CN111938611A - 一种健康指纹锁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种健康指纹锁，包括锁体本体、指纹模块、生命体征检测模块、显示模块、报警模块和供电单元；指纹模块、生命体征检测模块、显示模块、报警模块和供电单元集成在锁体本体内；指纹模块用于验证指纹，生命体征检测模块用于检测血氧、心率和血压等参数，指纹模块与显示模块连接，生命体征检测模块与显示模块连接。本发明能够有效辨别指纹的真假性，提高指纹锁的安全性并实现便捷健康检测的功能。

Description

一种健康指纹锁

技术领域

本发明属于锁具技术领域，特别涉及一种健康指纹锁。

背景技术

锁具，可以保障人们的财产和人身安全，因此在它的发展历程中安全性和可靠性是使用者的优先考量的因素。随着信息技术、电子技术、机械技术和现代制造工艺等逐渐发展。指纹锁开始成为锁具市场的一个选择。

由于指纹的特殊性，使得指纹识别身份的重要方式，它被广泛应用于公安刑侦等领域。在日常生活中指纹认证优点众多，它便捷、准确，已经被使用到很多智能电器上，作为智能家居的代表，日趋成熟的智能锁也受到人们越来越多的追捧。人们在新房装修或更换门锁时，纷纷倾向于智能指纹锁。目前来说市场上的指纹锁基本分为两类，一类是光学指纹识别，一类是半导体指纹识别，光学指纹识别模块环境适应性强、寿命长墩、成本低，半导体指纹识别相对成本较高，但采取活体识别，识别灵敏度和精度较高，但两者都存在两个问题:一、假的指纹模可以打开指纹锁；二、功能单一。在指纹锁进一步发展过程中需要解决这两个问题。

另一方面，近年来人们在血压方面的疾病发生率逐渐升高，虽然相关生命体征测量装置也在不断发展，目前市面上已有很多类似健康监测的测量仪器，通过对血压等体征进行测量管理可以有效进行疾病的预防。但对一部分人，尤其是一些行动不便的老人来说，去医院进行血压测量非常不方便，而市面上出现的各种家用测量仪器在某一方面提供了便利，但操作相对比较复杂、所需时间较久，对一些比较忙碌的工作人士而言，无法提供省时省力的测量。

而用指纹锁开门几乎是使用者每天都需要进行的操作，结合健康测量，通过测量使用者的血氧、血压等参数是否正常结合指纹识别进行安全识别，一方面可以提供指纹识别的安全性可靠性，另一方面扩展了指纹锁的功能。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种健康指纹锁，能够有效辨别指纹的真假性，提高指纹锁的安全性并实现便捷健康检测的功能。

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针对目前指纹锁存在的问题，实现一种可以安全性更高而且有其他功能的指纹锁。为实现上述目的，本发明提供了一种健康指纹锁，包括锁体本体、指纹模块、生命体征检测模块、显示模块、报警模块和供电单元；指纹模块、生命体征检测模块、显示模块和报警模块集成在锁体本体内；指纹模块与显示模块连接，生命体征检测模块与显示模块连接，供电单元为整个装置进行供电。

进一步地，所述指纹模块为光学指纹模块，用来完成指纹的采集和指纹的识别。

进一步地，所述生命体征检测模块包括反射式心率采集模块、数据传输模块、数据存储处理模块，用于测量血氧饱和度、心率及血压。

进一步地，所述生命体征检测模块包括反射式心率采集模块、数据传输模块、数据存储处理模块，用于测量血氧饱和度、心率及血压。所述反射式心率采集模块包括光电探测器、模数转换器、730nm以及850nm光源，光电探测器探测两种光的光强变化，将光信号转换为电信号，模数转换器将模拟信号转换为数字信号，通过数据传输模块将电信号传输至终端数据处理模块处理，通过光线反射计算得到氧合血红蛋白的浓度变化与脱氧血红蛋白的浓度的变化，从而测出心率。

进一步地， 所述数据传输模块将得到的数据传送到数据存储处理处理模块进行处理分析，记录使用者的生命体征参数，并与标准值进行比对。

进一步地，所述显示模块显示所述生命体征检测模块测量得到的血氧、心率和血压参数，并根据标准值给使用者提出建议。

进一步地，所述报警模块在检测到指纹相差较大时或者指纹正确但生命体征参数异常时发出报警信号。

进一步地，所述锁体本体配置为所述指纹模块采集指纹10s后开始工作，记录用户血氧等数据。

采用反射式心率采集模块测量血氧饱和度、心率及血压的原理为：心脏的搏动引起包括测量部位在内的身体其他部位的血液成分发生变化，其中血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度包含着血氧浓度、血液成分变化的波形（即脉搏波）包含着心率和血压信息。进一步的，根据改进的比尔-朗伯定律氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化会引起对于光的吸收系数发生变化，反射式心率采集模块的光源发出的光被这些变化调制，光电探测器将变化的光强转换为电信号进一步通过模拟-数字转换器转换为数字信号，从而获得脉搏波数据，然后根据公式便可以从脉搏波数据中解出血氧饱和度；另一方面，由于脉搏波是由心脏搏动引起的，其频率和心脏搏动频率是一致的，因此通过求两个脉搏波的峰值周期并取倒数便可以得到心率，如此提取出每个时段脉搏波的频率并记录便可以得到被测者的心率变化曲线；另一方面，对比较完整的脉搏波求二次导，再通过脉搏波的二次导得到脉搏波传播时间，然后再利用所得到的脉搏波传播时间计算出收缩压和舒张压等血压值。

附图说明

图1是本发明优选实施例整体结构图；

图2是本发明优选实施例模块结构示意图；

图3是本发明优选实施例反射式心率采集模块光线的传播线路图；

图中，1-锁体本体，2-指纹模块，3-生命体征检查模块，4-显示模块，5-报警模块，6-供电单元，7-手指，8——反射式心率采集模块，81-红外探测器，82-730nm光源，83-850nm光源，84-光电探测器，85-模数转换器，9-数据传输模块，10-数据存储处理模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体说明。

如图1和图2所示，一种健康指纹锁，包括1-锁体本体，2-指纹模块，3-生命体征检查模块，4-显示模块，5-报警模块，6-供电单元，指纹模块2、生命体征检测模块3、显示模块4、报警模块5和供电单元6集成在锁体本体内；指纹模块2与显示模块4连接，生命体征检测模块3与显示模块4连接，供电单元6为整个装置进行供电。指纹模块2优选为光学指纹模块，用来完成指纹的采集和指纹的识别。生命体征检测模块3包括反射式心率采集模块8、数据传输模块9、数据存储处理模块10，用于测量血氧饱和度、心率及血压。

反射式心率采集模块8采集人体健康信息数据，通过数据传输模块9将数据传输至数据存储处理模块10，数据存储处理模块10对对得到的数据进行分析比对，给使用者提供建议。当指纹模块2识别到指纹错误或者指纹正确但是生命体征异常时通过报警模块5发出报警信号。生命体征异常情况包括无法检测到生命体征参数、测得生命体征参数与标定值相差较大等。

如图3所示，反射式心率采集模块8包括81-红外探测器，82-730nm光源，83-850nm光源，84-光电探测器，85-模数转换器，红外探测器81与光电探测器84连接，光电探测器84与模数转换器85连接，模数转换器85与数据传输模块9连接。当红外探测器81探测到手指7触摸到指纹锁时， 730nm光源82与850nm光源83交替发出光线，光电探测器84探测到光强变化，将光信号转换为电信号传输给数据存储处理模块10进行分析，得到人体的血氧、心率和血压。

采用反射式心率采集模块8测量的主要原理是基于修正的比尔-朗伯定律，它可用于将获取到的光强变化转换为氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的浓度变化。该定律基于以下假设：在整个照射区域内吸收是均匀的，并且散射损失时间变化是恒定的。利用光通过一段已知路径后根据探测器获取到原始光强变化数据，可以使用1式计算衰减：

(1)

其中，

是吸光系数（extinction coefficient,cm-1mM-1）；C为吸光物质浓度（mM）；

是入射光强；

是入射光透过介质后的光强；L是介质中光子迁移路径的平均长度；

是介质的吸收系数；G是几何散射因子，与介质的几何结构相关，可以认为是常数。光子在介质中的平均传播路径长度L与光源到探测器之间的距离有关，具体如公式(2)所示：

(2)

其中DPF是差分路径因子，与被探测介质的结构有关，一般可以通过Mont Carlo模拟得到；d是光源与探测器之间的距离。

在生物组织中，利用透射检测方式与反射检测方式得到的光强变化率是相同的，用W表示光强的变化率，并得到通用的光强变化公式

(3)

将吸收系数 µa和吸光物质浓度C（主要是氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度）联系起来，从而获得用双波长法测量血红蛋白氧饱和度的方法。在近红外光区，由水、细胞色素等物质引起的吸收与脱氧血红蛋白（Hb）和氧合血红蛋白（HbO2）相比要小得多。因此，当选择波长位于近红外光区（如λ1=660nm和λ2=850nm）的两束光探测组织时，只考虑脱氧血红蛋白（Hb）和氧合血红蛋白（HbO2）的影响，在两个波长下的吸收系数可按公式（3）写成下式：

(4)

其中

是氧合血红蛋白的浓度；

是脱氧血红蛋白的浓度；

是氧合血红蛋白在入射光波长为660nm时的摩尔吸收系数；

是氧合血红蛋白在入射光波长为850nm时的摩尔吸收系数；

是脱氧血红蛋白在入射波长为730nm时的摩尔吸收系数；

是脱氧血红蛋白在入射波长为850nm时的摩尔吸收系数，可采用时域或频域的光谱分析法获得。

将公式(4)两式分别代到公式（3），根据双光束法得到下式：

(5)

又因为血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb，hemoglobin)容量的百分比，即：

(6)

把公式（5）代入公式（6），可以得到血氧饱和度公式：

(7)

光通过组织和血管时，可分为非脉动成份（如皮肤、肌肉、骨骼、静脉血等）和脉动成份（如动脉血），即可称为直流量和交流量。因此，光强在组织中的变化率，可以表示为：

(8)

由此，血氧饱和度公式（7）可改写为：

(9)

采用反射式心率采集模块测量血氧饱和度、心率及血压的原理为：心脏的搏动引起包括测量部位在内的身体其他部位的血液成分发生变化，其中血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度包含着血氧浓度、血液成分变化的波形（即脉搏波）包含着心率和血压信息。进一步的，根据改进的比尔-朗伯定律氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化会引起对于光的吸收系数发生变化，反射式心率采集模块的光源发出的光被这些变化调制，光电探测器将变化的光强转换为电信号进一步通过模拟-数字转换器转换为数字信号，从而获得脉搏波数据，然后根据公式便可以从脉搏波数据中解出血氧饱和度；另一方面，由于脉搏波是由心脏搏动引起的，其频率和心脏搏动频率是一致的，因此通过求两个脉搏波的峰值周期并取倒数便可以得到心率，如此提取出每个时段脉搏波的频率并记录便可以得到被测者的心率变化曲线；另一方面，对比较完整的脉搏波求二次导，再通过脉搏波的二次导得到脉搏波传播时间，然后再利用所得到的脉搏波传播时间计算出收缩压和舒张压等血压值。

通过指纹锁来完成简单健康检测，有助于提高指纹锁的安全性和功能性，并且帮助使用者在开门的同时了解自身身体状况，省时且方便，当检测到使用者的身体健康有问题时能进行建议提醒，有助于一些疾病的防范。

以上实施方式只是对本发明专利的优选实施进行例行描述，并非对本发明专利的构思和范围进行限定，在不脱离本发明专利设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明专利的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种健康指纹锁，其特征在于，包括锁体本体、指纹模块、生命体征检测模块、显示模块、报警模块和供电单元；指纹模块、生命体征检测模块、显示模块、报警模块和供电单元集成在锁体本体内；指纹模块与显示模块连接，生命体征检测模块与显示模块连接，供电单元为整个装置进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述指纹模块为光学指纹模块，用来完成指纹的采集和指纹的识别。

3.根据权利要求1所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述生命体征检测模块包括反射式心率采集模块、数据传输模块、数据存储处理模块，用于测量血氧饱和度、心率及血压。

4.根据权利要求1和3所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述反射式心率采集模块包括光电探测器、模数转换器、730nm以及850nm光源。

5.根据权利要求1和3所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述数据传输模块将得到的数据传送到数据存储处理处理模块进行处理分析，记录使用者的生命体征参数，并与标准值进行比对。

6.根据权利要求1所述的一种健康指纹锁，其特征在于所述显示模块显示所述生命体征检测模块测量得到的血氧、心率和血压参数，并根据标准值给使用者提出建议。

7.根据权利要求2所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述报警模块在检测到指纹相差较大时或者指纹正确但生命体征参数异常时发出报警信号。

8.根据权利要求1和2所述的一种健康指纹锁，其特征在于，所述锁体本体配置为所述指纹模块采集指纹10s后开始工作，记录用户血氧等数据。

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