CN210300981U - 一种健康监测云镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于医学检测设备技术领域，公开了一种健康监测云镜；设置有原子镜框；原子镜框上嵌装有原子镜镜面，原子镜框底端嵌装有红外接收管、红外发射管，原子镜框上端嵌装有LED灯、蜂鸣器、红外测温探头，原子镜框右端嵌装有数字温湿度传感器；原子镜镜面中上端嵌装有摄像头，摄像头下端设置有瞄准点；原子镜框内部通过螺丝固定有FPGA控制器、蓝牙和WIFI连接器；FPGA控制器通过电信号与红外接收管、红外发射管、蜂鸣器、蓝牙、WIFI连接器、数字温湿度传感器、红外测温探头、摄像头连接。本实用新型具有均为非接触式测量方式，响应速度快，可应对不便直接接触式测量的环境，有很强的新颖性。
Description
技术领域
本实用新型属于医学检测设备技术领域，尤其涉及一种健康监测云镜。
背景技术
随着人们生活节奏的加快以及工作压力的增加，我国心血管病、病毒感染类疾病等发病率和死亡率居高不下。在诸多生理参数中，心率、体温等是人体的基本生理指标，心血管疾病与静息心率的快慢有着很大关系；人感染各种病毒的初期，一般会伴随体温的悄然上升。心率、体温等指标一直以来都是临床基本和生命体征判断的重要依据。如果能够早期发现先兆，及时救治，防病于未然或提前预警，可以避免疾病及避免危及生命的重大疾病突发，大大降低其发病率和死亡率。传统的医疗模式已逐渐从“有疾始医”向“无疾预防”转变，这种转变使人体各类生理信号的日常监测成为一项越来越重要的工作。
目前，对心率、体温等的检测大都需要与人体直接接触。例如目前心率检测主要采用的方法即心电信号(ECG)检测技术、光电容积描记(PPG)技术等均为接触式。体温测量主要采用的水银体温计也是需要与人体直接接触的。
相对于传统的接触式监测方法，非接触式监测方法有很多的优点。由于无需与身体接触，这种测量方式无创、无感，测量时不会增加使用者的精神负担。此外，还减少了遗忘传感器使用方法的风险(特别是老年人)。而且，非接触的测量方式在临床应用上也有许多好处。因为不再需要复杂的传感器标定和清洁，护理人员的工作量有所减轻。另外，对于老人与幼儿及生活不能自理的病人，他们的生理活动几乎需要全天候的照顾，长时间的生命体征的监测可以随时监测他们，减少监护人的照顾负担，提高病人的治愈率和延长老年人的寿命。
尽管目前已有一些非接触心率测量设备，例如微波多普勒雷达、超宽带脉冲雷达以及热成像等，但这些设备存在价格昂贵、体积庞大、安装条件高、操作复杂等缺点，不易在普通家庭推广。而且这些设备未能与移动终端、云平台连接，而在慢性病，如心脑血管疾病的管理上，移动设备和持续监测显得尤为重要。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有的接触式心率测量设备需与身体接触、测量时会增加使用者的精神负担甚至会对部分特定人体(例如烧伤患者)身体会造成伤害，而且现有的接触式心率测量设备具有价格昂贵、体积庞大、安装条件高、操作复杂等缺点，不易在普通家庭推广。此外这些设备未能与移动终端、云平台连接，而在慢性病，如心脑血管疾病的管理上，移动设备和持续监测显得尤为重要。
解决上述技术问题的难度：
解决上述技术问题最大的难度是如何将由血液容积脉冲(BVP)变化引起的光强变化用视频图像的方式有效的记录下来，并采取何种方式实时性的分析出该信号的频率从而提取出心率信号；此外，如何将非接触式健康监测与家居日常用品相结合从而实现无创无感的监测心率、体温，并且实现小型化、降低成本、提高产品舒适度和体验感是解决上述问题的另一个难题。
解决上述技术问题的意义：
通过解决上述技术问题，实现了对被测者的无创、无感、非接触式的长期的健康监测与体征数据统计，并通过将非接触式的健康监测与家居的日常用品(镜子)有机的结合，使对健康的监测无缝地融入到日常生活中。通过提高非接触式心率检测算法的准确度和响应速度，并对本健康监测云镜的整体小型化设计，使本健康监测云镜具有小型化、便携式、性价比高等优点，使心率测量不再局限于专业医疗器件，为健康监护等领域的心肺活动监测提供非接触式的解决方案，对心血管病的预防和慢性疾病的康复治疗具有重要的意义。尤其在对传染病患者、烧伤患者的监护，以及对婴幼儿的看护等方面有广泛的应用前景。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种健康监测云镜。
本实用新型是这样实现的，一种健康监测云镜设置有：
原子镜框；
原子镜框上嵌装有原子镜镜面，原子镜框底端嵌装有红外接收管、红外发射管，原子镜框上端嵌装有LED灯、蜂鸣器、红外测温探头，原子镜框右端嵌装有数字温湿度传感器；
原子镜镜面中上端嵌装有摄像头，摄像头下端设置有瞄准点；
原子镜框内部通过螺丝固定有FPGA控制器、蓝牙和WIFI连接器；
FPGA控制器通过电信号与红外接收管、红外发射管、蜂鸣器、蓝牙、WIFI连接器、数字温湿度传感器、红外测温探头、摄像头连接。
本实用新型通过设置有摄像头、红外接收管和红外发射管，能持续、非接触的测量人体体征数据并对健康状况进行监测、预警，只要到原子镜前面照一照，就能无创无感的监测心率(HR)、心率变异性(HRV)、体温、呼吸率等体征指标；实现了非接触式的健康监测，帮助记录人类生命体征信息，并进行体征数据的跟踪和分析；使本实用新型具有均为非接触式测量方式，响应速度快，可应对不便直接接触式测量的环境，有很强的新颖性。
同时本实用新型也是一款智能家居产品，能在日常用品(镜子)中加入非接触式集成传感器，生命体征的监测可以无缝地融入到日常生活中，并能与微信进行信息交换和通信，实现弹幕、留言、室内环境监测、视频监控等功能。
本实用新型具有无创、无感、小型化、便携式、性价比高等优点，使心率测量不再局限于专业医疗器件。为健康监护等领域的心肺活动监测提供非接触式的解决方案，对心血管病的预防和慢性疾病的康复治疗具有重要的意义。尤其在对传染病患者、烧伤患者的监护，以及对婴幼儿的看护等方面有广泛的应用前景。将心率、体温等的测量与日常家居结合，做到平时生活也能时时观测到自己身体健康信息变化，利于尽早发现自身体内潜在的疾病威胁，实现疾病的提前预防。
进一步，所述原子镜镜面左上端嵌装有OLED显示屏，OLED显示屏通过电信号与FPGA控制器连接。
通过设置有OLED显示屏，可以透过镜子显示当前被测者的实时心率值、体温等体征数据，使整体装置使用起来，能达到像在镜子上显示心率一样的效果。
进一步，所述蓝牙通过无线信号与手机连接，WIFI连接器通过路由器和Internet与云平台连接，云平台通过无线信号与手机连接。
手机与云镜的蓝牙、WIFI连接器相连，能实现体征数据到手机的传输，并且保存到云平台，对被测者的体征数据进行长期统计，分析被测者的健康是否存在隐患，能够尽早发现健康问题，及时就医；同时避免了受数据线长度的限制，方便快捷；与原子镜相结合，增加了装置的趣味性和实用性。
进一步，所述云平台与微信公众平台服务器连接。
通过设置有微信公众平台服务器，使整体的装置具有亲民性，便利于用户观察心率、体温；将测量的心率、体温等数据传输到云平台上进行数据的存储与大数据分析，实现智能化、精细化的管理。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的健康监测云镜结构示意图。
图2是本实用新型实施例提供的健康监测云镜内部系统结构原理示意图。
图3是本实用新型实施例提供的健康监测云镜实物连接示意图。
图中：1、摄像头；2、OLED显示屏；3、FPGA控制器；4、原子镜镜面；5、原子镜框；6、红外接收管；7、红外发射管；8、数字温湿度传感器；9、蓝牙；10、瞄准点；11、WIFI连接器；12、LED灯；13、蜂鸣器；14、红外测温探头。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。
如图1和图3所示，该健康监测云镜设置有原子镜框5；原子镜框5上嵌装有原子镜镜面4，原子镜框5底端嵌装有红外接收管6、红外发射管7，原子镜框5上端嵌装有LED灯12、蜂鸣器13、红外测温探头14，原子镜框5右端嵌装有数字温湿度传感器8；
原子镜镜面4左上端嵌装有OLED显示屏2，原子镜镜面4中上端嵌装有摄像头1，摄像头1下端设置有瞄准点10；
原子镜框5内部通过螺丝固定有FPGA控制器3、蓝牙9和WIFI连接器11。
FPGA控制器3通过电信号与红外接收管6、红外发射管7、OLED显示屏2、蜂鸣器13、蓝牙9、WIFI连接器11、数字温湿度传感器8、红外测温探头14、摄像头1连接。
蓝牙9通过无线信号与手机连接，WIFI连接器11通过路由器和Internet与云平台连接，云平台通过无线信号与手机连接，云平台与微信公众平台服务器连接。
其中，原子镜镜面4为14寸；原子镜镜面4从被测者的角度看就是一面普通的镜子。
本实用新型的核心是基于光学体积描记成像技术(PhotoplethysmographyImaging，PPGI)的非接触式心率检测以及基于红外测温原理的非接触式体温检测。本实用新型中的非接触式心率检测是基于光电容积描记法(PPG)的测量原理，利用光学摄像头1对人脸额头(即感兴趣区域ROI)进行图像信息采集，每秒采样4帧图像参与心率计算，每次连续采集32s的图像。当外界光照射到额头时，心脏的收缩与舒张使额头的血液对光的吸收随着其容积的变化呈脉动性变化，额头皮肤表面的反射光强也随之改变，进而导致视频中额头皮肤位置的颜色发生周期性变化。摄像头1首先采用视频图像的方式将脉搏信号(即由血液容积脉冲(BVP)变化引起的光强变化)记录下来，然后对视频图像进行处理，分析该信号的频率即可提取出心率。
对非接触式体温检测是基于红外测温原理，由红外热电堆传感器对人体体温进行实时采集并转换成电信号，然后模数转换后送入FPGA控制器中进行数字滤波、线性化、逻辑判断等处理，从而获得人体的体温数据。
本实用新型使用时，使用者只需将自己在镜子中的眼睛的影像对准瞄准点10即可。由摄像头1进行图像采集，将采集到的图像数据在FPGA控制器3中处理，经过如上所述的心率检测算法处理后提取有效心率信息，同时通过红外测温探头14采集体温，最后通过蓝牙9及WIFI连接器11发送给手机及云平台，并在手机APP及OLED模块上显示当前心率值、体温、室内温、湿度等信息。
如图2所示，本实用新型的健康监测云镜内部系统结构原理为：图像采集模块用于对感兴趣区域(人脸额头)进行图像采集；FPGA模块主要用于运行上述心率检测算法并计算出心率值，此外，FPGA模块还通过构建I2C接口控制器、SPI接口控制器、UART接口控制器，以及嵌入MicroBlaze微处理器软核实现对图像采集模块、OLED显示模块、蓝牙模块、WIFI模块、红外测温模块、红外收发模块、温湿度模块、声光警示模块等的控制；红外收发模块主要用于测体温及测心率时的自动测量模式，当红外收发模块检测到有人体靠近云镜时自动启动心率与体温测量；红外测温模块用于测量人的额头温度；温湿度模块主要用于测量室内环境(温湿度)，并用于修正人的额头温度与人体体温的温差；OLED显示模块用于将由FPGA模块计算出的心率值、体温值、室内温湿度数据等进行实时显示；声光警示模块用于当心率异常或体温超出设定范围时进行声光警示；蓝牙模块用于与手机通信，实现在无网络时也能将由FPGA计算出的心率值、体温值、室内温湿度数据等在手机App上显示；WIFI模块主要用于与OneNet云平台相连，实现健康检测智能化、精细化的管理，并采用OneNet的触发器功能在心率异常或体温超出设定范围时主动将警示信息推送给微信平台和发送到指定的电子邮箱。
下面结合具体的实施例对本实用新型的应用原理作进一步的描述。
1、FPGA模块
本云镜的主控制器采用Xilinx公司型号为XC7A35TCSG324的FPGA，在FPGA上通过添加32位微处理器软核MicroBlaze来控制红外测温模块、红外收发模块、温湿度模块、声光警示模块、WIFI模块及心率计算模块。这些模块通过FPGA的相应引脚分别与Xilinx的I2CIP核、GPIO IP核、UART IP核相连，然后采用AXI4-Lite协议与FPGA内部的MicroBlaze微处理器软核连接，在MicroBlaze微处理器上采用C语言编程控制这些硬件模块工作。
其次，FPGA模块是主控制器，内部包含图像采集控制模块、心率计算模块、蓝牙传输控制模块、OLED显示控制模块及MicroBlaze微处理器等五个子模块(IP核)。这五个模块是通过Verilog语言编程或添加IP核在FPGA内部实现的。FPGA模块分别与摄像头模块、OLED显示模块、蓝牙模块、WIFI模块、红外测温模块、红外收发模块、温湿度模块、声光警示模块等相连。
2、摄像头模块
本发明摄像头模块采用CMOS彩色图像传感器OV7725，对摄像头模块的配置采用SCCB协议，通过FPGA上的I2C模块来实现SCCB协议并对OV7725内部寄存器进行配置。
3、OLED显示模块
OLED显示模块采用2.42寸OLED显示屏，分辨率为128*64，驱动芯片是SSD1309，与FPGA的连接采用SPI接口。
4、蓝牙模块
蓝牙模块采用蓝牙串口模块HC-06，与FPGA的连接采用UART接口，工作在从机模式。
5、红外收发模块
红外收发模块主要由红外发射管、红外接收管、LM393以及阻容元件等组成。其工作过程是：通电后红外发射管发出红外光，当前方2cm～30cm左右、35°范围内有物体时，红外反射回来，接收管接收到红外光转换成电信号，经过比较器电路LM393处理之后，绿色指示灯会亮起，同时输出低电平信号，此时云镜进入自动测量模式。可通过电位器旋钮调节检测距离。红外收发模块的输出引脚通过FPGA的I/O引脚及GPIO IP核与MicroBlaze处理器相连。
6、温湿度模块
温湿度模块采用数字温湿度传感器DHT11，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。温湿度采集模块采用单总线双向串行通信协议，模块的输出引脚通过FPGA的I/O引脚及GPIO IP核与MicroBlaze处理器相连。
7、红外测温模块
红外测温模块采用GY-906-DCI，该模块采用Melexis公司生产的高精度医用数字红外温度传感器MLX90614ESF-DCI,该传感器内部集成了红外热电堆传感器MLX81101和用于处理红外传感器的信号处理专用集成芯片MLX90302,内部含有低噪声放大器、17位模数转换器,具有内部温度梯度补偿。该模块通过FPGA的I/O引脚及I2C IP核与MicroBlaze处理器相连。通过红外测温模块GY-906-DCI测量人体额头温度以及数字温度传感器DHT11测量环境温度，在经过大量测试得到的温度数据的基础上，通过拟合得到环境温度、人的额头温度和人体体温之间的关系，从而修正人的额头温度与人体体温的温差。
8、声光警示模块
声光警示模块采用AD16-22SM，该模块包括高亮闪烁发光二极管和蜂鸣器,模块的输入引脚通过FPGA的I/O引脚及GPIO IP核与MicroBlaze处理器相连。
9、WIFI模块
WIFI模块采用乐鑫公司的WIFI转串口模块ESP8266，通过FPGA的I/O引脚及UARTIP核与MicroBlaze处理器相连，工作在station模式，通过在MicroBlaze软核处理器上实现AT指令集，让ESP8266模块经路由器与中国电信OneNet云平台建立TCP连接，通过OneNet平台的RESTful协议操作本系统存储在OnetNet上的资源(云镜测得的数据)，实现健康检测智能化、精细化的管理。
以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种健康监测云镜，其特征在于，所述的健康监测云镜设置有：
原子镜框；
原子镜框上嵌装有原子镜镜面，原子镜框底端嵌装有红外接收管、红外发射管，原子镜框上端嵌装有LED灯、蜂鸣器、红外测温探头，原子镜框右端嵌装有数字温湿度传感器；
原子镜镜面中上端嵌装有摄像头，摄像头下端设置有瞄准点；
原子镜框内部通过螺丝固定有FPGA控制器、蓝牙和WIFI连接器；
FPGA控制器通过电信号与红外接收管、红外发射管、蜂鸣器、蓝牙、WIFI连接器、数字温湿度传感器、红外测温探头、摄像头连接。
2.如权利要求1所述的健康监测云镜，其特征在于，所述原子镜镜面左上端嵌装有OLED显示屏，OLED显示屏通过电信号与FPGA控制器连接。
3.如权利要求1所述的健康监测云镜，其特征在于，所述蓝牙通过无线信号与手机连接，WIFI连接器通过路由器和Internet与云平台连接，云平台通过无线信号与手机连接。
4.如权利要求3所述的健康监测云镜，其特征在于，所述云平台与微信公众平台服务器连接。
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2019
- 2019-05-16 CN CN201920707007.5U patent/CN210300981U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant |