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心悸、胸闷、心前区不适，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。心脏每次收缩时由心室向动脉输出的血量叫做每搏输出量，心脏每分钟输出的血量叫做每分输出量，正常人在安静状态下每搏输出量为70毫升，如果心率按每分钟75次计算的话，每分输出量约为5250毫升。心输出量的多少，是衡量心脏工作能力的一项指标。
本发明采用卡尔曼滤波算法和RMS算法对心率的数值和波动范围进行计算当心率在以下范围内的反应：
(1)心率在60-100范围内属正常变化范围，此时我们会将心率数值展现在显示屏上并将计算良好的结果展现出来。
(2)当心率低于60且心率波动范围在40-60之间时我们会通过算法和波动斜率求导计算，此时将会通过警报器提醒使用者立即转移到安全地带休息。如果算法计算此种状况为心脏病前兆将会触发GPS和GSM进行短信急救。
(3)当心率低于四十时且症状持续2s将会立即通过GPS和GSM短信急救。
(4)当心率高于100-160时我们将会通过算法计算目前使用者是处于什么状态并提醒使用者注意心率变化。如果为心脏病前兆将立即触发GPS和GSM模块。
(5)当心率高于160且症状持续2s时将会立即触发GPS和GSM模块。
GPS定位采用二模定位定位精度可在2m范围之内，同时还可实现车辆轨迹追踪。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能心率监测急救系统，其特征在于：包括无线心率测量戒指和主机，所述无线心率测量戒指和主机无线通信；所述无线心率测量戒指包括戒指主体(1)和设置在戒指主体(1)上的第一电源模块(2)、心率传感器(3)和电路板(4)，所述电路板(4)上设置第一单片机处理器(41)、第一WIFI模块(42)，所述第一单片机处理器(41)与第一电源模块(2)、心率传感器(3)、第一WIFI模块(42)电连接；所述主机包括壳体和设置在壳体前部的语音模块(10)、显示屏(11)，所述壳体内设置第二单片机处理器(5)、GSM模块(6)、第二WIFI模块(7)、第二电源模块(8)、GPS模块(9)，所述第二单片机处理器(5)与GSM模块(6)、第二WIFI模块(7)、第二电源模块(8)、GPS模块(9)、语音模块(10)、显示屏(11)电连接；所述第一WIFI模块(42)、第二WIFI模块(7)无线通信。
2.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述第一单片机处理器(41)、第二单片机处理器(5)为单片机STM32F103。
3.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述第一WIFI模块(42)、第二WIFI模块(7)为ESP82666无线WIFI模块。
4.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述心率传感器(3)为型号PuleSensor的心率传感器。
5.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述第一电源模块(2)为纽扣电池，所述第二电源模块(8)为锂电池。
6.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述语音模块(10)包括MX3000-28L语音芯片和与其连接的喇叭。
7.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述GPS模块(9)采用的是NEO-6M Ublox模块。
8.如权利要求1所述的一种智能心率监测急救系统，其特征在于：所述显示屏(11)为12864显示屏。
9.一种智能心率监测急救方法，其特征在于，包括以下步骤：
心率传感器将采集到的手指处的心率光信号转化为心率电信号传送给第一单片机处理器，第一单片机处理器采用复位功能通过A/D转换将心率电信号转化为数字信号由第一单片机处理器进行处理得到心率数据，之后第一单片机处理器通过串口将心率数据传输给第一WIFI模块，第一WIFI模块将心率数据传输到主机上的第二WIFI模块；
主机上的第二WIFI模块将从机接收的心率数据通过串口传输到第二单片机处理器，在第二单片机处理器内部经过对信号处理后将心率数据数值显示到显示屏上；
第二单片机处理器读入GPS模块采集的位置经纬度数据，同时将心率传感器采集的心率数据和位置经纬度数据读出到GSM模块，并通过GSM模块将心率数据和位置经纬度数据通过短信形式发送给联系人，语音芯片在触发后会自动向路人呼救。
10.如权利要求9所述的一种智能心率监测急救方法，其特征在于：所述第二单片机处理器采用卡尔曼滤波算法和RMS算法对心率数据的数值和波动范围进行计算，并在心率数据的不同范围作出如下反应：
(1)心率在60-100范围内属正常变化范围，此时将心率数值展现在显示屏上，并将计算良好的结果展现出来；
(2)当心率低于60且心率波动范围在40-60之间时，通过算法和波动斜率求导计算，通过语音模块提醒使用者立即转移到安全地带休息；如果算法计算此种状况为心脏病前兆将会触发GPS和GSM进行短信急救；
(3)当心率低于40时且症状持续2s将会立即通过GPS和GSM短信急救；
(4)当心率高于100-160时，通过算法计算目前使用者是处于什么状态并提醒使用者注意心率变化，如果为心脏病前兆将立即触发GPS和GSM模块；
(5)当心率高于160且症状持续2s时将会立即触发GPS和GSM模块。
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