CN112205972A - 基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置及方法，其中装置包括：一穿戴装置本体、以及固定于所述穿戴装置本体的一电源模块、一数字血氧饱和度检测机构、一三轴加速度传感器、一微控制器、一显示模块和一蓝牙模块；所述微控制器连接所述电源模块、所述数字血氧饱和度检测机构、所述三轴加速度传感器、所述显示模块和所述蓝牙模块，并通过所述蓝牙模块与一手机app通信连接。本发明的一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置及方法，通过手机App经蓝牙接受外部硬件测得的身体各项数据，并分析自己的身体状况，极大地方便了人们，也减少了额外的开支。
Description
技术领域
本发明涉及健康检测装置领域，尤其涉及一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置及方法。
背景技术
在血氧检测方面：市面上大多数的血氧仪均采用透射式测量，透射式测量血氧中的牛顿环的反差小，观察困难。
在心率的测量方面：现在普遍的采用心动电流测量法，这种方法的原理是模拟心电仪。原理相对简单，就是利用心脏搏动产生的电流监控。整个检测过程通常需要用到两个电极，这两个电极可以放在胸上较远的两点，也可以是左右手。因为心电信号的波长长，因此要求在空间中的两个测量点相隔不能太近。
现有技术具有以下缺点:
1、市面上测心率血氧大多用的是MAX30102传感器，这个传感器用的是IIC通信协议，软件设计代码复杂，而且精度不高。
2、现如今我国已经步入了一个信息化大数据的时代，因此对于个人隐私的权利就会无时无刻不面临着被侵害，而对于现在这些健康类app，会更加全面的涉及到个人隐私这一方面，因此对于保护好用户隐私权这点就会显得尤为重要。
3、心动电流测量法这种方法不利于使用在可穿戴带设备上，因为设备无法做到便携、小型化，尽管该方法的测量精度相对较准。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置及方法，通过手机App经蓝牙接受外部硬件测得的身体各项数据，并分析自己的身体状况，极大地方便了人们，也减少了额外的开支。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，包括：一穿戴装置本体、以及固定于所述穿戴装置本体的一电源模块、一数字血氧饱和度检测机构、一三轴加速度传感器、一微控制器、一显示模块和一蓝牙模块；所述微控制器连接所述电源模块、所述数字血氧饱和度检测机构、所述三轴加速度传感器、所述显示模块和所述蓝牙模块，并通过所述蓝牙模块与一手机app通信连接。
优选地，所述数字血氧饱和度检测机构包括两发光二极管、至少一光电接收管和一数字血氧饱和度检测模块；所述光电接收管通过所述数字血氧饱和度检测模块连接所述微控制器。
优选地，所述微控制器采用STM32单片机。
优选地，所述三轴加速度传感器的型号为MPU-6050。
本发明一种基于本发明所述的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置的检测方法，包括步骤：
S1：用户佩戴所述基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置；
S2：所述微控制器接收所述数字血氧饱和度检测机构的电信号和所述三轴加速度传感器的传感信号；
S3：所述微控制器根据所述电信号采用光电容积法测量获得所述用户的血氧饱和度数据和心率数据；所述微控制器根据所述传感信号计算获得所述检测者的步数数据；
S4：所述微控制器控制所述显示模块显示所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据；
S5：所述微控制器将所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据打包通过所述蓝牙模块发送给所述手机app；
S6：所述手机app存储所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据并对一固定时间段的所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据进行分析。
优选地，还包括步骤：
S7：所述手机app将所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据与正常值进行比较后，生成保健建议，并将所述保健建议反馈给所述用户。
优选地，所述微控制器根据所述传感信号计算获得所述检测者的步数数据步骤进一步包括步骤：
a、所述微控制器获取所述三轴加速度传感器采集的三个相互垂直的坐标轴上的三个实测加速度；
b、利用低通滤波器对所述实测加速度进行滤波，获得处理后的一第一加速度ax、一第二加速度by和一第三加速度cz；
c、利用公式(1)计算特征值V：
d、判断所述特征值V是否大于一阈值，如大于计步一次，否则返回步骤a；
e、判断是否结束计步，如是结束步骤，否则返回步骤a。
优选地，所述阈值采用13.9。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
本发明结合了STM32单片机和智能传感器，整个系统结构简洁，检测过程非常便捷，佩戴者只需打开电源然后佩戴在手腕上，即可完成对健康参数的检测工作。数据采集过程可能就几秒的时间，而且没有任何副作用，即可了解当前自身的心率和血氧，还能统计一天的行走步数。当下载了配套的手机app后，这些实时采集的数据还能通过蓝牙传至手机端。在手机端的app里，将接收到的实时数据与正常值进行对比后，能反馈给用户保持健康的建议，从而便于使用者更好地了解当前生活状况并能够及时提出应对措施，甚至降低疾病发病率。今后如果能普遍应用，可以对当下的智慧医疗起到提供基础数据的重要作用，为每个人能得到及时的医疗健康服务起到重要的作用。
附图说明
图1为本发明实施例的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于手机app的可穿戴式个人健康检测方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图1和图2，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1，本发明实施例的一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，包括：一穿戴装置本体、以及固定于穿戴装置本体的一电源模块1、一数字血氧饱和度检测机构2、一三轴加速度传感器3、一微控制器4、一显示模块5和一蓝牙模块6；微控制器4连接电源模块1、数字血氧饱和度检测机构2、三轴加速度传感器3、显示模块5和蓝牙模块6，并通过蓝牙模块6与一手机app7通信连接。
数字血氧饱和度检测机构2包括两发光二极管、至少一光电接收管和一数字血氧饱和度检测模块；光电接收管通过数字血氧饱和度检测模块连接微控制器4。
微控制器4采用STM32单片机。
三轴加速度传感器3的型号为MPU-6050。
在本实施例中使用数字血氧饱和度检测机构2来分别测心率和血氧饱和度，这块芯片同时集成了这两个检测模块。该模块由两个部分组成，它们分别是：内血氧探头(传感器)和数字血氧饱和度检测模块。在电源方面，电源模块1的电源电压为：DC3.3-5.0V。整体来看，其特点有性能强劲、低功耗、高采样率和高信噪比，可运用于可穿戴设备领域中。
采集数据的方法为光电容积，其原理是基于人体皮肤内的血流量和血液中含氧红细胞比例随脉搏的周期变化导致对入射光吸收程度也同样随着脉搏周期变化。设备通电后，硅胶指套处的LED光源照射进皮肤组织，再在接收端用光电接收管将光信号转为电信号，那么通过算法就能解调出这个信号来算出脉率(心率)。这种方法很少会受外界因素影响。简单来说就是一个“光信号→电信号→数字信号”的过程。
在本实施例中计步功能的实现采用三轴加速度传感器3型号是MPU-6050，是世界上第一款集成六轴的运动追踪设备。它总共集成了三个部分：3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计和一个数字运动处理器(DMP)。该模块实现计步的原理是人在步行时，会导致三个方向(x,y,z方向)的加速度发生变化。接着，在人体步行前进的过程中，会发生重心的变化，那么x轴和z轴方向上的加速度也会呈现相应周期性地变化。对于x轴来说，用户走一步路，先是收后腿，此时整个人的重心在前脚上，对应地，z轴的加速度就正向增加；当后脚迈向前并落地后，重心就下移，相应地，加速度就为相反方向了。对于x轴来说，在向前迈步时，加速度增加，收腿时，加速度就减小。其次就是峰值检测。需要将目前的加速度方向和上一次记录的加速度方向进行比较，如果两个方向是相反的，那就说明刚经过了峰值，则进入计步的状态；反之，则放弃。这样通过累加出现峰值的次数，可以得到具体步数。最后是去干扰阶段。这是为了避免有些用户通过作弊的手段，如：在原地摇动手机，达到刷步数的目的。因此，需要通过加上阈值以及步频来排错。
本发明一种基于本发明的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置的检测方法，包括步骤：
S1：用户佩戴基于手机app7的可穿戴式个人健康检测装置；
S2：微控制器4接收数字血氧饱和度检测机构2的电信号和三轴加速度传感器3的传感信号；
S3：微控制器4根据电信号采用光电容积法测量获得用户的血氧饱和度数据和心率数据；微控制器4根据传感信号计算获得检测者的步数数据；
利用光电容积法测量血氧饱和度和心率。这种方法简单可靠，利用了数字血氧饱和度检测模块测量心率和血氧饱和度。其原理是基于人体皮肤内的血流量和血液中含氧红细胞比例随脉搏的周期变化导致对入射光吸收程度也同样随着脉搏周期变化。此时若将LED光源照射进皮肤组织，再在接收端用光电接收管将光信号转为电信号，那么通过算法就能解调出这个信号来算出脉率(心率)。这种方法很少会受外界因素影响。
S4：微控制器4控制显示模块5显示血氧饱和度数据、心率数据和步数数据；
S5：微控制器4将血氧饱和度数据、心率数据和步数数据打包通过蓝牙模块6发送给手机app7；
S6：手机app7存储血氧饱和度数据、心率数据和步数数据并对一固定时间段的血氧饱和度数据、心率数据和步数数据进行分析。
S7：手机app7将血氧饱和度数据、心率数据和步数数据与正常值进行比较后，生成保健建议，并将保健建议反馈给用户。
本实施例中，微控制器4根据传感信号计算获得检测者的步数数据步骤进一步包括步骤：
a、微控制器4获取三轴加速度传感器3采集的三个相互垂直的坐标轴上的三个实测加速度；
b、利用低通滤波器对实测加速度进行滤波，获得处理后的一第一加速度ax、一第二加速度by和一第三加速度cz；
c、利用公式(1)计算特征值V：
d、判断特征值V是否大于一阈值，如大于计步一次，否则返回步骤a；
e、判断是否结束计步，如是结束步骤，否则返回步骤a。
本实施例中，阈值采用13.9。
本实施例的计步方法可避免有时因手抖出现的小幅度加速度的变化而造成的错误计算，提高了精准度。
本发明中的数字血氧饱和度检测模块用的是反射式测量法。其原理归根于血液中的两种类型的蛋白：氧气饱和的血红蛋白和没有氧气的血红蛋白。两者含氧量的区别会影响血液对不同种光的吸收，前者会吸收更多的红外光，而后者会吸收更多的红光。因此，在芯片中有两个发光二极管，分别发出660nm的的红光和880nm的红外光并照向腕部，在另一侧的光电二极管接受完反射光后，将其的光强与发射的光强进行对比，通过这个光强差能计算出血氧饱和度。
利用手机app7和便携式的血氧饱和度和心率检测模块的通信，把个人健康数据及时传输到手机端，并进行一定的分析和显示，使得对个人的健康数据有更加直观的了解和掌握。同时，在手机端的app中可以对后续的数据处理和其他医疗网络进行链接，有力于今后的智慧医疗向个人层面的拓展。
本发明实施例的一种基于本发明的基于手机app7的可穿戴式个人健康检测装置及方法，为了克服现有的技术不足采取了以下措施：
1、为了能够体现输出传输的实时性，本设计并没有采用市面上常见的心率血氧传感器模块，比如：MAX30102，而是换成了一个医用模块JFH111。用户能够直观并且精准地看到自己心率和血氧的变化。
2、利用单片机作为检测系统的核心，单片机作为计算和控制的中心，使得系统的数据处理更加的精确，而整个系统也可以做的更加紧凑，便于用户的佩戴和使用。
3、由于有单片机的智能运算和控制，并且要与手机app7进行联动。本实施例中并非让三个参数逐一发送，而是规定了一个数据格式，也就是将数据发送前打包成为：{心率#血氧#步数}。手机app7端接收到这个数据包后，进行数据拆分，就可分别得到三个参数。
4、手机app7可以对个人的健康数据进行处理，并可以对一定时间段的数据进行分析。同时，可以利用手机的联网功能和其他医疗健康网络进行链接，为今后的全民智慧医疗提供基础的实时数据，有利于监控到每个人的个人健康状况。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，其特征在于，包括：一穿戴装置本体、以及固定于所述穿戴装置本体的一电源模块、一数字血氧饱和度检测机构、一三轴加速度传感器、一微控制器、一显示模块和一蓝牙模块；所述微控制器连接所述电源模块、所述数字血氧饱和度检测机构、所述三轴加速度传感器、所述显示模块和所述蓝牙模块，并通过所述蓝牙模块与一手机app通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，其特征在于，所述数字血氧饱和度检测机构包括两发光二极管、至少一光电接收管和一数字血氧饱和度检测模块；所述光电接收管通过所述数字血氧饱和度检测模块连接所述微控制器。
3.根据权利要求2所述的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，其特征在于，所述微控制器采用STM32单片机。
4.根据权利要求3所述的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器的型号为MPU-6050。
5.一种基于权利要求3所述的基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置的检测方法，包括步骤：
S1：用户佩戴所述基于手机app的可穿戴式个人健康检测装置；
S2：所述微控制器接收所述数字血氧饱和度检测机构的电信号和所述三轴加速度传感器的传感信号；
S3：所述微控制器根据所述电信号采用光电容积法测量获得所述用户的血氧饱和度数据和心率数据；所述微控制器根据所述传感信号计算获得所述检测者的步数数据；
S4：所述微控制器控制所述显示模块显示所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据；
S5：所述微控制器将所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据打包通过所述蓝牙模块发送给所述手机app；
S6：所述手机app存储所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据并对一固定时间段的所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据进行分析。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，还包括步骤：
S7：所述手机app将所述血氧饱和度数据、所述心率数据和所述步数数据与正常值进行比较后，生成保健建议，并将所述保健建议反馈给所述用户。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述微控制器根据所述传感信号计算获得所述检测者的步数数据步骤进一步包括步骤：
a、所述微控制器获取所述三轴加速度传感器采集的三个相互垂直的坐标轴上的三个实测加速度；
b、利用低通滤波器对所述实测加速度进行滤波，获得处理后的一第一加速度ax、一第二加速度by和一第三加速度cz；
c、利用公式(1)计算特征值V：
d、判断所述特征值V是否大于一阈值，如大于计步一次，否则返回步骤a；
e、判断是否结束计步，如是结束步骤，否则返回步骤a。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述阈值采用13.9。
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