CN211796424U - 可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置 - Google Patents

可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置 Download PDF

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CN211796424U CN202020186564.XU CN202020186564U CN211796424U CN 211796424 U CN211796424 U CN 211796424U CN 202020186564 U CN202020186564 U CN 202020186564U CN 211796424 U CN211796424 U CN 211796424U
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杨学森
李代波
何根林
武书兴
刘乐斌
陈金沙
陈灿媛
黄缄
高钰琪
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Third Military Medical University TMMU
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Center For Disease Control And Prevention Of Southern Theater Of Chinese Pla
Chongqing Jinhao Technology Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,该装置包括监测主体以及安装在所述监测主体上的腕带,使用人员通过腕带将所述监测主体佩戴在手腕上;所述监测主体与佩戴人员皮肤接触的一侧设有人体生理应激参数监测单元,监测主体远离佩戴人员皮肤的一侧设有显示单元和环境参数监测单元,监测主体内设有分别与所述环境参数监测单元、显示单元和人体生理应激参数监测单元连接的微处理器以及与所述微处理器连接的存储单元、时钟单元和报警单元;所述环境参数采集单元包括温湿度监测单元、气压监测单元和热辐射监测单元;所述人体生理应激参数监测单元包括体温监测单元、血压心率监测单元和皮肤导电率探测单元。

Description

可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置
技术领域
本实用新型涉及一种可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置。
背景技术
在复杂的高热、高原、高寒的“三高”等特殊环境下,人们劳动、作业和训练时均面临着严重的健康威胁。环境健康预警技术研究一直是医疗卫生和公共预防领域关注点。环境负荷和人体生理应激参数的系统监测,尤其能为医疗气象学、大数据角度去评估各种特殊环境因素对人群健康危害,提供基础健康数据和预防保健优势。做好人员特殊作业环境健康预警的首要步骤是对环境的监测和预警,再结合人员自身生理应激状态、健康水平,才能制定出科学的环境负荷损伤预警和安全热暴露的生理限值。伴随科技的进步,利用当今先进传感器组件、新兴制造和组装技术,将有望获得更为科学、准确的环境作业健康预警设备和机体安全环境暴露的医疗辅助装置,以避免恶劣环境条件下超生理负荷的劳作对身体造成不可逆损伤。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,该装置用于监测给定环境下人员在劳动、作业或训练过程中的身体状态,并对超出人体生理承受极限的情况,进行预警和提示。
为解决上述技术问题,本实用新型提供一种可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,包括监测主体以及安装在所述监测主体上的腕带,使用人员通过腕带将所述监测主体佩戴在手腕上;所述监测主体与佩戴人员皮肤接触的一侧设有人体生理应激参数监测单元,监测主体远离佩戴人员皮肤的一侧设有显示单元和环境参数监测单元,监测主体内设有分别与所述环境参数监测单元、显示单元和人体生理应激参数监测单元连接的微处理器以及与所述微处理器连接的存储单元、时钟单元和报警单元;所述环境参数采集单元包括温湿度监测单元、气压监测单元和热辐射监测单元;所述人体生理应激参数监测单元包括体温监测单元、血压心率监测单元和皮肤导电率探测单元;所述微处理器通过IrDA红外通信单元上传数据和接收下发数据。
进一步地,所述IrDA红外通信单元包括设置在监测主体上的IrDA红外无线串口以及与所述IrDA红外无线串口相配合的IrDA红外无线串口适配器;所述IrDA红外无线串口适配器包括与USB插头连接的USB-串口转换器、与所述USB-串口转换器连接的编码/解码器、通过选频开关与所述编码/解码器连接的分频器、与所述分频器连接的有源晶振、分别与所述USB-串口转换器和编码/解码器连接的回波抑制器,分别与所述编码/解码器和回波抑制器连接的降压器以及分别与所述降压器和编码/解码器连接的IrDA红外收发器。
进一步地,所述皮肤导电率探测单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、运算放大器A1、皮肤探测电极Ⅰ和皮肤探测电极Ⅱ;所述第一电阻R1和第二电阻R2串接,所述第一电容C1并联在第二电阻R2的两端,所述运算放大器A1的输出端与所述第一电阻R1远离与第二电阻R2连接的一端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第三电阻R3与运算放大器A1的输出端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第四电阻R4接地,运算放大器A1的正向输入端分别与第五电阻R5的一端和第二电容C2的一端连接,第二电容C2的另一端接地,第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端连接,所述第六电阻R6的另一端接供电电源,第七电阻R7的另一端接地;所述皮肤探测电极Ⅰ和皮肤探测电极Ⅱ分别接在所述第六电阻R6的两端;所述第一电容C1与所述第一电阻R1连接的一端与所述微处理器连接。
进一步地,该可装置还包括与所述微处理器连接的电源单元,所述电源单元包括电池充电管理器以及分别与所述电池充电管理器和微处理器连接的充电电池,所述电池充电管理器采用TP4057管理器U7。
进一步地,该装置还包括与所述微处理器连接的电池容量监测电路,所述电池容量监测电路包括第八电阻R8和第九电阻R9,所述第八电阻R8的一端和第九电阻R9一端连接后与微处理器连接,所述第九电阻R9的另一端接电源正端口,第八电阻R8的另一端接地。
进一步地,所述血压心率监测单元包括BP1708传感器和BP17218传感器;所述BP1708传感器的1脚分别与第十五电容C15的一端和第二十二电阻R22的一端连接,所述第十五电容C15的另一端接地,所述第二十二电阻R22的另一端供电电源,BP1708传感器的2脚与BP17218传感器的1脚连接,BP1708传感器的3脚与BP17218传感器的3脚连接,BP1708传感器的4脚与BP17218传感器的4脚连接,BP1708传感器的6脚与BP17218传感器的5脚连接;BP1708传感器的12脚通过第一放大电路与微处理器连接,BP1708传感器的18脚通过第二放大电路与微处理器连接。
进一步地,所述温湿度监测单元采用SHT30传感器。
进一步地,所述气压监测单元采用SON203B传感器。
进一步地,所述热辐射监测单元采用MB43TND传感器。
进一步地,所述微处理器采用MEGA88单片机。
本实用新型的有益效果为:本装置利用过环境参数监测单元采集热环境辐射强度、环境气温、环境湿度和环境气压等参数;利用人体生理应激参数监测单元采集佩戴人员的血压、心率、体温及出汗情况;当监测发现环境参数监测单元和人体生理应激参数监测单元采集到参数组合达到或接近人体承受上限时,对应环境下人体生理参数超过预设阈值,及时地对当前佩戴者进行预警提示,以避免恶劣环境条件下超生理负荷的劳作对身体造成不可逆损伤。并且,本装置采用IrDA红外通信单元上传数据和接收下发数据,能够防止佩戴人员暴露,以避免安全隐患。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型一个实施例的背面的结构示意图。
图2为本实用新型一个实施例的正面的结构示意图。
图3为本实用新型一个实施例的结构框图。
图4为本实用新型一个实施例的IrDA红外无线串口适配器的电路原理图。
图5为本实用新型一个实施例的局部电路原理图。
图6为本实用新型一个实施例的血压传感器的结构示意图。
其中:1、监测主体;2、腕带;3、皮肤探测电极Ⅰ;31、皮肤探测电极Ⅱ;4、血压心率监测单元;5、充电接口;6、显示单元;7、STE触摸按键;71、SEL触摸按键;8、环境参数监测单元。
具体实施方式
如图1至图3所示的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,该装置包括监测主体1以及安装在所述监测主体1上的腕带2,使用人员通过腕带2将所述监测主体1佩戴在手腕上;所述监测主体1与佩戴人员皮肤接触的一侧设有人体生理应激参数监测单元,监测主体1远离佩戴人员皮肤的一侧设有显示单元6和环境参数监测单元8,监测主体1内设有分别与所述环境参数监测单元8、显示单元6和人体生理应激参数监测单元连接的微处理器以及与所述微处理器连接的存储单元、时钟单元和报警单元;所述环境参数采集单元包括温湿度监测单元、气压监测单元和热辐射监测单元;所述人体生理应激参数监测单元包括体温监测单元、血压心率监测单元4和皮肤导电率探测单元;所述微处理器通过IrDA红外通信单元上传数据和接收下发数据。
本装置利用环境参数监测单元8采集热环境辐射强度、环境气温、环境湿度、环境气压、海拔高度等参数;利用人体生理应激参数监测单元采集佩戴人员的血压、心率、体温及出汗情况;当监测发现环境参数监测单元8和人体生理应激参数监测单元采集到参数组合达到或接近人体承受上限时,对应环境下人体生理参数超过预设阈值,及时地对当前佩戴者进行预警提示,以避免恶劣环境条件下超生理负荷的劳作对身体造成不可逆损伤。并且,本装置采用IrDA红外通信单元上传数据和接收下发数据,能够防止佩戴人员暴露,以避免安全隐患。
下面分别对各个监测单元进行详细描述:
如图4所示,所述IrDA红外通信单元包括设置在监测主体1上的IrDA红外无线串口以及与所述IrDA红外无线串口相配合的IrDA红外无线串口适配器;所述IrDA红外无线串口适配器包括与USB插头连接的USB-串口转换器、与所述USB-串口转换器(CHR340E)连接的编码/解码器(IR 1000)、通过选频开关(SW-DIP4)与所述编码/解码器(IR 1000)连接的分频器(74HC4024)、与所述分频器(74HC4024)连接的有源晶振(3072)、分别与所述USB-串口转换器和编码/解码器(IR 1000)连接的回波抑制器(AND),分别与所述编码/解码器(IR1000)和回波抑制器(AND)连接的降压器(TC1185)以及分别与所述降压器(TC1185)和编码/解码器(IR 1000)连接的IrDA红外收发器(CIM-131M7)。
如图5所示,所述微处理器采用MEGA88单片机,所述温湿度监测单元采用SHT30传感器,SHT30传感器的环境温度监测范围为:-40~80℃±0.5℃,空气湿度监测范围为:0~100%RH±4.5%RH;能够对当前的环境气温和环境湿度进行监测。所述气压监测单元采用SON203B传感器,SON203B传感器的环境大气压监测范围为:5~120kPa±0.15kPa。所述热辐射监测单元采用MB43TND传感器,MB43TND传感器的热辐射强度监测范围为:0~1000W/m2±25W/m2。所述体温监测单元采用TMP112传感器,TMP112传感器的温度监测范围为:20~50℃±0.5℃。工作过程中可通过STE触摸按键7和SEL触摸按键71实现对本装置的功能切换和设置。
SON203B大气压传感器自带的环境海拔高度监测范围为:0~5000m±5m。所述存储单元采用24C64外部存储器,用于存储环境参数监测单元8、人体生理应激参数监测单元采集到的参数以及预设预置参数等。所述时钟单元采用RX8900CE时钟模块,通过该时钟模块可进行精度较高的计时,具备±13秒/月精度的时钟功能,能够同时显示:年、月、日、时、分、秒,并能够设置定时闹钟,通过振动进行提示。所述报警单元采用震动器。
所述皮肤导电率探测单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、运算放大器A1、皮肤探测电极Ⅰ3和皮肤探测电极Ⅱ31;所述第一电阻R1和第二电阻R2串接,所述第一电容C1并联在第二电阻R2的两端,所述运算放大器A1的输出端与所述第一电阻R1远离与第二电阻R2连接的一端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第三电阻R3与运算放大器A1的输出端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第四电阻R4接地,运算放大器A1的正向输入端分别与第五电阻R5的一端和第二电容C2的一端连接,第二电容C2的另一端接地,第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端连接,所述第六电阻R6的另一端接供电电源,第七电阻R7的另一端接地;所述皮肤探测电极Ⅰ3和皮肤探测电极Ⅱ31分别接在所述第六电阻R6的两端;所述第一电容C1与所述第一电阻R1连接的一端与所述微处理器连接。通过皮肤导电率探测单元对皮肤电导率的测量,通过积分运算,估算出排汗多少,并进行相应的补充水分的提示,告知佩戴者。
该可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置还包括与所述微处理器连接的无线通讯收发器,所述无线通讯收发器采用IrDA红外通信。数据采集模式下所记录的数据,可通过本装置附带的红外通讯接口上传到计算机。还可将预警值参数下发到本电路(预警参数值,也可以通过手动方法存入本装置),一旦预警参数设置完毕,本装置将自动转换到预警模式工作。由于每只电池和环境电路参数具有一定分散性,电池充电门限值有所不同,为了尽可能改善产品的一致性,本电路设计预留了由串口指令E6进行数据微调设置指令,用于对电池参数进行细调。此外,
该可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置还包括与所述微处理器连接的电源单元,所述电源单元包括电池充电管理器以及分别与所述电池充电管理器和微处理器连接的充电电池,所述电池充电管理器采用TP4057管理器U7。本电路电池电量耗尽时充电所用,输入电源电压为DC5V±0.5V,可采用具备USB接口的通用手机充电器进行充电,也可在笔记本、台式计算机或其他与此相符的电源设备上使用。
该可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置还包括与所述微处理器连接的电池容量监测电路,所述电池容量监测电路包括第八电阻R8和第九电阻R9,所述第八电阻R8的一端和第九电阻R9一端连接后与微处理器连接,所述第九电阻R9的另一端接电源正端口,第八电阻R8的另一端接地。通过电池容量监测电路对电池容量进行监测,可以在电池进入低电量状态时及时提醒佩戴者充电,以保证该电路能够稳定地工作。
如图6所示,所述血压心率监测单元4包括BP1708传感器和BP17218传感器;所述BP1708传感器的1脚分别与第十五电容C15的一端和第二十二电阻R22的一端连接,所述第十五电容C15的另一端接地,所述第二十二电阻R22的另一端供电电源,BP1708传感器的2脚与BP17218传感器的1脚连接,BP1708传感器的3脚与BP17218传感器的3脚连接,BP1708传感器的4脚与BP17218传感器的4脚连接,BP1708传感器的6脚与BP17218传感器的5脚连接;BP1708传感器的12脚通过第一放大电路与微处理器连接,BP1708传感器的18脚通过第二放大电路与微处理器连接,所述心率传感器采用SON7015芯片。BP1708传感器和BP17218传感器可以分别用于采集佩戴者的血压和心率。所述第一放大电路为SON2450放大电路,所述第二放大电路为SON221A放大电路。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,包括监测主体以及安装在所述监测主体上的腕带,使用人员通过腕带将所述监测主体佩戴在手腕上;所述监测主体与佩戴人员皮肤接触的一侧设有人体生理应激参数监测单元,监测主体远离佩戴人员皮肤的一侧设有显示单元和环境参数监测单元,监测主体内设有分别与所述环境参数监测单元、显示单元和人体生理应激参数监测单元连接的微处理器以及与所述微处理器连接的存储单元、时钟单元和报警单元;所述环境参数采集单元包括温湿度监测单元、气压监测单元和热辐射监测单元;所述人体生理应激参数监测单元包括体温监测单元、血压心率监测单元和皮肤导电率探测单元;所述微处理器通过IrDA红外通信单元上传数据和接收下发数据。
2.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述IrDA红外通信单元包括设置在监测主体上的IrDA红外无线串口以及与所述IrDA红外无线串口相配合的IrDA红外无线串口适配器;所述IrDA红外无线串口适配器包括与USB插头连接的USB-串口转换器、与所述USB-串口转换器连接的编码/解码器、通过选频开关与所述编码/解码器连接的分频器、与所述分频器连接的有源晶振、分别与所述USB-串口转换器和编码/解码器连接的回波抑制器,分别与所述编码/解码器和回波抑制器连接的降压器以及分别与所述降压器和编码/解码器连接的IrDA红外收发器。
3.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述皮肤导电率探测单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、运算放大器A1、皮肤探测电极Ⅰ和皮肤探测电极Ⅱ;所述第一电阻R1和第二电阻R2串接,所述第一电容C1并联在第二电阻R2的两端,所述运算放大器A1的输出端与所述第一电阻R1远离与第二电阻R2连接的一端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第三电阻R3与运算放大器A1的输出端连接,运算放大器A1的反向输入端通过第四电阻R4接地,运算放大器A1的正向输入端分别与第五电阻R5的一端和第二电容C2的一端连接,第二电容C2的另一端接地,第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端连接,所述第六电阻R6的另一端接供电电源,第七电阻R7的另一端接地;所述皮肤探测电极Ⅰ和皮肤探测电极Ⅱ分别接在所述第六电阻R6的两端;所述第一电容C1与所述第一电阻R1连接的一端与所述微处理器连接。
4.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,该可装置还包括与所述微处理器连接的电源单元,所述电源单元包括电池充电管理器以及分别与所述电池充电管理器和微处理器连接的充电电池,所述电池充电管理器采用TP4057管理器U7。
5.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,该装置还包括与所述微处理器连接的电池容量监测电路,所述电池容量监测电路包括第八电阻R8和第九电阻R9,所述第八电阻R8的一端和第九电阻R9一端连接后与微处理器连接,所述第九电阻R9的另一端接电源正端口,第八电阻R8的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述血压心率监测单元包括BP1708传感器和BP17218传感器;所述BP1708传感器的1脚分别与第十五电容C15的一端和第二十二电阻R22的一端连接,所述第十五电容C15的另一端接地,所述第二十二电阻R22的另一端供电电源,BP1708传感器的2脚与BP17218传感器的1脚连接,BP1708传感器的3脚与BP17218传感器的3脚连接,BP1708传感器的4脚与BP17218传感器的4脚连接,BP1708传感器的6脚与BP17218传感器的5脚连接;BP1708传感器的12脚通过第一放大电路与微处理器连接,BP1708传感器的18脚通过第二放大电路与微处理器连接。
7.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述温湿度监测单元采用SHT30传感器。
8.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述气压监测单元采用SON203B传感器。
9.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述热辐射监测单元采用MB43TND传感器。
10.根据权利要求1所述的可穿戴式环境负荷与生理应激监测预警装置,其特征在于,所述微处理器采用MEGA88单片机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113257403A (zh) * 2021-04-26 2021-08-13 武汉中科医疗科技工业技术研究院有限公司 医疗设备控制方法、系统、装置、计算机设备和存储介质

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