CN211241961U - 多功能医用智能手环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了多功能医用智能手环，包括：手表环形带，所述手表环形带上设置有空腔，所述空腔内安装智能手环主体，所述手表环形带上镶嵌有温差发电装置；所述智能手环主体包括微处理器，所述微处理器分别连接至信号调整模块、报警装置、二维码显示模块、紧急呼救模块及信息上传模块；所述信号调整模块分别连接至红外测温模块、脉搏检测模块、心电检测模块、姿态检测模块及定位模块；所述温差发电装置与设置环形带上的蓄电池电连接，所述蓄电池与智能手环主体电连接。本公开人体体温自发电的设计相比其他自发电设计有能源清洁、无污染、轻便、使用安全且可持续供能的特点，解决了充电的问题。

Description

多功能医用智能手环

技术领域

本实用新型属于新型医疗器械领域，尤其涉及多功能医用智能手环。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前的手环产品由于为电池供电，或者电池为可充电电池，导致冷、热源对电池存在影响，继而对整个系统有严重的影响。

另外，对于人体的各项数据，有体温、血压、心电图、血氧饱和度和脉搏的测量，主要为医护人员进行测量，增加了医护人员的工作量，且，每个数据分别测量，程序繁琐。

还有，目前的上述人体的各项数据在测量时，所需要的设备体积较大，不便于携带。

总之，目前的人体的各项数据的采集还不够智能化，且测量数据需要人工测量，测量结果不够精确。

实用新型内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了多功能医用智能手环，能够智能高效的完成人体各项数据的测量，测量精度高。

为实现上述目的，本实用新型的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

多功能医用智能手环，包括：手表环形带，所述手表环形带上设置有空腔，所述空腔内安装智能手环主体，所述手表环形带上镶嵌有温差发电装置；

所述智能手环主体包括微处理器，所述微处理器分别连接至信号调整模块、报警装置、二维码显示模块、紧急呼救模块及信息上传模块；

所述信号调整模块分别连接至红外测温模块、脉搏检测模块、心电检测模块、姿态检测模块及定位模块；

所述温差发电装置与设置环形带上的蓄电池电连接，所述蓄电池与智能手环主体电连接。

进一步的技术方案，所述脉搏检测模块包括脉搏监测处理器及与之连接的波长发射器及信号接收器，通过将波长发射器和信号接收器与测试者皮肤紧密接触，波长发射器和信号接收器分别与脉搏波监测处理器的输入端相连接，所述脉搏波监测处理器将反射过来的光信号转变为电信号，从而获取测试者的原始脉搏波信号。

进一步的技术方案，所述心电检测模块包括心电检测处理器及与之连接的第一电极模块、第二电极模块及第三电极模块；

三个电极模块接触人体皮肤获得信号传输至心电检测处理器，所述心电检测处理器将接收的信号转换为心电信号。

进一步的技术方案，所述红外测温模块包括红外传感器，红外传感器采集辐射能并将其转化为电信号，再经过A/D转换为数字信号，最后送入微处理器，所述微处理器利用互联网传入终端，当超温时报警装置报警。

进一步的技术方案，所述姿态检测模块包括三轴加速度传感器，利用三轴加速度传感器获得三维立体空间的三个分量上的加速度信号并以此来判断人体的运动姿态，当患者发生突然跌倒时可尽快得到有效救助。

进一步的技术方案，所述信息上传模块采用ATK-ESP8266WIFI模块将数据传输到服务器云端，该模块应用串口与微处理器通信，并内置TCP/IP 协议栈，实现WIFI和串口的数据转换。

进一步的技术方案，所述温差发电装置包括陶瓷片，所述陶瓷片作为防热间隔，陶瓷片之间设置有相互交错用铜片相连的P型半导体和N型半导体，半导体上的连接铜片分别经导线与设置环形带上的蓄电池电连接。

进一步的技术方案，所述定位模块采用北斗定位系统。

进一步的技术方案，所述二维码显示模块包括二维码生成器，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。

进一步的技术方案，所述微处理器还与血氧采集模块相连，所述血氧采集模块选用美信MAX30100芯片作为血氧采集芯片，MAX30100利用光电二极管收集手指反射的携带人体信息的红光和红外光，经过处理器获得脉搏波，进而获得血氧饱和度值。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开人体体温自发电的设计相比其他自发电设计有能源清洁、无污染、轻便、使用安全且可持续供能的特点，解决了充电的问题。

本公开利用黑辐射原理测量人体体温，红外传感器不向外面发射任何射线，通过非接触的方法测量体温，缩短测量时间，测量较准确并且使用安全。温度计测量时间长，有潜在危险性。数字体温计易受环境温度影响，测量有偏差。

本公开微型处理器采用的是STM2处理器具有小型化，低能耗、多资源等特点。

本公开通过WIFI将测量结果发送至患者的智能设备中，还可通过后台系统中的大数据处理平台进行健康趋势分析，并针对不同群体提供有效准确的健康服务指导，并对中老年人群的实时健康监护有重要意义。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例原理框图；

图2为本实用新型实施例产品结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参见附图1、2所示，本实施例公开了一种多功能医用智能手环，手表环形带，所述手表环形带上设置有空腔，所述空腔内安装智能手环主体，所述手表环形带上镶嵌有温差发电装置；

所述智能手环主体包括微处理器，所述微处理器分别连接至型号为 ZCM2301D的信号调整模块、报警装置、二维码显示模块、紧急呼救模块及信息上传模块；

所述信号调整模块分别连接至红外测温模块、脉搏检测模块、心电检测模块、姿态检测模块及定位模块；

所述温差发电装置与设置环形带上的蓄电池电连接，所述蓄电池与智能手环主体电连接。

具体结构：

将脉搏波检测处理器的输出端和心电信号输出端与相应的模拟信号调理模块的输入端相连接，实现生理信号的放大、滤波处理。

将从模拟信号调理模块中传出的信号传入微处理器：微处理器采用STM32处理器，通过微处理器的控制，实现模拟信号调理模块对生理信号的预处理；然后将处理后的信号由模拟信号调理模块的输出端传入到微处理器中，进行特征值提取及血压初步计算。

通过无线通信模块发送至网络服务器对血压值进行一系列的修正和分析，最后将结果传给返还至显示模块，并将数据传给警报装置(当脉搏、血压、心电图不正常时，警报装置启动提醒)，数据通过二维码储存并由互联网传入终端。

测量体温的红外检测模块将信息传给微处理器，微处理器传给警报装置(当体温不正常时，警报装置启动提醒)、显示模块、二维码保存信息并通过互联网传入终端。

温差发电装置作为电源模块与其他各个模块相连接，提供相应的电源供应。

具体实施例中，温差发电装置利用塞贝克效应，采用P型半导体、N 型半导体作为实验材料。如果将P型和N型半导体的一端连接起来并置于热端，而让另一端位于低温端，则两半导体的低温端将有一个较大的开路电压。手表环形带上设置有空腔,在空腔内安装智能手环主体，并在环形带上镶嵌有温差发电装置。陶瓷片作为防热间隔，陶瓷片之间设置有相互交错用铜片相连的P型半导体和N型半导体。半导体上的连接铜片分别经导线与设置环形带上的蓄电池电连接,所述蓄电池与智能手环主体电连接。

脉搏波的获取：通过检测光电容积脉搏波(PPG)，反射式方法获取脉搏波信号，通过将带有两种特定波长的发射器和信号接收器与测试者皮肤紧密接触，根据光传输理论和光辐射理论，结合人体腕部局部体脂含量，建立光信号在脂肪部位的传输模型，然后与脉搏波检测处理器的输入端相连接，将反射过来的光信号转变为电信号，从而获取测试者的原始脉搏波信号。

心电信号检测模块包括三个电极模块和心电检测处理器。将三个电极模块分别与心电检测处理器的输入端相连接，通过电极接触人体皮肤获取测试者的心电信号。

血压的测量：将光电容积脉搏波(PPG)与心电图(ECG)信号建立血管腔模型进行血压测量，并结合机器学习方法融合人体特征，进一步提高血压测量准确度。

数据的传输和处理：利用二维码生成器将佩戴者的信息储存，并用无线传输技术将测量结果发送至智能终端该系统通过对生理信号的采集和处理，通过Wi-Fi将测量结果发送至用户的智能设备中，还可以通过后台系统中的大数据处理平台进行健康趋势分析，并针对不同群体提供准确、有效的健康服务指导。

体温的测量：使用STC89C52单片机和MLX90614红外传感器的非接触式红外体温测量。人体温度不同会发射出不同辐射能量的红外线，将手环体温测量放置于额头先通过MLX90614红外传感器采集辐射能并将其转化为电信号，再经过A/D转换为数字信号，最后送入STC89C52单片机。通过LCD1602显示时间和温度，二维码保存信息，利用互联网传入终端，当超温时手环立即发出报警提示。

血氧饱和度的测量：选用意法半导体(ST)公司的STM32F103C8T6作为主控芯片(MCU),可进行血氧数据处理，还需要外围电路组成最小系统 (电源电路、调试接口、复位电路、晶振电路)。

选用美信(MAX)的MAX30100芯片作为血氧采集芯片。MAX30100 利用光电二极管收集手指反射的携带人体信息的红光和红外光，经过处理器获得脉搏波，进而获得血氧饱和度值。

采用ATK-ESP8266WIFI模块将数据传输到服务器云端，可进行数据异地的处理、分析、计算和归纳。该模块应用串口(LVTTL)与MCU通信，并内置TCP/IP协议栈，实现WIFI和串口的数据转换。

人体运动姿态的测量：利用三轴加速度传感器获得三维立体空间的三个分量上的加速度信号并加以分析，以此来判断人体的运动姿态，当患者发生突然跌倒等紧急情况时可尽快得到有效救助。

利用本申请上述智能手环实现人体信号的测量：

脉搏信号：通过反射式方法获取脉搏波信号。

心电信号：将电信号心检测模块三个电极模块分别与心电检测处理器的输入端连接，通过电极接触人体皮肤获取患者的心电信号。

血压信号：将光电容积脉搏波(PPG)与心电图(ECG)信号建立血管腔模型进行血压测量，并结合机器学习方法融合人体特征，进一步提高血压测量准确度。

血氧饱和度的测量。

通过对人体基本生命参数的统计，为医护人员或健康检查提供数据参考。

上述例子所利用到的技术包括：

二维码生成器：通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。

报警技术：一键报警装置；

定位技术：北斗定位系统；

数据传输装置；

人体运动姿态检测。

温差发电装置利用塞贝克效应采用P型半导体、N型半导体(半导体温差电动势大)作为实验材料。在两种不同导电材料构成的闭合回路中，当两个接点温度不同时，回路中产生的电动势使热能转变为电能。利用塞贝克效应与人体温差作为原理，为手环提供能量。解决外部环境中冷源与热源对系统的严重影响。

手环的医用测量：手环可随时测量人体的各项数据，有体温、血压、心电图、血氧饱和度和脉搏。减轻医护人员的正常检查的工作量。

压缩各器件体积，便于携带。

手环维码，通过二维码了解佩戴者的有关信息，并将信息传的信息保存和信息传输：利用手环中的二维码生成器生成手环佩戴者自己的二入数据库。

手环的定位、紧急呼救和自动警报：手环内有北斗定位统、自动警报装置和紧急呼救装置，佩戴者的各项数据出现问题时，自动警报装置启动，可以提示佩戴者；佩戴者身体极度不适的情况下，按下手环的紧急呼救装置，手环将佩戴者的数据信息和位置传给医生护士及佩戴者的家属。北斗定位系统还可以在佩戴者走失时，方便家属及医护人员寻找佩戴者。

本公开基于WBAX的多参数健康监护系统的血压测量方式为柯氏音法，长时间多次测量会给人体带来不适感，且对于老年人存在测试困难。而本产品通过检测光电容积脉搏与心电图信号建立血管腔模型测量血压，极大的改善了以上问题。

机器学习方法采用的是遗传算法优化支持向量回归模型且自动选择最佳参数组合实现血压修正，比传统血压测量的精确度更高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.多功能医用智能手环，其特征是，包括：手表环形带，所述手表环形带上设置有空腔，所述空腔内安装智能手环主体，所述手表环形带上镶嵌有温差发电装置；

所述智能手环主体包括微处理器，所述微处理器分别连接至信号调整模块、报警装置、二维码显示模块、紧急呼救模块及信息上传模块；

所述信号调整模块分别连接至红外测温模块、脉搏检测模块、心电检测模块、姿态检测模块及定位模块；

所述温差发电装置与设置环形带上的蓄电池电连接，所述蓄电池与智能手环主体电连接。

2.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述脉搏检测模块包括脉搏监测处理器及与之连接的波长发射器及信号接收器，通过将波长发射器和信号接收器与测试者皮肤紧密接触，波长发射器和信号接收器分别与脉搏波监测处理器的输入端相连接，所述脉搏波监测处理器将反射过来的光信号转变为电信号，从而获取测试者的原始脉搏波信号。

3.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述心电检测模块包括心电检测处理器及与之连接的第一电极模块、第二电极模块及第三电极模块；

三个电极模块接触人体皮肤获得信号传输至心电检测处理器，所述心电检测处理器将接收的信号转换为心电信号。

4.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述红外测温模块包括红外传感器，红外传感器采集辐射能并将其转化为电信号，再经过A/D转换为数字信号，最后送入微处理器，所述微处理器利用互联网传入终端，当超温时报警装置报警。

5.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述姿态检测模块包括三轴加速度传感器，利用三轴加速度传感器获得三维立体空间的三个分量上的加速度信号并以此来判断人体的运动姿态，当患者发生突然跌倒时可尽快得到有效救助。

6.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述信息上传模块采用ATK-ESP8266WIFI模块将数据传输到服务器云端，该模块应用串口与微处理器通信，并内置TCP/IP协议栈，实现WIFI和串口的数据转换。

7.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述温差发电装置包括陶瓷片，所述陶瓷片作为防热间隔，陶瓷片之间设置有相互交错用铜片相连的P型半导体和N型半导体，半导体上的连接铜片分别经导线与设置环形带上的蓄电池电连接。

8.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述定位模块采用北斗定位系统。

9.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述二维码显示模块包括二维码生成器，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。

10.如权利要求1所述的多功能医用智能手环，其特征是，所述微处理器还与血氧采集模块相连，所述血氧采集模块选用MAX30100芯片作为血氧采集芯片，MAX30100利用光电二极管收集手指反射的携带人体信息的红光和红外光，经过处理器获得脉搏波，进而获得血氧饱和度值。

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