CN205866739U

CN205866739U - 一种心电检测和理疗设备

Info

Publication number: CN205866739U
Application number: CN201620368770.6U
Authority: CN
Inventors: 周小飞
Original assignee: Shenzhen Good Domain Along Core Technology Co Ltd
Current assignee: Jiayu Shunxin Guangdong Internet Of Things Technology Co ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2026-04-27

Abstract

本实用新型公开了一种心电检测和理疗设备，该设备包括主控MCU、理疗驱动模块、心电检测模块、蓝牙射频模块、智能移动设备。蓝牙射频模块与主控MCU连接；蓝牙射频模块与智能移动设备之间采用无线通信；主控MCU分别与理疗驱动模块、心电检测模块连接；心电检测模块具有三个干性电极，心电检测模块通过干性电极采用三导联心电检测技术进行心电检测。该设备采用电极式测量心电，直接接触人体皮肤，不受外界干扰，提高了心电检测的准确率。该设备或方法将理疗、心电检测功能集于一体，功能齐全，携带方便。

Description

一种心电检测和理疗设备

技术领域

本实用新型涉及医疗技术领域，尤其涉及一种心电检测和理疗设备。

背景技术

现有的心电检测设备采用心电监测光电传感器进行心率监测。光电心电监测的不足在于需要有几个可以发光的LED灯，LED灯光照射皮肤下的血管，通过光线折射的血流速度变化，判断当前的心率标准。这类测量设备易受阳光、日光灯及节能灯等环境光和运动产生的干扰。此外，现有的心电检测方法或设备不具有理疗功能，因现有的理疗设备需要有一个比较大的控制主机，通过按键和LCD显示来选择操作和使用，无法与心电检测集成，且不方便携带。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种心电检测和理疗设备，该设备采用电极式测量心电，直接接触人体皮肤，不受外界干扰，提高了心电检测的准确率；该设备或方法将理疗、心电检测功能集于一体，功能齐全，携带方便，降低了成本。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种心电检测和理疗设备，包括主控MCU、理疗驱动模块、心电检测模块、蓝牙射频模块、智能移动设备。蓝牙射频模块与主控MCU连接；蓝牙射频模块与智能移动设备之间采用无线通信；主控MCU分别与理疗驱动模块、心电检测模块连接；心电检测模块具有三个干性电极，心电检测模块通过干性电极采用三导联心电检测技术进行心电检测。理疗驱动模块包含电感L2、NPN型三极管Q5、Q9、Q10、PNP型三极管Q4、Q6、Q7、Q8、二极管D3、D4、电阻R24、R25、R26、R27、R29、R30、R31、R34、R35、R36、电容C36、C37、C39。电池的正极VBAT+依次经电感L2、二极管D3、D4分别与PNP型三极管Q6、Q4的发射极连接；PNP型三极管Q6、Q4的的集电极分别与PNP型三极管Q8、Q7的发射极连接；PNP型三极管Q8、Q7的集电极经电阻R35共地；二极管D4的阴极分别与电阻R24、R25的第一端连接；电阻R24的第二端经电阻R26连接PNP型三极管Q6的基极，电阻R24的第二端并且经过电阻R31连接PNP型三极管Q7的基极；电阻R25的第二端经电阻R27连接PNP型三极管Q4的基极，电阻R25的第二端并且经过电阻R30连接PNP型三极管Q8的基极。电阻R24的第二端经NPN型三极管Q10接地，电阻R25的第二端经NPN型三极管Q9接地。主控MCU经过电阻R34为NPN型三极管Q10的基极提供控制信号，并且经过电阻R36为NPN型三极管Q9的基极提供控制信号；二极管D3的阳极经NPN型三极管Q5接地，主控MCU经电阻R29为NPN型三极管Q5的基极提供脉冲信号。电容C37接在电池的正极VBAT+与地之间；二极管D4经电容C36接地。

进一步地，还包括人体皮肤阻抗检测模块、加速度传感模块。人体皮肤阻抗检测模块、加速度传感模块分别与主控MCU连接。人体皮肤阻抗检测模块用于检测人体皮肤的水分；加速度传感模块用于检测人体的运动情况。

进一步地，心电检测模块包含芯片U5、电阻R28、R32、R33、电容C38、C40、C41、C42、C43、C44。芯片U5的型号为BL1830。芯片U5的引脚VDD、VDDA分别经电容C40、C42接地；芯片U5的引脚INP、INN分别经电容C43、C44接地，并且引脚INP、INN、RLD分别连接电阻R32、R33、电阻R28；电阻R32、R33、电阻R28的另一端分别为心电信号的采集端；电容接在所述芯片U5的引脚RLD与RLDFB之间，电容C38接在所述芯片U5的引脚AMP1与AMP2之间；所述芯片U5的引脚OUT将芯片U5处理后的信号传送给主控MCU。

进一步地，人体皮肤阻抗检测模块包含NPN型三极管Q1、Q2、MOS管Q3、电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、电容C23、C24、C45。NPN型三极管Q1的基极依次经过电阻R7、R2接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R4接正极电压VDDSYS；NPN型三极管Q2的基极经过电阻R5接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R6接正极电压VDDSYS；NPN型三极管Q1、Q2的发射极分别与MOS管的S极相连接；电容C23接在NPN型三极管Q2的基极与NPN型三极管Q1的集电极之间，电容C24接在NPN型三极管Q1的基极与NPN型三极管Q2的集电极之间；MOS管Q3的D极接地；主控MCU输出高电平时，MOS管Q3导通；主控MCU从NPN型三极管Q2的集电极接收方波，电阻R1阻值的大小受人体皮肤阻抗的大小而变化，电阻R1阻值的变化影响所述方波频率的变化，不同的方波频率反应不同的人体皮肤阻抗。

本实用新型的有益效果：

(1)该设备采用电极式测量心电，直接接触人体皮肤，不受外界干扰，提高了心电检测的准确率。(2)该设备通过主控MCU控制将理疗、心电检测功能集于一体，功能齐全、携带方便、降低了设备成本。(3)该设备通过人体皮肤阻抗检测模块、加速度传感模块检测检测人体皮肤的水分、和运动情况。

附图说明

图1为该心电检测和理疗设备的方块示意图。

图2为图1中主控MCU的电路原理示意图。

图3为图1中心电检测模块的电路原理示意图。

图4为图1中理疗驱动模块的电路原理示意图。

图5为图1中人体皮肤阻抗检测模块的电路原理示意图。

图6为图1中加速度传感模块的电路原理示意图。

图7为图1中充电模块的电路原理示意图。

图8为图1中静态功耗稳压电源模块的电路原理示意图。

图9为图1中工作状态指示灯的电路原理示意图。

图10为该心电检测和理疗设备的应用方法流程示意图。

其中，图1-图10的附图标记为：主控MCU1、理疗驱动模块2、心电检测模块3、蓝牙射频模块4、智能移动设备5、人体皮肤阻抗检测模块6、加速度传感模块7、低静态功耗稳压电源模块8、工作状态指示灯9、按键10、电池11、充电模块12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种心电检测和理疗设备，包括主控MCU1、理疗驱动模块2、心电检测模块3、蓝牙射频模块4、智能移动设备5、人体皮肤阻抗检测模块6、加速度传感模块7、低静态功耗稳压电源模块8、工作状态指示灯9、按键10、电池11、充电模块12。

蓝牙射频模块4与主控MCU1连接；蓝牙射频模块4与智能移动设备5之间采用无线通信；主控MCU1分别与理疗驱动模块2、心电检测模块3连接。心电检测模块3具有三个干性电极，心电检测模块3通过干性电极采用三导联心电检测技术进行心电检测。主控MCU1还分别与按键10、工作状态指示灯9、人体皮肤阻抗检测模块6、加速度传感模块7、低静态功耗稳压电源模块8相连接；电池11接在主控MCU1与充电模块12之间。

蓝牙射频模块4与智能移动设备5建立无线连接；心电检测模块3通过干性电极和人体进行接触，实时采集心率监控数据和心电图数据；主控MCU1对心电检测模块3采集的数据进行处理，并通过蓝牙射频模块4将数据上传到智能移动设备5上。智能移动设备5获得心率监测信息结果和心电图，数据上传到云端；通过云计算，获得心率变异性（HRV）分析和心电检测报告结果，并显示用户的心脏年龄，心理压力，身体压力和交感-副交感神经指数等，反映身体生理状态及变化趋势。另外，智能移动设备5发送理疗命令，主控MCU1通过蓝牙射频模块4接收到理疗命令后控制理疗驱动模块2，理疗驱动模块2驱动低中频电脉冲按摩设备对人体进行理疗，通过中频电脉冲按摩设备发出的电脉冲刺激肌体，促进肌肉组织恢复，增强代谢循环，对肌肉起到放松效果。利用综合手法，从而达到对用户心脑血管疾病的协助治疗或者预防。

如图2所示，为主控MCU1的电路原理图。主控MCU1用于信号的接收与处理，主控MCU1主要部件为芯片U1，芯片U1首先型号为CY8C4247LQI-BL483的控制芯片。CY8C4247LQI-BL483芯片为CYPRESS公司（中文名赛普拉斯），其具体引脚功能及应用请查找相关说明书。

如图3所示，心电检测模块3包含芯片U5、电阻R28、R32、R33、电容C38、C40、C41、C42、C43、C44。芯片U5的引脚VDD、VDDA分别经电容C40、C42接地；引脚INP、INN分别经电容C43、C44接地，并且引脚INP、INN、RLD分别连接电阻R32、R33、电阻R28。电阻R32、R33、电阻R28的另一端分别为心电信号的采集端L电极、R电极、RL电极。电容接在引脚RLD与RLDFB之间，电容C38接在引脚AMP1与AMP2之间，引脚OUT连接芯片U1的IO（输入\输出）引脚P3[3]。

芯片U5的型号为BL1830，BL1830芯片为深圳贝特莱电子科技有限公司设计的一款IC。BL1680是一款性能优异的电极式心电采集模拟前端芯片；该芯片兼容3电极/2电极采集方式，以极高的集成度实现超低频率的信号处理。它用来提取、放大人体上微弱的反映人体心脏活动的电生理信号；它是一个单通道的微弱信号采集前端,具有增益可调,带宽可调功能,内置内部基准以及低线性稳压结构。

心电检测模块3中心电信号的采集端L电极、R电极、RL电极采用三导联心电监测技术贴在人体上，对人体心脏活动的电生理信号进行采集。三个电极采集到的信号首先经过电容进行滤波；通过芯片U5将三路心电采集信号经过内部优化处理后，转变成一路模拟信号，通过U5的引脚OUT输出给主控MCU1。如图4所示，理疗驱动模块2包含电感L2、NPN型三极管Q5、Q9、Q10、PNP型三极管Q4、Q6、Q7、Q8、二极管D3、D4、电阻R24、R25、R26、R27、R29、R30、R31、R34、R35、R36、电容C36、C37、C39。

电池11的正极VBAT+依次经电感L2、二极管D3、D4分别与PNP型三极管Q6、Q4的发射极连接；PNP型三极管Q6、Q4的的集电极分别与PNP型三极管Q8、Q7的发射极连接；PNP型三极管Q8、Q7的集电极经电阻R35共地。二极管D4的阴极分别与电阻R24、R25的第一端连接。电阻R24的第二端经电阻R26连接PNP型三极管Q6的基极，电阻R24的第二端并且经过电阻R31连接PNP型三极管Q7的基极。电阻R25的第二端经电阻R27连接PNP型三极管Q4的基极，电阻R25的第二端并且经过电阻R30连接PNP型三极管Q8的基极。电阻R24的第二端经NPN型三极管Q10接地，电阻R25的第二端经NPN型三极管Q9接地；NPN型三极管Q10的基极经电阻R34接芯片U1的IO端口P3[7]，NPN型三极管Q9的基极经电阻R36接芯片U1的IO端口P3[6]。二极管D3的阳极经NPN型三极管Q5接地，NPN型三极管Q5的基极经电阻R29连接芯片U1的IO端口P1[3]。电容C37接在电池11的正极VBAT+与地之间。二极管D4经电容C36接地。

NPN型三极管Q5、电感L2、二极管D3、D4、电容C36构成BOOST升压电路，主控MCU1通过调节NPN型三极管Q5控制极（基极）的占空比，在电容C36上得到不同的输出电压。PNP型三极管Q4、Q6、Q7、Q8、NPN型三极管Q9、Q10、电阻R35构成桥式输出驱动电路，主控MCU1发出信号控制NPN型三极管Q9、Q10的控制极（基极），从而使得电容C36上的电压按规律释放。理疗驱动模块2输出有规律的电压用于对人体的理疗。

人体皮肤阻抗检测模块6用于检测人体皮肤的水分。如图5所示，人体皮肤阻抗检测模块6包含NPN型三极管Q1、Q2、MOS管Q3、电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、电容C23、C24、C45。NPN型三极管Q1的基极依次经过电阻R7、R2接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R4接正极电压VDDSYS；电阻R1与电阻R2并联；NPN型三极管Q2的基极经过电阻R5接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R6接正极电压VDDSYS；NPN型三极管Q1、Q2的发射极分别与MOS管Q3的S极相连接；电容C23接在NPN型三极管Q2的基极与NPN型三极管Q1的集电极之间，电容C24接在NPN型三极管Q1的基极与NPN型三极管Q2的集电极之间；MOS管Q3的D极接地，G极连接芯片U1的IO端口P3[0]；NPN型三极管Q2的集电极为人体皮肤阻抗检测模块6的输出端，连接芯片U1的IO端口P3[1]。

人体皮肤的水分的多少决定了人体皮肤阻抗的大小，电阻R1代表人体皮肤的电阻，图中的NPN型三极管Q1、Q2、MOS管Q3等器件构成多皆振荡器。主控MCU1输出高电平时，MOS管Q3导通，人体皮肤阻抗检测模块6开始工作，从CLKCONT端输出50KHz左右的震荡方波发送给主控MCU1，人体电阻R1的大小可以改变电路的频率，从而可以采集并计算出人体电阻。

如图6所示，加速度传感模块7用于检测人体的运动情况，主要构件为LIS3DH芯片。LIS3DH芯片由STMicroelectronics（ST）公司（意法半导体公司）研发设计的一款MEMS数字输出运动传感芯片。LIS3DH芯片可检测三个轴向的加速度，超低功耗工作模式增强了穿戴设备的实用性，可实现先进的省电模式模式和嵌入式智能功能。LIS3DH芯片根据用户的身高体重等特征，来运算运动的步幅和消耗；然后在生活中测量空间中的XYZ轴加速度来判定运动状态，如根据算法分析出一个人走路的时候会得到什么数据，LIS3DH芯片收集到接近的数据时就会认为用户在走路。LIS3DH芯片收集到数据后进行处理并传送给主控MCU1做下一步操作。

如图7所示，充电模块12包含芯片U4、整流桥、电阻R16、R20、R21、电容C34、C35。充电模块12的输入端接整流桥。电阻R16与R20串联，并且电阻R16与R20并联在整流桥的输出端，电容C34、C35分别并联在整流桥的输出端；整流桥的正输出端连接芯片U4的引脚VIN，整流桥的负输出端经电阻R21接芯片U4的引脚PROG；芯片U4的引脚BAT接电池11的正极VBAT+，引脚GND接地，引脚CHGB接主控MCU1的一个IO端口P1[2]。整流桥包含二极管D5、D6、D7、D8。由二极管D5、D6、D7、D8构成无极性充电电路。

市电经充电模块1 2的输入端输入依次经电容C34、C35的滤波后为芯片U4的输入端提供平滑的直流电，芯片U4对输入的电流进行处理后为电池11充电。如图8所示，低静态功耗稳压电源模块8主要部件为芯片U3，芯片U3的型号为HT7533。电池11的正极端VBAT+经二极管D10、电阻R12接到HT7533芯片的输入端Vin，HT7533芯片对电池11的输出电压进行处理，输出稳定的系统工作所需的电压。低静态功耗稳压电源模块8有4个电压输出端口，分别为端口VDDSYS、VDDA、VDDD、VDDR。4个电压输出端口输出的电压经稳压滤波之后为设备中的相应模块供电。

如图9工作状态指示灯9包含发光二极管D21、D22、D23、电阻R13、R18、R19。发光二极管D21、D22、D23分别为蓝色、红色、绿色发光二极管；发光二极管D21、D22、D23相互并联，阳极公共节点接正电压VDDSYS，电阻R13、R18、R19分别为发光二极管D21、D22、D23的限流电阻，发光二极管D21、D22、D23的阴极分别与主控MCU1的IO端口P2[3]、P2[5]、P2[4]连接。

主控MCU1的三个IO端口P2[3]、P2[5]、P2[4]根据设备的工作模式分别通过输出高或低电平，来控制发光二极管D21、D22、D23的灭或亮。采用三种基本色光的组合，工作状态指示灯9在设备处于不同的工作状态时，会发出不同颜色的光。例如长按按键10开机后，工作状态指示灯9闪白色（三色灯全亮时显示白色）；采集心电时，红绿蓝依次循环亮灭等等。

如图10所示，应用上述设备实现心电检测和理疗的方法步骤如下：

S1：长按按键10若干秒，设备自动开机。

初始阶段，按下按键10，主控MCU1的IO端口P2[2]电平被拉低，处于低电平；主控MCU1判断该低电平的持续时间是否超过3秒；如果判断为否，则设备不开机；如果判断为是，则主控MCU1启动设备开机。

S2：等待低功耗蓝牙射频模块4与智能移动设备5建立无线连接。

开机后，低功耗蓝牙射频模块4等待接收智能移动设备5的无线连接请求，与智能移动设备5建立无线连接。

S3：判断在一定时间内无线连接是否成功，若判断为是，则进行S4；若判断为否，则关机休眠。

开机后，可能会无法与智能移动设备5建立无线连接，如果长期的处于开机状态将会增加功耗，因此在等待与智能移动设备5建立无线连接的过程中设定了判断无线连接成功与否的机制，旨在在长时间的等待状态下，使得设备自动进入休眠状态，以节省功耗。S3的具体步骤如下：S301判断低功耗蓝牙射频模块4与智能移动设备5之间是否已建立无线连接；如果判断为是，则进行S4；如果判断为否，则进行S302。S302判断等待时间是否超过设定的时间(如120S)；如果判断为否，则重复本步骤；如果判断为是，则自动关机休眠。

S4：等待接收命令。

S5：判断在一定时间内是否接收到命令；若判断为否，则关机休眠；若判断为是，则进行S6或S7。

S6：若接收到理疗命令，则启动理疗工作：如果主控MCU1接收到智能移动设备5发出的理疗命令，主控MCU1则对理疗驱动模块2发出控制指令，理疗驱动模块2则驱动理疗设备工作；直至智能移动设备5设定的截止时间后，进入休眠。

S7：若接收心率采集命令，则启动心率采集工作：如果主控MCU1接收到智能移动设备5发出的心率采集命令，主控MCU1则对心率采集模块3发出控制指令，心率采集模块3则对心率进行采集。

S8：将采集到的数据上传到智能移动设备5上。

S9：关机。长按按键10若干秒，系统自动关机。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种心电检测和理疗设备，其特征在于：

包括主控MCU、理疗驱动模块、心电检测模块、蓝牙射频模块、智能移动设备；

蓝牙射频模块与主控MCU连接；蓝牙射频模块与智能移动设备之间采用无线通信；主控MCU分别与理疗驱动模块、心电检测模块连接；心电检测模块具有三个干性电极，心电检测模块采用三导联心电检测技术进行心电检测；

所述理疗驱动模块包含电感L2、NPN型三极管Q5、Q9、Q10、PNP型三极管Q4、Q6、Q7、Q8、二极管D3、D4、电阻R24、R25、R26、R27、R29、R30、R31、R34、R35、R36、电容C36、C37、C39；

电池的正极依次经电感L2、二极管D3、D4分别与PNP型三极管Q6、Q4的发射极连接；PNP型三极管Q6、Q4的集电极分别与PNP型三极管Q8、Q7的发射极连接；PNP型三极管Q8、Q7的集电极经电阻R35共地；二极管D4的阴极分别与电阻R24、R25的第一端连接；电阻R24的第二端经电阻R26连接PNP型三极管Q6的基极，电阻R24的第二端并且经过电阻R31连接PNP型三极管Q7的基极；电阻R25的第二端经电阻R27连接PNP型三极管Q4的基极，电阻R25的第二端并且经过电阻R30连接PNP型三极管Q8的基极；

电阻R24的第二端经NPN型三极管Q10接地，电阻R25的第二端经NPN型三极管Q9接地；

主控MCU经过电阻R34为NPN型三极管Q10的基极提供控制信号，并且经过电阻R36为NPN型三极管Q9的基极提供控制信号；二极管D3的阳极经NPN型三极管Q5接地，主控MCU经电阻R29为NPN型三极管Q5的基极提供脉冲信号；

电容C37接在电池的正极与地之间；二极管D4经电容C36接地。

2.根据权利要求1所述的心电检测和理疗设备，其特征在于：

还包括人体皮肤阻抗检测模块、加速度传感模块；

所述人体皮肤阻抗检测模块、加速度传感模块分别与主控MCU连接；

所述人体皮肤阻抗检测模块用于检测人体皮肤的水分；

所述加速度传感模块用于检测人体的运动情况。

3.根据权利要求1所述的心电检测和理疗设备，其特征在于：

所述心电检测模块包含芯片U5、电阻R28、R32、R33、电容C38、C40、C41、C42、C43、C44；

所述芯片U5的型号为BL1830；

芯片U5的引脚VDD、VDDA分别经电容C40、C42接地；芯片U5的引脚INP、INN分别经电容C43、C44接地，并且引脚INP、INN、RLD分别连接电阻R32、R33、电阻R28；电阻R32、R33、电阻R28的另一端分别为心电信号的采集端；电容接在所述芯片U5的引脚RLD与RLDFB之间，电容C38接在所述芯片U5的引脚AMP1与AMP2之间；所述芯片U5的引脚OUT将芯片U5处理后的信号传送给主控MCU。

4.根据权利要求2所述的心电检测和理疗设备，其特征在于：

所述人体皮肤阻抗检测模块包含NPN型三极管Q1、Q2、MOS管Q3、电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、电容C23、C24、C45；

NPN型三极管Q1的基极依次经过电阻R7、R2接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R4接正极电压VDDSYS；NPN型三极管Q2的基极经过电阻R5接正极电压VDDSYS，集电极经电阻R6接正极电压VDDSYS；NPN型三极管Q1、Q2的发射极分别与MOS管的S极相连接；电容C23接在NPN型三极管Q2的基极与NPN型三极管Q1的集电极之间，电容C24接在NPN型三极管Q1的基极与NPN型三极管Q2的集电极之间；MOS管Q3的D极接地；主控MCU输出高电平时，MOS管Q3导通；主控MCU从NPN型三极管Q2的集电极接收方波，电阻R1阻值的大小受人体皮肤阻抗的大小而变化，电阻R1阻值的变化影响所述方波频率的变化，不同的方波频率反应不同的人体皮肤阻抗。