CN111493873A - 一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置及方法，装置包括包覆壳、软板、固定孔、纽扣电池、湿度测量孔、温湿度传感器模块、加速度传感器模块、天线、主控芯片模块、电池仓门和黏贴层。整个装置具有一定柔性，增加了贴身穿戴的舒适度。同时所有电子元器件采用超薄微型封装的设计，可做到无感穿戴。装置可粘贴于贴身衣物或身体表面，也可采用缝纫的方式固定在贴身衣服上。采用本装置可对人体的温湿度以及呼吸频率进行实时监测，及时发现异常情况，性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于医疗监测技术领域，具体涉及一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置及方法。
背景技术
婴幼儿在夜间睡眠时，可能由于睡姿不当或异物遮盖等导致呼吸不畅，严重时可危及生命。为预防上述危险，婴幼儿夜间睡觉时，父母或护理人往往需要经常起床查看孩子睡眠情况，而这种方式容易出现疏漏。在婴幼儿肺炎的医学诊断中，呼吸频率是否异常是医学诊断的重要指标，监测并记录呼吸频率数据可辅助医学诊断。婴幼儿、某些病人或部分老年人的自我感知能力偏弱，无法及时发现体温异常并告知父母或护理人员。家长或护理人员出于担心或经验不足，经常需要病人的额头等身体部位，判断孩子是否体温异常，这种方式具备一定滞后性及误判性。同时，婴幼儿在夜间睡觉或运动后易大量出汗打湿衣服，若家长未及时发现并处置，小孩贴身穿着冰冷的湿衣服容易导致感冒等病症。但是，传统的体温计不便携带，只能单次测量，无法实时监测体温，不便操作。而一些手环式的温度测量装置体积较大，测量手腕部位的温度作为评估标准不太准确，且佩戴太紧影响舒适度，太松又影响准确性。
发明内容
本发明的目的是为了解决实时监测呼吸频率和体温温湿度的问题，提出了一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置及方法。
本发明的技术方案是：一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置包括包覆壳、软板、固定孔、纽扣电池、湿度测量孔、温湿度传感器模块、加速度传感器模块、天线和主控芯片模块；
软板固定设置于包覆壳的内部；固定孔设置于软板的四角；纽扣电池固定设置于软板的一侧；湿度测量孔设置于温湿度传感器模块的表面；温湿度传感器模块、加速度传感器模块、天线和主控芯片模块均固定设置于软板的另一侧；温湿度传感器模块、加速度传感器模块和天线均与主控芯片模块通信连接；纽扣电池和主控芯片模块电性连接；主控芯片模块还与移动端通信连接。
本发明的有益效果是：整个装置具有一定柔性，增加了贴身穿戴的舒适度。同时所有电子元器件采用超薄微型封装的设计，可做到无感穿戴。装置可粘贴于贴身衣物或身体表面，也可采用缝纫的方式固定在贴身衣服上。采用本装置可对人体的温湿度以及呼吸频率进行实时监测，及时发现异常情况，性能稳定。
进一步地，包覆壳的材质为硅胶。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，包覆壳增加了贴身穿戴的舒适度。
进一步地，软板采用FPC软板。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，整个装置的PCB板采用柔性的FPC软板，可使整个设备具有一定的柔性。
进一步地，纽扣电池的型号为CR1616。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，由于整个装置采用了宽电压和超低功耗额设计，采用了型号为CR1616的纽扣电池即可满足使用需求，电池可更换。
进一步地，实时监测呼吸频率和体温温湿度的装置还包括电池仓门和黏贴层；纽扣电池固定设置于电池仓门内；黏贴层的一侧和包覆壳固定连接，其另一侧黏贴于用户身上。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，黏贴层可粘贴于贴身衣物或身体表面，使得本装置佩戴稳定。
进一步地，主控芯片模块包括电感L1、接地电容C1-C3、电池BT1、晶振Y1和型号为DA1485WlCSP34的蓝牙主控芯片U1；
芯片U1的VBAT3V引脚和VBAT_RF引脚连接，作为芯片U1的VBAT引脚；电池BT1的一端接地；电池BT1的另一端和接地电容C1均与芯片U1的VBAT引脚连接；芯片U1的VBAT1V引脚、RST引脚、RFIOm引脚和GND1-GND6引脚均接地；芯片U1的SWITCH引脚和电感L1的一端连接；芯片U1的VDCDC引脚分别与电感L1的另一端和接地电容C2连接，其连接点还与芯片U1的VDCDC_RF引脚连接；芯片U1的VDCDC_RF引脚还和接地电容C3连接；芯片U1的RFIOp引脚和天线连接；芯片U1的XTAL16Mp引脚和晶振Y1的一端连接；芯片U1的XTAL16Mm引脚和晶振Y1的另一端连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，主控芯片模块采用DA1458x系列超低功耗蓝牙SoC芯片，其内部集成了ARM M0主控及蓝牙通信模块，可直接完成数据读取、处理及通讯功能，无需另外配置单片机，提高了系统集成度，降低了设备尺寸及功耗。
进一步地，温湿度传感器模块包括型号为HDC2010的温湿度传感器芯片U2；芯片U2的GND引脚和ADDR引脚均接地；芯片U2的DRDY/INT引脚和芯片U1的P0_3引脚连接；芯片U2的SDA引脚和SCL引脚分别与芯片U1的P0_1引脚和P0_2引脚一一对应连接；芯片U2的VDD引脚和芯片U1的VBAT引脚连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，温湿度传感器模块采用HDC2010系列高精度超低功耗数字温湿度传感器，温度精度可达±0.2℃，湿度精度可达±2％，支持休眠模式。
进一步地，加速度传感器模块包括型号为ADXL362的加速度传感芯片U3；芯片U3的GND引脚接地；芯片U3的INT1引脚和芯片U1的P1_0引脚连接；芯片U2的MOSI引脚、MISO引脚、SLK引脚和
引脚分别与芯片U1的P0_4引脚-P0_7引脚一一对应连接；芯片U2的VDD引脚和VCC引脚均与芯片U1的VBAT引脚连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，加速度传感器模块采用ADXL362系列超低功耗高精度三轴加速度传感器，加速度精度可达1mg/LSB，功耗低至1.8μA。
基于以上装置，本发明还提出了一种呼吸频率和体温温湿度实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过主控芯片模块分别发送周期性测量指令给温湿度传感器模块和加速度传感器模块；
S2：根据周期性测测量指令，利用温湿度传感器模块采集初始温湿度数据并返回给主控芯片模块，利用加速度传感器模块采集初始加速度数据并返回给主控芯片模块；
S3：通过主控芯片模块分别对初始温湿度数据和初始加速度数据进行噪声滤波处理，并压入FIFO队列中；
S4：通过主控芯片模块周期性唤醒蓝牙，将噪声滤波处理后的初始温湿度数据和初始加速度数据发送至移动端；
S5：通过移动端保存初始温湿度数据和初始加速度数据；
S6：通过移动端对初始温湿度数据进行容错处理，得到温湿度数据；通过移动端对初始加速度数据进行傅里叶变换处理，得到加速度频域数据；
S7：通过移动端对加速度频域数据进行频率过滤，去除非呼吸运动干扰，得到呼吸运动频率；
S8：将温湿度数据和呼吸运动频率与历史数据进行特征趋势分析，检测异常的呼吸频率和体温温湿度并报警，完成呼吸频率和体温温湿度的实时监测。
本发明的有益效果是：本方法负责装置的接收和存储传感器测量数据，并对传感器数据进行滤波、特征识别、去噪和频域变换等处理，提供温度、湿度和呼吸频率的实时数据、历史数据查看功能及异常值报警功能；并修正识别过程中产生的误差，提高装置识别的准确率。
附图说明
图1为监测装置的结构图；
图2为监测装置的侧视图；
图3为监测装置的电路图；
图4为监测方法的流程图；
图中，1、包覆壳；2、软板；3、固定孔；4、纽扣电池；5、湿度测量孔；6、温湿度传感器模块；7、加速度传感器模块；8、天线；9、主控芯片模块；10、电池仓门；11、黏贴层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，包括包覆壳1、软板2、固定孔3、纽扣电池4、湿度测量孔5、温湿度传感器模块6、加速度传感器模块7、天线8和主控芯片模块9；
软板2固定设置于包覆壳1的内部；固定孔3设置于软板2的四角；纽扣电池4固定设置于软板2的一侧；湿度测量孔5设置于温湿度传感器模块6的表面；温湿度传感器模块6、加速度传感器模块7、天线8和主控芯片模块9均固定设置于软板2的另一侧；温湿度传感器模块6、加速度传感器模块7和天线8均与主控芯片模块9通信连接；纽扣电池4和主控芯片模块9电性连接；主控芯片模块9还与移动端通信连接。
在本发明实施例中，如图1所示，包覆壳1的材质为硅胶。在本发明中，包覆壳增加了贴身穿戴的舒适度。
在本发明实施例中，如图1所示，软板2采用FPC软板。在本发明中，整个装置的PCB板采用柔性的FPC软板，可使整个设备具有一定的柔性。
在本发明实施例中，如图1所示，纽扣电池4的型号为CR1616。在本发明中，由于整个装置采用了宽电压和超低功耗额设计，采用了型号为CR1616的纽扣电池即可满足使用需求，电池可更换。
在本发明实施例中，如图2所示，实时监测呼吸频率和体温温湿度的装置还包括电池仓门10和黏贴层11；纽扣电池4固定设置于电池仓门10内；黏贴层11的一侧和包覆壳1固定连接，其另一侧黏贴于用户身上。在本发明中，黏贴层可粘贴于贴身衣物或身体表面，使得本装置佩戴稳定。
在本发明实施例中，如图3所示，主控芯片模块9包括电感L1、接地电容C1-C3、电池BT1、晶振Y1和型号为DA1485WlCSP34的蓝牙主控芯片U1；
芯片U1的VBAT3V引脚和VBAT_RF引脚连接，作为芯片U1的VBAT引脚；电池BT1的一端接地；电池BT1的另一端和接地电容C1均与芯片U1的VBAT引脚连接；芯片U1的VBAT1V引脚、RST引脚、RFIOm引脚和GND1-GND6引脚均接地；芯片U1的SWITCH引脚和电感L1的一端连接；芯片U1的VDCDC引脚分别与电感L1的另一端和接地电容C2连接，其连接点还与芯片U1的VDCDC_RF引脚连接；芯片U1的VDCDC_RF引脚还和接地电容C3连接；芯片U1的RFIOp引脚和天线8连接；芯片U1的XTAL16Mp引脚和晶振Y1的一端连接；芯片U1的XTAL16Mm引脚和晶振Y1的另一端连接。在本发明中，主控芯片模块采用DA1458x系列超低功耗蓝牙SoC芯片，其内部集成了ARM M0主控及蓝牙通信模块，可直接完成数据读取、处理及通讯功能，无需另外配置单片机，提高了系统集成度，降低了设备尺寸及功耗。
在本发明实施例中，如图3所示，温湿度传感器模块6包括型号为HDC2010的温湿度传感器芯片U2；芯片U2的GND引脚和ADDR引脚均接地；芯片U2的DRDY/INT引脚和芯片U1的P0_3引脚连接；芯片U2的SDA引脚和SCL引脚分别与芯片U1的P0_1引脚和P0_2引脚一一对应连接；芯片U2的VDD引脚和芯片U1的VBAT引脚连接。在本发明中，温湿度传感器模块采用HDC2010系列高精度超低功耗数字温湿度传感器，温度精度可达±0.2℃，湿度精度可达±2％，支持休眠模式。
在本发明实施例中，如图3所示，加速度传感器模块7包括型号为ADXL362的加速度传感芯片U3；芯片U3的GND引脚接地；芯片U3的INT1引脚和芯片U1的P1_0引脚连接；芯片U2的MOSI引脚、MISO引脚、SLK引脚和
引脚分别与芯片U1的P0_4引脚-P0_7引脚一一对应连接；芯片U2的VDD引脚和VCC引脚均与芯片U1的VBAT引脚连接。在本发明中，加速度传感器模块采用ADXL362系列超低功耗高精度三轴加速度传感器，加速度精度可达1mg/LSB，功耗低至1.8μA。
基于以上装置，如图4所示，本发明还提出了一种呼吸频率和体温温湿度实时监测方法，包括以下步骤：
S1：通过主控芯片模块分别发送周期性测量指令给温湿度传感器模块和加速度传感器模块；
S2：根据周期性测测量指令，利用温湿度传感器模块采集初始温湿度数据并返回给主控芯片模块，利用加速度传感器模块采集初始加速度数据并返回给主控芯片模块；
S3：通过主控芯片模块分别对初始温湿度数据和初始加速度数据进行噪声滤波处理，并压入FIFO队列中；
S4：通过主控芯片模块周期性唤醒蓝牙，将噪声滤波处理后的初始温湿度数据和初始加速度数据发送至移动端；
S5：通过移动端保存初始温湿度数据和初始加速度数据；
S6：通过移动端对初始温湿度数据进行容错处理，得到温湿度数据；通过移动端对初始加速度数据进行傅里叶变换处理，得到加速度频域数据；
S7：通过移动端对加速度频域数据进行频率过滤，去除非呼吸运动干扰，得到呼吸运动频率；
S8：将温湿度数据和呼吸运动频率与历史数据进行特征趋势分析，检测异常的呼吸频率和体温温湿度并报警，完成呼吸频率和体温温湿度的实时监测。
本发明的工作原理及过程为：本装置部分主要由温湿度传感器模块6、加速度传感器模块7和主控芯片模块9组成的集成电路以及纽扣电池4和包覆壳1组成。整个装置的PCB板采用柔性的FPC软板2，包覆壳1的材料采用柔性亲肤硅胶，可使整个设备具有一定的柔性，增加了贴身穿戴的舒适度。同时所有电子元器件采用超薄微型封装，进行柔性和轻薄设计，将整个装置可做到无感穿戴。装置的一侧附着有黏贴层11，可粘贴于贴身衣物或身体表面；边缘也设有固定孔3，可采用缝纫的方式固定在贴身衣服上。集成电路负责接收和存储传感器测量数据，并对传感器数据进行处理，提供温度、湿度和呼吸频率的实时数据及异常值报警功能；同时对修正识别过程中产生的误差，提高系统识别的准确率。
本发明的有益效果为：整个装置具有一定柔性，增加了贴身穿戴的舒适度。同时所有电子元器件采用超薄微型封装的设计，可做到无感穿戴。装置可粘贴于贴身衣物或身体表面，也可采用缝纫的方式固定在贴身衣服上。采用本装置可对人体的温湿度以及呼吸频率进行实时监测，及时发现异常情况，性能稳定。本方法负责装置的接收和存储传感器测量数据，并对传感器数据进行滤波、特征识别、去噪和频域变换等处理，提供温度、湿度和呼吸频率的实时数据、历史数据查看功能及异常值报警功能；并修正识别过程中产生的误差，提高装置识别的准确率。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，包括包覆壳(1)、软板(2)、固定孔(3)、纽扣电池(4)、湿度测量孔(5)、温湿度传感器模块(6)、加速度传感器模块(7)、天线(8)和主控芯片模块(9)；
所述软板(2)固定设置于包覆壳(1)的内部；所述固定孔(3)设置于软板(2)的四角；所述纽扣电池(4)固定设置于软板(2)的一侧；所述湿度测量孔(5)设置于温湿度传感器模块(6)的表面；所述温湿度传感器模块(6)、加速度传感器模块(7)、天线(8)和主控芯片模块(9)均固定设置于软板(2)的另一侧；所述温湿度传感器模块(6)、加速度传感器模块(7)和天线(8)均与主控芯片模块(9)通信连接；所述纽扣电池(4)和主控芯片模块(9)电性连接；所述主控芯片模块(9)还与移动端通信连接。
2.根据权利要求1所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述包覆壳(1)的材质为硅胶。
3.根据权利要求1所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述软板(2)采用FPC软板。
4.根据权利要求1所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述纽扣电池(4)的型号为CR1616。
5.根据权利要求1所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述实时监测呼吸频率和体温温湿度的装置还包括电池仓门(10)和黏贴层(11)；所述纽扣电池(4)固定设置于电池仓门(10)内；所述黏贴层(11)的一侧和包覆壳(1)固定连接，其另一侧黏贴于用户身上。
6.根据权利要求1所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述主控芯片模块(9)包括电感L1、接地电容C1-C3、电池BT1、晶振Y1和型号为DA1485WlCSP34的蓝牙主控芯片U1；
所述芯片U1的VBAT3V引脚和VBAT_RF引脚连接，作为芯片U1的VBAT引脚；所述电池BT1的一端接地；所述电池BT1的另一端和接地电容C1均与芯片U1的VBAT引脚连接；所述芯片U1的VBAT1V引脚、RST引脚、RFIOm引脚和GND1-GND6引脚均接地；所述芯片U1的SWITCH引脚和电感L1的一端连接；所述芯片U1的VDCDC引脚分别与电感L1的另一端和接地电容C2连接，其连接点还与芯片U1的VDCDC_RF引脚连接；所述芯片U1的VDCDC_RF引脚还和接地电容C3连接；所述芯片U1的RFIOp引脚和天线(8)连接；所述芯片U1的XTAL16Mp引脚和晶振Y1的一端连接；所述芯片U1的XTAL16Mm引脚和晶振Y1的另一端连接。
7.根据权利要求6所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述温湿度传感器模块(6)包括型号为HDC2010的温湿度传感器芯片U2；所述芯片U2的GND引脚和ADDR引脚均接地；所述芯片U2的DRDY/INT引脚和芯片U1的P0_3引脚连接；所述芯片U2的SDA引脚和SCL引脚分别与芯片U1的P0_1引脚和P0_2引脚一一对应连接；所述芯片U2的VDD引脚和芯片U1的VBAT引脚连接。
8.根据权利要求6所述的呼吸频率和体温温湿度实时监测装置，其特征在于，所述加速度传感器模块(7)包括型号为ADXL362的加速度传感芯片U3；所述芯片U3的GND引脚接地；所述芯片U3的INT1引脚和芯片U1的P1_0引脚连接；所述芯片U2的MOSI引脚、MISO引脚、SLK引脚和
引脚分别与芯片U1的P0_4引脚-P0_7引脚一一对应连接；所述芯片U2的VDD引脚和VCC引脚均与芯片U1的VBAT引脚连接。
9.一种呼吸频率和体温温湿度实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过主控芯片模块分别发送周期性测量指令给温湿度传感器模块和加速度传感器模块；
S2：根据周期性测测量指令，利用温湿度传感器模块采集初始温湿度数据并返回给主控芯片模块，利用加速度传感器模块采集初始加速度数据并返回给主控芯片模块；
S3：通过主控芯片模块分别对初始温湿度数据和初始加速度数据进行噪声滤波处理，并压入FIFO队列中；
S4：通过主控芯片模块周期性唤醒蓝牙，将噪声滤波处理后的初始温湿度数据和初始加速度数据发送至移动端；
S5：通过移动端保存初始温湿度数据和初始加速度数据；
S6：通过移动端对初始温湿度数据进行容错处理，得到温湿度数据；通过移动端对初始加速度数据进行傅里叶变换处理，得到加速度频域数据；
S7：通过移动端对加速度频域数据进行频率过滤，去除非呼吸运动干扰，得到呼吸运动频率；
S8：将温湿度数据和呼吸运动频率与历史数据进行特征趋势分析，检测异常的呼吸频率和体温温湿度并报警，完成呼吸频率和体温温湿度的实时监测。
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