CN202891909U

CN202891909U - 基于gps/gprs的移动式生命体征远程监测装置

Info

Publication number: CN202891909U
Application number: CN 201220574926
Authority: CN
Inventors: 薛茹; 王聪华; 吴宗胜; 潘光秀; 高屹
Original assignee: TIBET UNIVERSITY FOR NATIONALITIES
Current assignee: TIBET UNIVERSITY FOR NATIONALITIES
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-11-02

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，由数据采集装置和腕带、袖套组成，数据采集装置与腕带固定连接并与袖套活动连接，其中，数据采集装置包括体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、GPS定位模块、GSM/GPRS模块、数字信号处理器、数字液晶显示显示屏和电源模块。适用于对移动人员的日常佩戴，其主要用途是对佩戴人员的生命体征信息进行监测，并能将监测到的数据通过移动无线网路模块发送到监控中心，监控中心可以实时了解佩戴人员的身体健康情况，实现远程测量和监控，保证在野外工作、旅游等移动人员的安全，对身体状况有问题的外出人员起到了积极的监护和指导作用。

Description

基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置

技术领域

本实用新型属于电子自动化控制技术领域，具体涉及一种基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置。

背景技术

目前国内外生命体征监测装置多数靠不同传感器进行测量。传统的传感器和医疗仪器一般不能作为可穿戴生命体征监测装置中的元件，因为穿起来不适不能长时间穿戴。另外，当长时间使用电极时，电极中的凝胶变干会有刺激性。同时，电极和皮肤之间的接触电阻随时间变化，从而降低信号获得的质量。因此，在传统的监测装置中，会安装很多装置阻碍这种情况发生，会导致可穿戴装置变得笨重。

先进的生物传感器对生命体征监测装置，能监测心率、皮肤温度、身体核心温度等，尽管测试系统在极端环境的珠穆朗玛峰也能运行良好，但它缺乏跟踪能力，不能同时监测生命体征和被监测者的位置，并进行跟踪。

袖章式可穿戴的生命体征监测装置，已被应用于研究在正常受试者和慢性阻塞性肺疾病课题，用于监测被检测者身体运动和能量消耗。该设备通过间接量热法能对受测者身体运动和能源消耗进行有效的估计，但是必须运用具体算法来提高估计的准确性。

可穿戴的智能背心是一种可穿戴的监测装置，能监测如心电图、心率、收缩压和舒张压、身体温度等生命体征。它是通过腰部的生物传感器腰部来采集信号。但它体积较大，不便于被监测人员的运动。

虽然也有腕式生命监测装置的出现，但是由于它只能检测某个固定范围内运动的被监测人员的生命体征，并且要在网络覆盖范围内进行监测，应用范围受到了极大的限制。

总的来说，以上这些设备仪器的体积大，重量大，不方便个人随身携带，对在野外作业和旅游等移动人员无法进行实时监测，对被监测的移动人员发生意外情况时无法报警和定位，也无法进行实时救助指导，所以它们不适合野外作业和旅游等移动人员的生命体征实时监测。

发明内容

针对现有设备仪器存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，该装置可以对移动人员的生命体征信息进行检测，实时了解佩戴人员的身体健康情况，保证在野外工作、旅游等移动人员的安全，对身体状况有问题的外出人员起到了积极的监护和指导作用。

为了实现上述技术任务，本实用新型采用如下的技术解决方案：

一种基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，由数据采集装置、腕带和袖套组成，数据采集装置与腕带固定连接并与袖套活动连接；

所述的数据采集装置包括数字信号处理器，在数字信号处理器上分别连接有温传感器、血压传感器、脉搏传感器、GPS定位模块、GSM/GPRS模块、数字液晶显示屏和电源模块；其中，GSM/GPRS模块与监控中心之间进行无线通讯。

本实用新型的其它特点是：

所述的体温传感器采用NTC热敏电阻。

所述的血压传感器采用BP300T芯片。

所述的脉搏传感器采用SHK-2000B芯片。

所述的GPS定位模块采用NavCore-S芯片，GSM/GPRS模块采用GE865-QUAD芯片。

所述的数字信号处理器采用ATMEGA128单片机。

所述的数字液晶显示屏采用LGM12641BS1R图形图像液晶芯片。

本实用新型的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，将体积尽可能小的体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、GPS模块、GSM/GPRS模块以及微处理器连接集成在一起，组成微型的可佩带式的监测装置，将体征传感模块（包括体温传感器、血压传感器、脉搏传感器）的感应接触输入端制成与人体手腕接触的腕带和测量血压用的袖套（由腕带固定在手腕动脉跳动幅度最大处），输出端与微处理器模块的输入端连接，袖套固定在手上臂并通过气管与血压传感器连接。方便移动人员使用。

体温传感器、血压传感器、脉搏传感器将采集到的人体体表温度、血压、脉搏的模拟信号转换成数字信号后传输给数字信号处理器，数字信号处理器将接收到的数字信号温度、血压和脉搏显示到液晶显示屏上，同时每隔一时间段通过GSM/GPRS芯片将采集到的信号发送到远程监控中心；监控中心将接收到的移动人员生命体征信息保存到数据库中，并实时监控被监测人员的体征状况，当监测到体征异常报警，医务人员可即刻通过短信对被监测人员进行远程救助指导。一旦监测到严重的异常情况，或被监测人员发出急救信号，需要到现场救助，则监控中心向装置发送位置定位指令，装置接收到指令后开启GPS定位模块的定位功能，持续向监控中心发送位置定位信息，监控中心可以很快在电子地图上找出被检测人员位置和前往路线，从而展开快速的救援。

本实用新型的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，是一种腕戴式微型设备，其主要用途是对佩戴人员的生命体征信息进行监测，在自动测量模式和手动测量模式下均可工作，测量结果可自动通过无线发送到监控中心，监控中心计算机接收到测量数据后保存到数据库中，并可根据系统设置的上限和下限参数进行异常报警。通过应急求救报警按钮向监控中心报警求助，并可向监控中心发送GPS定位信号，告知监控中心自己当前的确切位置，通过GSM/GPRS接收监控中心的发来的远程救助指导信息。

该装置与现有技术设备相比，具有以下优点：

（1）体积小、重量轻，易于随身携带；

（2）易于使用，检测结果数字显示，清晰直观，佩戴人员可随身了解自己的身体情况，并可手动紧急求救报警；

（3）检测结果可实时传回监控中心，监控中心能对各种体征异常状况实施快速响应，根据不同情况对被监测人员进行实时救助指导；

（4）性价比高，使用寿命长，发展前景好，推广面积大。

附图说明

图1为本实用新型的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置的结构原理框图；

图2为热敏电阻传感器的测温接口电路；

图3为血压传感器的传感电路和外围电路原理图；

图4为单片机外围接口电路原理图。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释说明。

具体实施方式

如图1所示，本实施例给出一种的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，由数据采集装置、腕带和袖套组成，数据采集装置与腕带固定连接并与袖套活动连接；其中，数据采集装置包括与数字信号处理器连接的体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、GPS定位模块、GSM/GPRS芯片模块、以及无线连接的监控中心。

本实施例中，体温传感器采用NTC热敏电阻，血压传感器采用BP300T芯片，脉搏传感器采用SHK-2000B芯片，GPS定位模块采用NavCore-S芯片，GSM/GPRS模块采用GE865-QUAD芯片，数字信号处理器采用ATMEGA128单片机，数字液晶屏采用LGM12641BS1R图形图像液晶芯片。这些芯片集成度高，是同类芯片中尺寸最小或较小的，可以方便集成一个整体比较小的可佩戴式的人体体征检测装置。

1、体温传感器：

体温传感器采用NTC热敏电阻，NTC热敏电阻，即电阻值随温度升高而降低的负温度系数（Negative Temperature Coefficient，NTC）热敏电阻，使用它来测量体温，具有体积小、测试精度高、反应速度快、稳定可靠、抗老化、一致性好等特点。热敏电阻的阻值会随温度升高而降低，特定的电阻值对应特定的温度值。

热敏电阻温度特性可以近似地用下式来表示：

R_T＝R_N×EXP[B×(1/T-1/T_N)]

式中：R_T、R_N分别表示NTC在温度T（K）和额定额定温度T_N(K)下的电阻值，单位Ω；T、T_N为温度，单位K（1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，摄氏温度和其转换关系为：T_N(K)=273.15+T_N（℃)）。B，称作B值，NTC热敏电阻特定的材料常数(Beta)。

选用MF51型热敏电阻作为测量体温的元件，经过精密的计算和实验得出其阻值和温度的对应关系表。利用查表法得出热敏电阻的电阻值以及对应的温度值。热敏电阻传感器的测温接口电路如图2所示，NTC热敏电阻VR1和测量电阻Rm（精密电阻）组成一个简单的串联分压电路，参考电压Vref经过分压可以得到一个随着温度值变化而变化的电压值Vadc，这个电压的大小将反映出NTC电阻的大小，从而也反映出相应温度值。

通过欧姆定律可以得到输出电压值Vadc和NTC电阻值的一个关系表达式：

Vadc＝Vref*Rm/（Rv+Rm）

在ADC进行数据采集的过程中不可能每一个电阻数值都在关系表中整温度所对应的ADC数值上，所以在关系表中两个数据的中间一段进行线性插值，从而进一步的得到精确温度值。设计后其测温范围为32℃～46℃，响应时间≤10s，测温精度可达0.2℃。

2、血压传感器：

血压传感器采用BP300T芯片，它是专为电子血压计开发的一款压力传感器，具有体积小、结构简单、性能稳定、可靠性好、通用性强等优点，非常适用于腕式\臂式电子血压计、医疗按摩器等需要控制气体压力的设备和器械中。芯片把感应到的压力信号转换为相应的电压信号，并且是线性对应的。它的主要参数指标为：300mmHg的压力感受范围；零漂是±20mv；输出电压范围是100±30mv；供电电压为5VDC；环境温度范围为-20℃~+100℃。本血压传感器测量部分装置主要包括压力传感、袖套、气泵、信号放大部分。其传感电路和外围电路原理图如图3所示，传感电路主要由BP300T压力传感器和AD620仪用放大器，外围电路则使用LM324四运算放大器实现对袖套压力信号的分离。当装置收到测量血压指令时，单片机控制微型直流气泵电机令其工作（输出高电平），气泵对连接的袖套进行充气，加大压力，通过气管与袖套相连的BP300T芯片传感器对袖套的压力进行采样。当袖套压力达到190mmHg时停止充气（输出低电平），袖套的固定放气阀由快到慢地进行缓慢放气，同时血压传感器对袖套的压力进行采样。采样后的信号进行信号放大和滤波处理，并根据基于脉搏波时间变化规律进行血压测量的原理，可以测出血压的收缩压和舒张压。

3、脉搏传感器：

脉搏传感器采用SHK-2000B传感器，其将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内部，输出完整的脉搏波电压信号。具有灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。SHK-2000B传感器的输出端直接连接单片机的A/D端口，由单片机定时对SHK-2000B传感器的输出数据进行采集，得到脉搏数据后显示到装置液晶屏上。SHK-2000B传感器测脉搏时，将SHK-2000B传感器放在手腕动脉跳动幅度最大处测量最为准确。

4、GPS定位模块：

GPS定位模块采用NavCore-S芯片。NavCore-S具有定位精度高、启动时间短、可靠性高的特点；同时尺寸小、重量轻、功耗低，可适应多种载体需要；兼容市场主流低功耗RF芯片。为导航、测量、授时等专业领域提供了完全国产化的高性能核心器件。可以选择支持北斗二号、GPS、GLONASS任意一个星座，热启动1秒、冷启动<35秒，重捕获<1秒；单点定位精度5米，差分定位精度0.5米。7x7x0.8mm的尺寸十分适用于微型的电子装置。GPS定位模平时处在待机状态，当接收到定位指令后启动，并持续将定位信息传送到微信号处理器。

5、GSM/GPRS模块：

GSM/GPRS模块采用GE865-QUAD芯片。GE865产品系列是现今市场上最小的GSM/GPRS球栅列，GE865-QUAD的小巧设计和独特的BGA封装，内嵌TCP/IP、UDP、FTP、SMTP协议，非常适合于超紧凑的应用。GSM/GPRS模块负责装置的数据无线传送，向监控中心发送测量结果等数据，并接收监控中心发来的短信信息。

6、数字信号处理器：

本实施例中，数字信号处理器采用ATMEGA128单片机。ATMEGA128单片机是ATMEL系列高性能，低能耗AVR 8位单片机，内部集成两个8位定时器、8路10位A/D转换器、多组8路I/O端口、以及多个内部和外部中断源，完全满足本装置的输入输出和A/D转换需求。ATMEGA128单片机主要外围接口电路原理图如图4所示。ATMEGA128单片机可在自动测量模式和手动测量模式工作。当在自动模式工作时，ATMEGA128单片机将会定时循环采集各个传感器的数据，并向监控中心发送检测结果；当在手动模式工作时，ATMEGA128单片机将等待按钮指令检测指定的体征，如体温、血压、或脉搏。检测到结果后通过GSM/GPRS将数据发送到远程监控中心。监控中心是一台计算机，监控中心将接收到的移动人员生命体征信息保存到数据库中，并实时监控被监测人员的体征状况，当监测到体征异常报警，医务人员可即刻通过发送短信对被监测人员进行远程救助指导。一旦监测到严重的异常情况，需要到现场救助，则监控中心向数据采集装置发送位置定位指令，数据采集装置接收到指令后开启GPS定位模块的定位功能，持续向监控中心发送位置定位信息；或被监测人员自己连续按下紧急求救报警按钮，ATMEGA128单片机将自动开启GPS定位模块的定位功能，并向监控中心发出紧急求救信号和位置信息，等待救援。

7、数字液晶屏：

数字液晶屏采用LGM12641BS1R图形图像液晶芯片。LGM12641BS1R图形图像液晶芯片可以显示汉字及图形，内置5166个中文汉字（16*16点阵）、126个字符（8*16点阵），可以满足显示大量信息的要求。

8、电源模块由大容量锂电池直接供电，并支持充电功能。

本实用新型的装置所用的电子元器件稳定可靠，均为市售的已知产品，本领域技术人员根据本申请的技术效果即可实现各电子元器件的连接。

Claims

1.一种基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，由数据采集装置、腕带和袖套组成，数据采集装置与腕带固定连接并与袖套活动相接；

2.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述的体温传感器模块采用NTC热敏电阻。

3.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述的血压传感器模块采用BP300T芯片。

4.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述的脉搏传感器采用SHK-2000B芯片。

5.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述的GPS定位模块采用NavCore-S芯片，GSM/GPRS模块采用GE865-QUAD芯片。

6.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述的数字信号处理器采用ATMEGA128单片机。

7.如权利要求1所述的基于GPS/GPRS的移动式生命体征远程监测装置，其特征在于，所述数字液晶显示屏采用LGM12641BS1R图形图像液晶芯片。