CN214017535U - 基于运动健康监测的可穿戴智能设备 - Google Patents

Abstract

此项专利描述一种基于运动健康监测的可穿戴智能设备。其特征在于，包括：微处理器、无线通信单元、运动传感器、温度传感器、心电监测模拟前端电路、汗液传感器、视觉感知模块、用户交互模块、存储模块和电源模块，所述微处理器与上述运动传感器、温度传感器、汗液传感器、视觉感知模块、无线通信单元、心电监测模拟前端电路、存储模块和用户交互模块连接，用于接收用户交互模块输入的信息和运动传感器、温度传感器、心电监测模拟前端电路、汗液传感器及视觉感知模块采集的信息，并打包发送到存储模块和无线通信单元，同时通过用户交互模块显示其工作状态。

Description

基于运动健康监测的可穿戴智能设备

技术领域

此项专利描述一种新型基于运动健康监测的可穿戴智能设备。

背景技术

很多医疗机构在对病人和运动员的术后康复给予越来越多的关注。科学的康复计划将会极有力地帮助病人进行恢复。但是，现有的康复监测工作和监测系统中存在一定的不足和问题。

首先，由于医护人员无法时刻陪伴在病人和运动员身旁以监测他们的康复活动，这样，某些不规范的康复活动可能会导致二次损伤。

第二，许多病人和运动员无法支付高昂的专业康复护理服务费用、无法享受及时的服务，他们需要平价的服务费用和更及时的服务。

第三，尽管目前市场上有许多可穿戴设备，但它们只提供一些简单的功能，比如心率、体重、体温监测、血糖、血压等，这些数据无法为医护人员提供有效信息，进而无法为病人和运动员的康复提供有力的指导。这些设备中，有的只包括运动传感器，因而只能提供运动信息监测；有的只包括心电监测单元，因而只能提供心电相关的信息。

发明内容

此专利是一组基于运动健康监测的可穿戴智能设备，该设备包括：微处理器、无线通信单元、运动传感器、温度传感器、心电监测模拟前端电路、汗液传感器、视觉感知模块、用户交互模块、存储模块和电源模块。该设备架构示意图如附图1中所示。

微处理器作为设备的中央处理单元，通过不同的IO接口与不同的传感器和支持模块连接。这些IO接口包括模拟与数字接口（包括但不限于I2C,SPI等）。这些传感器包括但不限于下列传感器，运动传感器9、温度传感器10、心电监测模拟前端电路11、汗液传感器12、视觉感知模块13。这些支持模块包括但不限于存储模块15、无线通信单元16和用户交互模块17。

更进一步的方案是，所述运动传感器为下列中的任一种或任意组合，三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、三轴地磁传感器。所述运动传感器内也可以集成一个处理器核，以作为辅助处理器工作。

更进一步的方案是，所述温度传感器为数字传感器或模拟传感器。

更进一步的方案是，所述心电监测模拟前端电路(ECG)为一个模组。

更进一步的方案是，所述汗液传感器为一个模组。

更进一步的方案是，所述视觉感知模块为2D感知模组和3D感知模组中的一种或两者的组合。

更进一步的方案是，所述其他传感器，为除所述运动传感器、所述温度传感器、所述心电监测模拟前端电路、所述汗液传感器、所述视觉感知模块以外的可选择配置的传感器。

更进一步的方案是，所述板载存储模块，包括但不限于基于闪存的存储单元,如eMMC、Micro SD卡中的一种或任意组合。

更进一步的方案是，所述无线通信单元，包括但不限于下列中的任一种或任意组合，蓝牙模块、NFC模块、RFID模块、Zigbee模块、LoRa模块、NB-IoT模块、60 GHz模块、UWB模块等。这些无线通信技术使该设备能与智能手机或者其它同类设备进行通信。

更进一步的方案是，所述用户交互模块，用于设置和显示设备工作状态，分为下列两种形式，集成式和分立式。所述集成式用户交互模块，将用户输入与设备显示输出功能集成于同一模块中。所述分立式用户交互模块，包括用户输入模块和显示模块，分别实现用户输入与设备显示输出的功能。

更进一步的方案是，所述集成式用户交互模块，包括触摸可控式显示屏，但不限于此种形式。

更进一步的方案是，所述分立式用户交互模块中的用户输入模块用于设置设备工作状态，通过包括但不限于用按钮、选择开关、麦克风等方式设置工作状态。

更进一步的方案是，所述分立式用户模块中的显示模块用于显示设备工作状态，通过包括但不限于用LED灯、显示屏、扬声器、蜂鸣器、振动等方式显示工作状态。

更进一步的方案是，所述电源模块可以为有线电源模块，无线电源模块，和混合电源模块。

更进一步的方案是，所述有线电源模块包括电源管理模块，电源开关，电源电路。

更进一步的方案是，所述有线电源模块的电源电路设置有充电电路和可充电电池，所述充电电路与可充电电池电连接。

更进一步的方案是，所述有线电源模块的电源开关为按键开关、拨动开关或触点开关。

更进一步的方案是，所述有线电源模块的电源管理模块，为单个芯片模组或多个芯片模组，通过电源开关与电源电路电连接，与电子元件8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19电连接，向电子元件8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19提供稳定、符合其正常工作需要的电源。

更进一步的方案是，所述无线电源模块，与电子元件8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19电连接，接受外界激励，利用射频电路(RF)、光电转换等技术将电磁波、红外线、可见光等外界激励转换为电能，为电子元件8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19提供稳定、符合其正常工作需要的电力驱动。

更进一步的方案是，所述混合电源模块包括电源电路、电源开关、电源管理模块、无线电源模块、无线充电模块、电源选择切换模块。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的电源电路设置有充电电路和可充电电池，所述充电电路与可充电电池电连接。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的电源开关为按键开关、拨动开关或触点开关。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的电源管理模块，为单个芯片模组或多个芯片模组，通过电源开关与电源电路电连接，与电源选择切换模块电连接。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的无线电源模块，与电源选择切换模块电连接，接受外界激励，利用射频电路(RF)、光电转换等技术将电磁波、红外线、可见光等外界激励转换为电能。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的无线充电模块，与无线电源模块和电源电路电连接，在电源电路中的可充电电池电量不足时，为其充电。

更进一步的方案是，所述混合电源模块的电源选择切换模块，与电源管理模块和无线电源模块电连接，与电子元件7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19电连接，实现电源电路和无线电源电路供电的切换，为电子元件7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19提供稳定、符合其正常工作需要的电力驱动。

附图说明

附图1是智能可穿戴设备的架构示意图。图中：7、微处理器；8、运动传感器；9、温度传感器；10、心电监测模拟前端电路；11、汗液传感器；12、视觉感知模块；13、其他传感器；14、存储模块；15、无线通信单元；16、用户交互模块；17、集成式用户交互模块（或18、分立式用户交互模块用户输入模块；19、分立式用户交互模块显示模块）；20、电源模块。

附图2是有线电源模块的架构示意图。图中：21、电源电路；22、电源开关；23、电源管理模块。

附图3是无线电源模块的架构示意图。图中：24、无线电源模块。

附图4是混合电源模块的架构示意图。图中：25、电源电路；26、电源开关；27、电源管理模块；28、无线电源模块；29、无线充电模块；30、电源选择切换模块。

附图4至图9是本实用新型的应用举例说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，都应当视为本实用新型的保护范围。

具体实施方式

附图5至附图10分别展示了不同的应用场景。这些应用场景，用户可以通过用户交互模块进行设置。

附图5所示为心电监测模式，数字1所指的设备通过电极片固定在胸口处，可以用于心电监测，也可以用于人体温度和运动状态监测。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，此时设备中的运动传感器、温度传感器和心电监测模拟前端工作，而汗液传感器和视觉感知模块处于休眠状态。

附图6所示为手臂监测模式，数字1所指的设备，可以通过袖套，固定于小臂上，可以用于人体温度和人体汗液成分的监测，也可以用于手臂运动状态和周围环境的监测。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，此时设备中的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电模拟前端处于休眠状态，视觉感知模块处于工作或休眠状态。

附图7所示为下肢监测模式，数字1所指的设备，可以通过紧身裤，固定于小腿上，可以用于人体温度和人体汗液成分的监测，也可以用于下肢运动状态的监测。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，此时设备中的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电监测模拟前端电路和视觉感知模块处于休眠状态。

附图8所示为关节监测模式，数字1所指的设备，可以通过关节护具，固定于关节处，可以用于人体温度和人体汗液成分的监测，也可以用于关节运动状态和周围环境的监测。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，此时设备中的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电监测模拟前端电路处于休眠状态，视觉感知模块处于工作或休眠状态。

附图9所示为四肢关节监测模式，数字1-6所指的设备，可以通过关节护具（护肘、护膝、护踝），分别固定于左手肘、右手肘、左膝盖、右膝盖、左脚踝、右脚踝的关节处，可以用于人体温度的和人体汗液成分监测，也可以用于四肢关节和周围环境的监测。每个设备独立工作，终端设备如智能手机、手表等分别与每个设备通信，以对四肢的运动进行准确描述。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，设备3-6的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电监测模拟前端电路和视觉感知模块处于休眠状态，设备1和2的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电监测模拟前端电路处于休眠状态，视觉感知模块处于工作或休眠状态。

附图10所示为全身监测模式，数字7所指的设备通过电极片固定在胸口处，可以用于心电监测，也可以用于人体温度和运动状态监测，1-6所指的设备，可以通过关节护具（护肘、护膝、护踝），分别固定于左手肘、右手肘、左膝盖、右膝盖、左脚踝、右脚踝的关节处，可以用于人体温度和人体汗液成分的监测，也可以用于四肢关节和周围环境的监测。每个设备独立工作，终端设备如智能手机、手表等分别与每个设备通信，以对四肢的运动和心电信息进行准确记录。用户可以通过用户交互模块设置设备在此模式下工作，设备3-6中的运动传感器、温度传感器、汗液传感器会工作，而心电监测模拟前端和视觉感知模块处于休眠状态；设备1和2中的运动传感器、温度传感器、汗液传感器工作，而心电监测模拟前端处于休眠状态，视觉感知模块处于工作或休眠状态；设备7的心电监测模拟前端和温度传感器工作，而运动传感器、汗液传感器和视觉感知模块处于休眠状态。

Claims (26)

1.一种基于运动健康监测的可穿戴智能设备，其特征在于，包括：微处理器、无线通信单元、运动传感器、温度传感器、心电监测模拟前端电路、汗液传感器、视觉感知模块、用户交互模块、存储模块和电源模块，所述微处理器与上述运动传感器、温度传感器、汗液传感器、视觉感知模块、无线通信单元、心电监测模拟前端电路、存储模块和用户交互模块连接，用于接收用户交互模块输入的信息和运动传感器、温度传感器、心电监测模拟前端电路、汗液传感器及视觉感知模块采集的信息，并打包发送到存储模块和无线通信单元，同时通过用户交互模块显示其工作状态。

2.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述运动传感器用于监测运动相关的信息，为三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、三轴地磁传感器中的一种或任意组合。

3.根据权利要求2所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述运动传感器内集成一个微处理器核，作为所述可穿戴智能设备的辅助处理器，实现数据处理的功能。

4.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述温度传感器，用于监测人体和环境的温度，采集的信号为模拟信号或数字信号。

5.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述心电监测模拟前端电路，用于动态监测人体心电信号，采集的信号为模拟信号或数字信号。

6.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述汗液传感器，用于监测人体汗液的成分，采集的信号为模拟信号或数字信号。

7.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述视觉感知模块，用于监测设备周围环境影像，为2D感知传感器和3D感知传感器中的一种或组合。

8.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述存储模块，用于存储经过微处理器处理过的数据或传感器采集的原始数据，为基于闪存的存储单元中的一种或任意组合。

9.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述无线通信单元，用于向智能手机、手表等具有无线传输功能的设备发送经过微处理器处理的数据，为蓝牙模块、NFC/RFID模块、Zigbee模块、LoRa模块、NB-IoT模块、60GHz通信模块、UWB模块中的一种或任意组合。

10.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述用户交互模块，用于设置和显示设备工作状态。

11.根据权利要求10所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述用户交互模块，为包括触摸可控式显示屏的集成式交互模块，或包括用户输入模块和显示模块的分立式交互模块的任意一种。

12.根据权利要求11所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述用户输入模块，用于设置设备工作状态，为按钮、选择开关、麦克风中的一种或任意组合。

13.根据权利要求11所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述显示模块，用于显示设备工作状态，为LED灯、显示屏模块、扬声器模块、蜂鸣器模块、振动模块中的一种或任意组合。

14.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述电源模块，可为有线电源模块、无线电源模块中的一种或混合电源模块。

15.根据权利要求14所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述有线电源模块，包括电源电路、电源开关和电源管理模块。

16.根据权利要求15所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述有线电源模块中的电源电路，设置有充电电路和可充电电池，所述充电电路与可充电电池电连接。

17.根据权利要求15所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述有线电源模块中的电源开关，控制设备的开启与关闭，为按键开关、拨动开关或触点开关。

18.根据权利要求15所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述有线电源模块中的电源管理模块，为单个芯片模组或多个模组，用于通过电源开关向设备供电。

19.根据权利要求14所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述无线电源模块，用于接受外界激励，利用射频电路(RF)、光电转换等技术将电磁波、红外线、可见光等外界激励转换为电能，向设备供电。

20.根据权利要求14所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块，包括电源电路、电源开关、电源管理模块、无线电源模块、无线充电模块、电源选择切换模块。

21.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的电源电路，设置有充电电路和可充电电池，所述充电电路与可充电电池电连接。

22.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的电源开关，控制设备的开启与关闭，为按键开关、拨动开关或触点开关。

23.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的电源管理模块，为单个芯片模组或多个模组，与电源选择切换模块电连接。

24.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的无线电源模块，与电源选择切换模块电连接，接受外界激励，利用射频电路(RF)、光电转换等技术将电磁波、红外线、可见光等外界激励转换为电能。

25.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的无线充电模块，与无线电源模块和电源电路电连接，在电源电路中的可充电电池电量不足时，为其充电。

26.根据权利要求20所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述混合电源模块中的电源选择切换模块，与电源管理模块和无线电源模块电连接，实现有线电源电路和无线电源电路供电的切换，向设备供电。

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