CN203914894U - 连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环，该智能手环包括手环本体，手环本体内部嵌设有监控电路，监控电路包括主控制单元及多种监测单元。各监测单元同时检测各类人体生理体征数据，由主控制单元进行并行处理。本实用新型采用正反均可扣合的搭扣设计，使得设备可变形为便携挂件，用户可按需取用进行单次人体生理体征量测或变形为腕表形态，用户可随身长期佩戴。对各传感采样点在手环上的位置做了精心的布置，使得手环的操作更加便捷且提升数据采集的准确性，用户可单手触发启动或由主控制单元控制定时启动监测功能；设有无线通信单元，能够与移动终端进行数据同步，用户能够实时了解人体生理体征及健康状况。
Description
技术领域
本实用新型属于人体生理体征监测技术领域，具体涉及一种连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环。
背景技术
目前，市面上针对健康保健相关功能的产品，如需测量人体生理体征参数多由多种独立医疗或保健设备分别测试完成。比如水银或电子体温表测体温，听诊器测心跳，上臂或腕式血压计测血压，手指血氧仪测血氧，心电图机测ECG心电全图，HOLTER24小时动态心电图仪或24小时动态血压计。上述每种设备均是完成单一功能，形态偏大，笨重，测量操作复杂，且测量结果无法转换为统一格式的电子化数据，不能通过便捷的联网手段传至云端数据库存储并进行进一步的分析处理。
另一方面，市面上的可穿戴式产品主要是针对健康运动相关功能的产品，且小型化、便携的特点极大地方便了人们的生活。但是关于人体健康方面的人体生理体征监测，例如采集心率、心电图、血压、血氧等人体生理体征的功能，现有的相关产品均无法实现。因此，有必要提供一种小型化的、能全面监测人体生理体征的可穿戴式产品。
实用新型内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环。具体的技术方案如下：
一种用于连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环，包括一手环本体，手环本体的内部嵌设有监控电路；监控电路包括一主控制单元，以及分别与主控制单元连接的：
血氧浓度监测单元，包括LED光电传感器以及第一匹配电路；
血压心率监测单元，包括柔性天线组以及第二匹配电路；
心电信号监测单元，包括正负干电极以及心电信号检测处理芯片。
作为优化方案，LED光电传感器突设于手环本体的外侧表面；
心电信号监测单元的外侧心电电极设置在LED光电传感器的周围，且外侧心电电极突出于手环本体的高度大于LED光电传感器突出于手环本体的高度；内侧心电电极设置在手环本体的内侧表面，且位置与外侧心电电极相对应；
柔性天线组嵌入在手环本体内，且靠近手环本体的内侧表面；所述柔性天线组的位置，当使用者佩戴手环时正好与人体手腕桡动脉的位置交叉。
作为优化方案，手环本体包括依次连接的第一搭扣部件、绳带以及第二搭扣部件，其中，第一搭扣部件与第二搭扣部件相配合，可相互扣合；第一搭扣部件设有一卡扣，第二搭扣部件设有与卡扣相配合的卡槽；第二搭扣部件的两侧面均可与第一搭扣部件相卡合。
作为优化方案，手环本体的外侧表面嵌设有一显示屏，显示屏与主控制单元连接，用于显示监测到的数据。
作为优化方案，监控电路还包括与主控制单元连接的通信单元，通信单元包括一蓝牙芯片以及通信天线组，用于将主控制单元获取的数据同步至外部的移动终端。
作为优化方案，监控电路还包括分别与主控制单元连接的温度传感单元以及六轴运动传感单元；
温度传感单元包括温度传感器以及第三匹配电路；温度传感器突设于手环本体的内侧表面，用于与人体皮肤接触采集温度数据；六轴运动传感单元包括一六轴运动传感器，用于采集人体运动数据。
作为优化方案，主控制单元包括一微处理器MCU，MCU内集成有浮点运算单元FPU。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的智能手环集成了多种传感电路，可对多种人体生理体征进行采集，并实现各类采集数据的并行处理；
(2)本实用新型对各传感采样点在手环上的位置做了精心的布置，使得手环的操作更加便捷且提升数据采集的准确性；
(3)本实用新型提供的智能手环采用正反均可扣合的搭扣设计，使得设备可变形为挂件形态，用户按需取用，辅助用手对挂件做“C”型上下两点固定，自然放置挂件绕手腕半周即可进行单次人体生理体征量测或变形为手环形态，供用户随身佩戴24小时随时随地监控人体生理体征需求；
(4)本实用新型提供的智能手环设有无线通信单元，能够与移动终端进行数据同步，用户能够实时了解人体生理体征及健康状况。
附图说明
图1为本实用新型提供的智能手环的结构框图；
图2为手环本体的外侧表面的结构示意图；
图3为手环本体的内侧表面的结构示意图；
图4智能手环与搭扣平铺结构示意图；
图5为智能手环搭扣反扣为挂件形态及使用示意图；
图6为智能手环搭扣正扣为腕表形态及使用示意图。
上图中序号为：1-手环本体、11-显示屏、121-外侧心电电极、122-内侧心电电极、2-监控电路、21-主控制单元、221-LED光电传感器、222-第一匹配电路、231-柔性天线组、232-第二匹配电路、24-心电信号监测单元、251-蓝牙芯片、252-通信天线组、26-温度传感单元、27-六轴运动传感单元、31-第一搭扣部件、32-绳带、33-第二搭扣部件。
具体实施方式
下面结合附图以实施例的方式详细描述本实用新型。
实施例1：
一种用于连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环，包括一手环本体1，手环本体1的内部嵌设有监控电路2。在本实施例中，该智能手环用于套在人体手腕处，通过与人体皮肤的接触，获取人体生理体征。
如图1所示，监控电路2包括一主控制单元21，以及分别与主控制单元21连接的血氧浓度监测单元、血压心率监测单元以及心电信号监测单元24。其中：
血氧浓度监测单元包括LED光电传感器221以及第一匹配电路222。LED光电传感器221包括一双波长光源，用于发射双波长光束，包括红光(RED)和红外光(IR)。在进行血氧浓度监测时，LED光电传感器221用于与人体皮肤接触，将光束射入人体(如人体手指)的皮下毛细血管。LED光电传感器221还包括一光电二极管(photodiode)，由于血液中HbO2和HbO对不同光谱的光会有不同程度的吸收，造成光电二极管(photodiode)接收到对应光谱的反射光光强也会发生相应变化，该光电二极管将相应的光信号转换为能够反映细微光强变化的电信号，第一匹配电路222(SPO2AFE模块)对接收到的光强变化电信号进行滤波、放大和模数转换(ADC)，从而获得光强变化数据，并将光强变化数据发送至主控制单元21。
血压心率监测单元包括柔性天线组231以及第二匹配电路232；其中，柔性天线组231包括两根柔性天线，两条柔性天线贴附在手腕上分别与桡动脉构成交叉所确定的两点称为量测两点。柔性天线组231用于与人体皮肤接触(如贴附在手腕半周)，对手腕部动脉血管壁选定的量测两点，在受流体压力时所产生的细微震动位移和频率进行量测，获取反映量测点血管微震动的无线信号，第二匹配电路用于将将记录血管微震动的无线信号还原为电信号数据依次进行高通滤波、信号放大、低通滤波以及数模转换，再将血管微震动数据发送至主控制单元21。
心电信号监测单元24包括正负干电极和心电信号检测处理芯片。在本实施例中，该心电信号检测处理芯片的型号为BMD101，该芯片体积较小，尺寸仅有3mm×3mm，适于与本实用新型提供智能手环；但芯片的具体型号不限于此，也可以采用其他类似的集成电路芯片。心电信号检测处理芯片用于处理与人体皮肤接触的电极采集到的uA～mA生物电流信号，通过集成的内置信号滤波，调制和放大电路来采样记录测量时间段里的人体动态心电信号，并将心电数据发送至主控制单元21。
主控制单元21包括一微处理器(MCU)，该MCU内集成有浮点运算单元FPU。在本实施例中，该MCU选用低功耗、高效能的ARM-Cortex M4系列微处理器(MCU)作为集中控制单元，管理各项测量任务，通过SPI或I2C接口与各监测单元电路相连，从各监测单元获得的各类原始数据，借助该微处理器的专有浮点运算单元(FPU)可实时并行处理各项测量获得的原始数据，并计算转化为有意义的人体体征生理指标。
主控制单元21可用于执行下列具体工作：根据光强变化数据计算获得人体血氧浓度，对血氧浓度进一步分析还可获得呼吸状态参数；根据血管微震动数据计算获得人体动态血压和动态心率；根据心电数据计算获得人体心电图信号，对心电图信号进一步分析还可获得疲劳和放松程度参数。调度管理多项任务包括数据通信、屏幕显示、电池和时间管理等。
为了显示监测到的数据，为了提升客户的使用体验，在本实施例中，手环本体1的外侧表面嵌设有一显示屏11，显示屏11与主控制单元21连接，用户通过显示屏可实时了解监测情况。
为了实现智能手环的功能扩展，便于监测数据的显示和进一步处理，在本实施例中，监控电路2还包括与主控制单元21连接的通信单元，通信单元包括一蓝牙芯片251以及通信天线组252，用于将主控制单元21获取的数据同步至外部的移动终端。其中，蓝牙芯片251可采用型号为cc2541的低功耗蓝牙芯片，此仅为举例，也可采用其他的类似芯片。这里的移动终端可以是手机、平板电脑、PDA、笔记本电脑等，但不限于此。移动终端可将接收到的监测数据通过多种直观的方式显示给用户，进一步提升客户的使用体验；另外还可通过移动终端进一步将监测数据上传至云端，由云端对监测数据做更加全面、智能的分析。
为了提供类型更丰富的监测数据，利于进一步的数据分析，在本实施例中，监控电路2还包括分别与主控制单元21连接的温度传感单元26以及六轴运动传感单元27。其中：
温度传感单元26包括温度传感器261以及第三匹配电路。温度传感器261突设于手环本体1的内侧表面，用于与人体皮肤接触采集温度数据，并将温度数据发送至主控制单元21。在本实施例中，温度传感器261可选用误差精度为0.1℃的高灵敏度薄膜铂电阻式温度传感器261，其与第三匹配电路(TEMP)配合工作，进行温度监测。
六轴运动传感单元27包括一xyz轴加速度和角速度传感器，可采用型号为MPU6050的六轴运动传感器，用于采集人体运动数据，并将人体运动数据发送至主控制单元21。
本实施例提供的智能手环的工作流程具体为：
首先，各监测单元同步对各类人体生理体征和活动状态进行检测，并将检测到的监测数据发送到主控制单元。
然后，主控制单元并行对各类监测数据进行接收和分析处理，获得人体生理体征及健康状况数据。
最后，主控制单元将所有人体生理体征以及人体健康状况的相关数据显示在显示屏上；同时，相关数据也可通过通信单元发送到移动终端上，由移动终端进行显示或上传至云端。
实施例2：
如图2和图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例提供了传感点的在手环本体1上的位置设计，能够使得数据的采集更加准确，具体包括如下内容：
LED光电传感器221突设于手环本体1的外侧表面；在本实施例中，该LED光电传感器221的触摸部分设计为方形。
心电信号检测处理芯片包括用于接触人体皮肤进行感测的内侧心电电极122和外侧心电电极121，即包括一正极和一负极；若内侧心电电极122为正极，则外侧心电电极121为负极；若内侧心电电极122为负极，则外侧心电电极121为正极。其中，外侧心电电极121设置在LED光电传感器221的周围，在本实施例中，外侧心电电极121呈圆环状，包裹在LED光电传感器221的外围；且外侧心电电极121突出于手环本体1的高度大于LED光电传感器221突出于手环本体1的高度。内侧心电电极122设置在手环本体1的内侧表面，且位置与外侧心电电极121相对应。只有当内侧心电电极122和外侧心电电极121同时接触人体皮肤时，才能接通心电信号检测处理芯片，开始进行心电信号检测。
在本实施例中，通过传感器的精密排列放置，实现所有测量靠单手单次触发，即可启动所有工作。如图2和图3所示，在一般情况下，仅有内侧心电电极122接触人体皮肤(手腕处)，外侧心电电极121并不接触人体皮肤，无法产生有效的心电信号输入。当需要产生有效的心电信号时用户需将手指完全覆盖住心电电极121的表面，借此内侧心电电极122受力也同时与人体皮肤接触，即可触发系统检测到心电信号。系统通过监测到有效的心电信号输入，判断用户已经有单手触摸在触发启动，即刻再开启血氧浓度监测所用的LED发光二极管，动态血压和心率监测所用的柔性天线和体表温度监测所用的温度传感器的量测工作。由于血氧浓度的检测要求人体皮肤完全遮盖LED光电传感器221的发光区域，因此，将外侧心电电极121设计为圆环状，且其突出于手环本体1外表面的高度大于LED光电传感器221突出于手环本体1外表面的高度，这样，当人体皮肤在接触外侧心电电极121的同时即满足血氧量测要求的将LED光电传感器221的发光区域完全遮盖。
柔性天线组231嵌入在手环本体1内，且靠近手环本体1的内侧表面。这样设计的理由在于：柔性天线组231是用于感知人体脉搏(如桡动脉)震动的，并以此计算人体的血压和心率。用户在自然佩戴手环时，柔性天线组231已处在对应于桡动脉的最佳位置，可保证监测数据的准确性。
温度传感器261突设于手环本体1的内侧表面，与显示屏11的位置相对应，当用户在自然佩戴手环时，借助显示屏11居于手腕正上方便于日常查看，与其位置相对应的温度传感器261就能够保证接触到人体皮肤。
本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3：
本实施例与实施例1，2的区别在于：本实施例提供了智能手环的不同扣搭方式和量测应用，具体包括如下内容：如图4所示，手环本体包括依次连接的第一搭扣部件31、绳带32以及第二搭扣部件33，其中，第一搭扣部件31与第二搭扣部件33相配合，可相互扣合；第一搭扣部件31设有一卡扣，第二搭扣部件33设有与卡扣相配合的卡槽。在本实施例中，显示屏设置在第一搭扣部件31上，卡扣位于设有显示屏的一侧；卡槽的形状结构与卡扣相配合，第二搭扣部件33的两侧面均可与第一搭扣部件31扣合。
如图5所示若智能手环的搭扣为反扣，即，通过卡槽和卡扣的配合，使第二搭扣部件33的一侧面与第一搭扣部件31相互卡合时，手环本体呈挂件状，智能手环作为挂件使用，量测时用手进行辅助对挂件做“C”型上下两点固定，辅助用手按压住的上接触点心电圆环干电极121，辅助用手按压住的下接触点为挂件尾部，使挂件可自然环绕被量测的手腕半周，即可获取人体生理体征。
如图6所示若智能手环的搭扣为正扣，即，通过卡槽和卡扣的配合，使第二搭扣部件33的另一侧面与第一搭扣部件31相互卡合时，可形成可佩戴的腕表，戴于人的手腕上，可随时随地单手触发启动生理体征监测或由主控制单元控制定时启动非干预式生理体征连续监测功能。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于连续监控人体生理体征的可穿戴式智能手环，其特征在于，包括一手环本体，所述手环本体的内部嵌设有监控电路；所述监控电路包括一主控制单元，以及分别与所述主控制单元连接的：
血氧浓度监测单元，包括LED光电传感器以及第一匹配电路；
血压心率监测单元，包括柔性天线组以及第二匹配电路；
心电信号监测单元，包括正负干电极和心电信号检测处理芯片。
2.根据权利要求1所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，
所述LED光电传感器突设于所述手环本体的外侧表面；
所述心电信号监测单元的正负干电极中，一个干电极设于手环本体的外侧，另一个干电极设于手环本体的内侧；其中，外侧心电电极设置在所述LED光电传感器的周围，且所述外侧心电电极突出于所述手环本体的高度大于所述LED光电传感器突出于所述手环本体的高度；所述内侧心电电极设置在所述手环本体的内侧表面，且位置与所述外侧心电电极相对应；
所述血压心率监测单元的柔性天线组嵌入在所述手环本体内，且靠近所述手环本体的内侧表面；当使用者佩戴手环时，所述柔性天线组的位置环绕人体手腕半圈，与人体手腕桡动脉走向的位置交叉。
3.根据权利要求1所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，所述手环本体包括依次连接的第一搭扣部件、绳带以及第二搭扣部件，其中，所述第一搭扣部件与所述第二搭扣部件相配合，可相互扣合；所述第一搭扣部件设有一卡扣，所述第二搭扣部件设有与所述卡扣相配合的卡槽；所述第二搭扣部件的两侧面均可与所述第一搭扣部件相卡合。
4.根据权利要求1所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，所述手环本体的外侧表面嵌设有一显示屏，所述显示屏与所述主控制单元连接，用于显示监测到的数据。
5.根据权利要求1所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，所述监控电路还包括与所述主控制单元连接的通信单元，所述通信单元包括一蓝牙芯片以及通信天线组，用于将所述主控制单元获取的数据同步至外部的移动终端。
6.根据权利要求1或4所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，所述监控电路还包括分别与所述主控制单元连接的温度传感单元以及六轴运动传感单元；
所述温度传感单元包括温度传感器以及第三匹配电路；所述温度传感器突设于所述手环本体的内侧表面，用于与人体皮肤接触采集温度数据；所述六轴运动传感单元包括一六轴运动传感器，用于采集人体运动数据。
7.根据权利要求1所述的可穿戴式智能手环，其特征在于，所述主控制单元包括一微处理器MCU，所述MCU内集成有浮点运算单元FPU。
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