CN207186621U - 可穿戴式无线心率血氧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可穿戴式无线心率血氧检测装置，包括壳体和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体上设有供检测者手指进入的检测通道，所述检测通道上开设有透光孔，所述传感器模块设置于透光孔远离检测通道的一侧；所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述通信模块用于和外部进行通讯。本实用新型可以实现连续无损伤安全可靠的血氧饱和度测量，且只进行行数据采集与数据发送，减小了仪器体积，做到可穿戴，同时造价低，性价比高；可以通过配套APP实现数据共享功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气体检测装置，特别是一种可穿戴式无线心率血氧检测装置。
背景技术
轻度缺氧会造成头晕，心慌，心跳加快；而缺氧时间过长易使人引发心肌梗塞、心绞痛等，严重的甚至会导致死亡。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，即血液中血氧的浓度， SpO2读数可反映人的呼吸功能，并在一定程度上反映动脉血氧的变化。
日常生活中，很多时候人们处于缺氧状态而不自知。轻度缺氧不易发现，但是长期轻度缺氧会有严重危害。特别是中老年人、在校学生、孕妇、白领、无氧运动者、高原地带工作者以及长期酗酒，贫血，患有血管疾病、呼吸系统疾病、睡眠呼吸暂停综合征等人群容易出现供氧不足和突发情况，如：心脑血管疾病患者常在睡梦中突发病情，由于缺乏有效的监控极可能有生命危险。在临床医学中，像麻醉引起的机体自动调节功能失常、大手术创伤等，都可能导致病人的氧供给发生问题，重者会危及生命。而血氧饱和度和心率检测可有效改善这些情况。而在目前社会医疗资源严重缺乏的情况下，如何能够不通过医院了解自身机体健康和显隐性疾病的问题也越来越受到关注。
传统有创血氧检测技术存在诸多不足，同时，以血气分析检查为代表的高精度血氧检测方式存在设备庞大、操作复杂、价格高等缺点。
随着便携式医疗设备使用率越来越高，血氧仪等血氧心率检测设备逐渐出现在人们的视野中。但其市场正处于起步阶段，仪器的技术水平、功能尚不完善，往往只是单一地检测血氧心率，部分仪器检测部分仍用导线与机身进行数据传输，仪器显得臃肿，不易携带。另一方面仪器多是孤立的系统，无法在多个设备上实现数据共享，其数据没有得到有效利用。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可穿戴式无线心率血氧检测装置。
本实用新型的技术方案为：一种可穿戴式无线心率血氧检测装置，包括壳体和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体上设有供检测者手指进入的检测通道，所述检测通道上开设有透光孔，所述传感器模块设置于透光孔远离检测通道的一侧。
优选地，所述传感器模块安装在设置于壳体上的第一凸台内。
优选地，在所述壳体上与第一凸台相对的设置有第二凸台。
优选地，所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述电源模块用于供电，所述通信模块用于和外部进行通讯。
优选地，所述电源模块设有供电芯片，所述供电芯片为TPS71202芯片，所述供电芯片的EN1引脚连接有电阻CR4，所述供电芯片的EN2引脚连接有电阻CR7；
所述供电芯片的OUT1引脚分别电连接电阻CR3的一端、电容CC10的一端、电感L1以及电感L2的一端，所述电阻CR3的另一端电连接FB1引脚，所述电容CC10的另一端电连接电阻CR5的一端，所述电阻CR5的另一端电连接供电芯片的FB1引脚，所述电感 L1以及电感L2的另一端分别连接至节点TP11和TP12；
所述供电芯片的OUT2引脚分别电连接电阻CR6的一端、电容CC12的一端、电感L3以及电感L4的一端，所述电阻CR6的另一端电连接FB2引脚，所述电容CC12的另一端电连接电阻CR8的一端，所述电阻CR8的另一端电连接供电芯片的FB2引脚，所述电感 L3以及电感L4的另一端分别连接至节点TP13和TP14。
优选地，所述传感器模块设有发光二极管和光敏二极管，所述前端处理芯片为AFE4400 芯片，所述前端处理芯片TX_n和TX_p引脚与传感器模块的发光二极管电连接，所述前端处理芯片的IN_n和IN_p引脚与传感器模块的光敏二极管电连接。
优选地，所述前端处理芯片的7号、9号和11号引脚分别连接有电容，所述前端处理芯片的17号和18号引脚连接至同一电容。
优选地，所述前端处理芯片的4号引脚连接电阻CR2的一端，所述电阻CR2的另一端连接电容CC5。
优选地，还包括前端处理芯片与外部的连接电路，所述连接电路设有用于引入供电的接口J1、测试时用的接地点P1、用于和传感器模块电连接的接口J2、用于连接至主控制芯片的排座P2。
优选地，所述传感器模块设有2个发光二极管和1个光敏二极管，所述主控制芯片为 MSP430芯片。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
本实用新型可以实现连续无损伤安全可靠的血氧饱和度测量，且只进行行数据采集与数据发送，减小了仪器体积，做到可穿戴，同时造价低，性价比高；可以通过配套APP，并通过互联网实现数据共享功能。
附图说明
图1为本实施例壳体的结构示意图；
图2为本实施例壳体的剖面结构示意图；
图3为本实施例的电路框图；
图4为本实施例的电源模块的电路原理图；
图5和6为本实施例中前端处理芯片及其附属电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图对本实用新型作进一步详细、完整地说明。
如图1-6所示，一种可穿戴式无线心率血氧检测装置，包括壳体1和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体1上设有供检测者手指进入的检测通道11，所述检测通道11上开设有透光孔12，所述传感器模块设置于透光孔12远离检测通道11的一侧。
所述传感器模块安装在设置于壳体1上的第一凸台13内。在所述壳体1上与第一凸台 13相对的设置有第二凸台14。
所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述电源模块用于供电，所述通信模块用于和外部进行通讯。
所述电源模块设有供电芯片，所述供电芯片为TPS71202芯片，所述供电芯片的EN1引脚连接有电阻CR4，所述供电芯片的EN2引脚连接有电阻CR7；
所述供电芯片的OUT1引脚分别电连接电阻CR3的一端、电容CC10的一端、电感L1以及电感L2的一端，所述电阻CR3的另一端电连接FB1引脚，所述电容CC10的另一端电连接电阻CR5的一端，所述电阻CR5的另一端电连接供电芯片的FB1引脚，所述电感 L1以及电感L2的另一端分别连接至节点TP11和TP12；
所述供电芯片的OUT2引脚分别电连接电阻CR6的一端、电容CC12的一端、电感L3以及电感L4的一端，所述电阻CR6的另一端电连接FB2引脚，所述电容CC12的另一端电连接电阻CR8的一端，所述电阻CR8的另一端电连接供电芯片的FB2引脚，所述电感 L3以及电感L4的另一端分别连接至节点TP13和TP14。
所述传感器模块设有发光二极管和光敏二极管，所述前端处理芯片为AFE4400芯片，所述前端处理芯片TX_n和TX_p引脚与传感器模块的发光二极管电连接，所述前端处理芯片的IN_n和IN_p引脚与传感器模块的光敏二极管电连接。
所述前端处理芯片的7号、9号和11号引脚分别连接有电容，所述前端处理芯片的17 号和18号引脚连接至同一电容。所述前端处理芯片的4号引脚连接电阻CR2的一端，所述电阻CR2的另一端连接电容CC5。还包括前端处理芯片与外部的连接电路，所述连接电路设有用于引入供电的接口J1、测试时用的接地点P1、用于和传感器模块电连接的接口J2、用于连接至主控制芯片的排座P2。所述传感器模块设有2个发光二极管和1个光敏二极管，所述主控制芯片为MSP430芯片。
如图1所示可以将主控制芯片和传感模块安装于第一凸台13内，将电源模块与通信模块安装于第二凸台14内。
传感器模块采用DCM03反射式血氧传感芯片作为本装置的传感器，DCM03内部包含两个发光二极管和一个光敏二极管，两个发光二极管的波长分别为905nm和660nm。光敏二极管用来检测经过人体反射后的光照强度。
考虑到设备对待机时间的要求较高，主控制芯片部分的功耗应尽可能降低，因此选用德州仪器公司的MSP430单片机。MSP430是一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器。在设备中MSP430单片机主要负责电源管理、总体控制和数据处理。
前端处理芯片采用了德州仪器公司(TI)的心率血氧检测集成模拟前端芯片AFE4400作为传感器的核心控制芯片，AFE4400是一款非常适合于脉冲血氧仪应用的完全集成模拟前端(AFE)。此器件包含一个具有集成模数转换器(ADC)的低噪声接收器通道、一个具有 8位可编程电流分辨率的LED桥式驱动器以及LED故障检测的诊断电路。芯片内部具有集成可配置定时控制器，大大简化了设备开发难度。本实施例中用于控制DCM03的两个发光二极管，并处理DCM03光敏二极管的模拟信号。AFE4400采用一个SPI接口与MSP430 单片机通信。AFE4400血氧检测电路：TX_n和TX_p与光电传感器的发光二极管连接，IN_n 和IN_p与光电传感器的光敏元件连接，TP1-TP10为信号测试点。
电源模块采用低功耗锂电池管理芯片加小容量锂离子电池组成。电池管理芯片选用 bq25100系列芯片，该芯片是一款面向空间受限类便携式应用的高度集成锂离子线性充电器，具有1％充电电压准确度，同时电池泄露电流低至75nA，满足本设备体积小、长时间工作、静态功耗低的需求。
通信模块采用蓝牙低能耗BLE(Bluetooth Low Energy)技术与手机APP进行通信，BLE 技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术。总体而言，本系统的无线通信部分具有高可靠性、低成本低功耗、启动连接速度快、支持设备多的特点。系统采用了差错检测和矫正、数据编解码、自适应调频等技术，最大程度上减少了系统和其他无线通信设备的串扰，保证数据无差错传输。目前市面上常见的BLE控制芯片仅使用简单的阻容滤波电路和PCB天线机壳实现网络节点的构建。低功耗方面，采用BLE技术的无线通信设备功耗较传统蓝牙设备降低了90％左右，可以满足系统长时间工作的需求。另外，传统的蓝牙设备启动连接需要6S左右的时间，而BLE只需要3mS即可完成，几乎是瞬间连接，非常适合本系统长时间低速率的数据传输要求。市面上常见的Android和IOS操作系统均支持 BLE技术，使得我们的系统具有极高的兼容性。
在本实施例的检测装置基础上可以开发与之匹配的智能终端的APP，采用目前较为成熟的Eclipse Android环境开发APP。APP对检测装置无线模块传送来的数据使用滤波算法处理分析。实现用户创建，图表分析，报警，电话呼叫，档案建立，本地储存，数据共享等功能，使用者可将检测装置直接戴在手指上通过手机得到自身血氧心率的信息，建立健康档案。在使用过程中，一旦因为意外情况血氧饱和度或者心率偏离人体正常指标，系统会报警提醒若情况紧急还可向他人拨打电话通报。通过互联网，多个终端设备可以共享数据，例如：子女可通过数据共享功能，在其设备上查看父母血氧心率的数据；病人可将健康档案分享给医生得到针对性的指导。
服务器部分：使用sqlite开发在服务器端和本地建立数据库，所有终端如手机客户端可通过网络通信与服务器实现双向通信，用户信息可分别在本地数据库，服务器端数据库保存。真正做到数据共享。
使用时检测装置上电后处于工作状态，此时蓝牙通信模块不断对外发送广播，使用者打开配套的手机app与监测装置蓝牙模块配对。接着使用者将手指放入结构1检测通道中，血氧心率传感器采集到心率和血氧饱和度原始数据经过单片机主控简单处理打包再通过无线通信模块将数据发送到手机。使用者手机接收到数据后配套的app对数据进行进一步处理，如显示、建立图表、分析、将数据保存到服务器等。
同时本实用新型上述实施例仅为说明本实用新型技术方案之用，仅为本实用新型技术方案的列举，并不用于限制本实用新型的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本实用新型权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本实用新型权利要求书及说明书所公开的范围。
Claims (7)
1.可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，包括壳体(1)和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体(1)上设有供检测者手指进入的检测通道(11)，所述检测通道(11)上开设有透光孔(12)，所述传感器模块设置于透光孔(12)远离检测通道(11)的一侧；
所述传感器模块安装在设置于壳体(1)上的第一凸台(13)内，在所述壳体(1)上与第一凸台(13)相对的设置有第二凸台(14)；
所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述电源模块用于供电，所述通信模块用于和外部进行通讯。
2.如权利要求1所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，所述电源模块设有供电芯片，所述供电芯片为TPS71202芯片，所述供电芯片的EN1引脚连接有电阻CR4，所述供电芯片的EN2引脚连接有电阻CR7；
所述供电芯片的OUT1引脚分别电连接电阻CR3的一端、电容CC10的一端、电感L1以及电感L2的一端，所述电阻CR3的另一端电连接FB1引脚，所述电容CC10的另一端电连接电阻CR5的一端，所述电阻CR5的另一端电连接供电芯片的FB1引脚，所述电感L1以及电感L2的另一端分别连接至节点TP11和TP12；
所述供电芯片的OUT2引脚分别电连接电阻CR6的一端、电容CC12的一端、电感L3以及电感L4的一端，所述电阻CR6的另一端电连接FB2引脚，所述电容CC12的另一端电连接电阻CR8的一端，所述电阻CR8的另一端电连接供电芯片的FB2引脚，所述电感L3以及电感L4的另一端分别连接至节点TP13和TP14。
3.如权利要求1所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，所述传感器模块设有发光二极管和光敏二极管，所述前端处理芯片为AFE4400芯片，所述前端处理芯片TX_n和TX_p引脚与传感器模块的发光二极管电连接，所述前端处理芯片的IN_n和IN_p引脚与传感器模块的光敏二极管电连接。
4.如权利要求3所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，所述前端处理芯片的7号、9号和11号引脚分别连接有电容，所述前端处理芯片的17号和18号引脚连接至同一电容。
5.如权利要求4所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，所述前端处理芯片的4号引脚连接电阻CR2的一端，所述电阻CR2的另一端连接电容CC5。
6.如权利要求4所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，还包括前端处理芯片与外部的连接电路，所述连接电路设有用于引入供电的接口J1、测试时用的接地点P1、用于和传感器模块电连接的接口J2、用于连接至主控制芯片的排座P2。
7.如权利要求4所述的可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，所述传感器模块设有2个发光二极管和1个光敏二极管，所述主控制芯片为MSP430芯片。
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