CN214073277U - 一种高精度生命体征检测设备 - Google Patents

Abstract

一种高精度生命体征检测设备，涉可穿戴医疗检测设备技术领域，解决现有可穿戴式生命体征检测设备检测结果不精准、不全面的技术不足，采用的技术手段包括：设备主体，设备主体上设有显示屏、主控PCB板、电池和传感器PCB板；主控PCB板上设有ECG检测模块，传感器PCB板上设有PPG检测模块。ECG检测模块包括有生物电势AFE、第一ECG电极、第二ECG电极、三ECG电极和第四ECG电极。本实用新型采用ECG法和PPG法相结合的形式来测量被检测对象的脉搏、血氧及心率，并将采集信号的ECG电极增加到四个，使本实用新型的检测结果更精准、更全面，能够准确反映被检测对象真实的心脏健康状况，符合医疗检测标准，具有实际医学参考意义，可对老年人及病患等的身体状况进行检测预警。

Description

一种高精度生命体征检测设备

技术领域

本实用新型涉及可穿戴医疗检测设备技术领域，更具体的涉及一种高精度生命体征检测设备。

背景技术

随着人们对身体健康状况的重视，越来越多的人选择使用可穿戴式生命体征检测设备对自身、老年人或病患的身体状况进行实时检测来获得相关生命体征数据，进而指导运动健身、健康保健及医疗用药等。现有普通可穿戴式生命体征检测设备功能简单，大多只具有记步、卡路里消耗、简单心率检测功能。此类检测设备的心率检测仅只是采用PPG容积描记波（光电体积法）的检测方法，通过光学模组将LED光源照射入被检测对象的皮肤组织，然后通过接收端的光学传感器模拟前端将接收到的、由被检测对象反射回来的光信号转换为电信号，并通过生物识别传感器Hub对接收到的电信号进行解调，并通过内置算法计算得出被检测对象的大致脉率，继而通过脉率估算出心率。这种普通的可穿戴式生命体征检测设备的心率检测模块，其光学模组及光学传感器模拟前端极易受到外部环境光的干扰，使照射光源及反射光信号与实际偏差较大，且其生物识别传感器Hub对这种偏差处理的能力较差，造成检测结果与实际出入较大，达不到医疗检测指标要求，仅只能作为辅助运动的参考，不具医学参考意义，不能指导老年人及病患的用药。

为了进一步提高可穿戴式生命体征检测设备的检测精度，市场上出现一些采用生物电势ECG检测法和容积描记波PPG检测法相结合的形式来测量被检测对象血氧、心率及脉搏的可穿戴式生命体征检测设备，例如具有ECG心电图功能的Apple Watch Series 4 ，这类可穿戴式生命体征检测设备的心率检测功能同样存在弊端，因其ECG检测模块只具有两个ECG电极，对被检测对象的生物电势信号采集不全面，其计算得出的心电波形图只能叫做单导联心电图，仅具有常规心电图的部分功能。因此，这类检测设备其检测结果不精准、不全面，无法对心肌缺血、心肌梗死等心肌痛病症进行检测预警，不能全面准确地反映被检测对象的心脏健康状况，只能当做运动辅助设备使用而不能当做医疗级别的生命体征检测设备来使用。

鉴于此，如何提高可穿戴式生命体征检测设备的检测精度以保证其能准确反映被检测对象的真实健康状况成为目前急需解决的技术问题。

实用新型内容

综上所述，本实用新型的目的在于解决现有可穿戴式生命体征检测设备实际检测结果不精准、不全面的技术不足，而提供一种高精度生命体征检测设备，该设备可以准确、全面地实时检测使用者的心电、脉搏波、血氧、血压、呼吸、运动状态及体温等多种重要的生命体征信号，不仅可以作为辅助运动的参考，还能对老年人及病患提供健康检测预警、指导用药。

为实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案：

一种高精度生命体征检测设备，包括有设备主体，设备主体上部设有显示屏。所述设备主体容腔内固设有主控PCB板以及分别与所述主控PCB板电性连接的电池和传感器PCB板。所述的传感器PCB板固设于设备主体下部，其上设有PPG检测模块、重力加速度检测模块和体温检测模块，主控PCB板固设于传感器PCB板与所述的显示屏之间，其上设有ECG检测模块、主控MCU和无线通讯模块，所述的主控MCU接收并处理各检测模块的检测数据，并分别通过显示电路及所述的无线通讯模块将检测结果发送至所述显示屏上及使用者的移动终端上进行显示。所述的ECG检测模块包括有生物电势AFE和用于采集被检测对象体表生物电势信号的ECG电极，所述的ECG电极包括有设于设备主体底部的第一ECG电极、第二ECG电极以及分设于设备主体两侧的第三ECG电极和第四ECG电极，所述的生物电势AFE接收并处理各ECG电极的检测信号，并通过SPI串行接口将处理得到的ECG波形和心率检测数据传送至所述的主控MCU。

所述生物电势AFE的型号为美信半导体的MAX3003CWV+T。

所述的PPG检测模块包括有光学模组、生物识别传感器Hub和光学传感器模拟前端，所述的生物识别传感器Hub与所述的光学模组和光学传感器模拟前端进行数据通讯得出被检测对象的脉搏、血氧及心率检测数据，并通过I2C接口将得到的检测数据发送给所述的主控MCU处理。所述的光学模组包括有血氧心率传感器和LED发光模块，所述的血氧心率传感器内置LED、光电控制器以及带环境光抑制的低噪声电子电路，所述的光学传感器模拟前端包括有信号调理模拟前端AFE、LED驱动器、感光模块和环境光抵消电路。

所述的LED发光模块包括有向被检测对象发射绿光的第一发光单元和发射绿光、红光及红外光的第二发光单元，所述的感光模块包括有接收由被检测对象反射回来的光线的、分别与所述第一发光单元和第二发光单元配合使用的第一感光单元和第二感光单元。所述的第一发光单元、第一感光单元、第二发光单元和第二感光单元并排固设在所述传感器PCB板朝向所述设备主体底部的下表面上，设备主体底部对应开设有用于光线射出及反回的透光窗口，所述的透光窗口上设有透光保护罩。

所述的血氧心率传感器固设于所述主控PCB板朝向所述显示屏的上表面一端，显示屏上的同一端设有与血氧心率传感器相对应的、用于被检测对象手指按压以便进行血氧含量检测的检测窗。

所述血氧心率传感器的型号为美信半导体的MAX30101，所述生物识别传感器Hub的型号为美信半导体的MAX32664GWED+T，所述光学传感器模拟前端的型号为美信半导体的MAX86141。

所述体温检测模块的型号为美信半导体的MAX30208CLB+，其固设于所述传感器PCB板朝向所述设备主体底部的下表面一端，并通过导电硅脂与所述的第一ECG电极或第二ECG电极电性连接。

所述的主控PCB板上还设有通过I2C接口与所述主控MCU相连接的电源管理模块，其型号为美信半导体的MAX20303。

所述主控MCU的型号为美信半导体的MAX32630。

本实用新型的有益效果为：采用ECG生物电势法和PPG容积描记波法相结合的形式来测量被检测对象的脉搏、血氧及心率，并将ECG检测模块的ECG电极增加到四个。实际使用时将设备主体佩戴在被检测对象的手腕部，使设备主体底部的第一ECG电极和第二ECG电极直接与使用者的腕部皮肤相接触，然后，被检测对象另一只手的拇指和食指同时夹住设备主体两侧的第三ECG电极和第四ECG电极，继而实现对被检测对象皮肤多点生物电势信号的采集，并通过生物电势AFE将接收到的四组生物电势信号进行解调处理，并向主控MCU输出心电图。本实用新型ECG模块输出的心电图具有常规心电图的全部功能，使本实用新型的检测结果更精准、更全面，能够准确反映被检测对象真实的心脏健康状况，符合医疗检测标准，具有实际医学参考意义，可以对老年人及病患身体状况进行检测预警，并可将检测结果作为医学检测指标来指导其用药。

同时，本实用新型将ECG检测模块与PPG检测模块分别设置在主控PCB板和传感器PCB板上，避免了ECG检测模块与PPG检测模块之间的信号干扰，进一步提高了本实用新型检测结果的精准度。

另外，本实用新型还设有重力加速度检测模块和体温检测模块，在使用者出现跌倒、发烧等异常状况时即时向主控MCU传送检测数据，并在主控MCU的控制下启动ECG检测模块及PPG检测模块工作，及时对使用者的心脏健康状况做出精准、全面的检测，并即时将检测结果发送至显示屏及使用者的移动终端上进行预警、提示，使被检测对象知悉自身状况并指导后续医疗、急救的方案。

附图说明

图1为本实用新型设备主体结构分解示意图；

图2为本实用新型设备主体底部结构示意图；

图3为本实用新型主控PCB板上表面结构示意图；

图4为本实用新型传感器PCB板下表面结构示意图；

图5为本实用新型底壳结构示意图；

图6为本实用新型设备主体整体结构装配示意图（隐藏底壳及中框）；

图7为本实用新型的电路原理方框图；

图8为本实用新型ECG检测模块的电路原理方框图；

图9为本实用新型PPG检测模块的电路原理方框图；

图10为本实用新型应用于物联网系统中的工作原理方框图。

图中：1.显示屏，101.检测窗，2.中框，201.蜂鸣器卡槽，3.主控PCB板，301.ECG检测模块，3001.生物电势AFE, 302.主控MCU，303.无线通讯模块,304.电源管理模块，31. 血氧心率传感器，32.第一POGO PIN端子，33. 第二POGO PIN端子，34. 第三POGO PIN端子，35. 第四POGO PIN端子，36. 第五POGO PIN端子，37. 第六POGO PIN端子，4.蜂鸣器，5.电池，6.传感器PCB板，601.PPG检测模块，6001.生物识别传感器Hub,6002.光学传感器模拟前端,602.重力加速度检测模块，61.第一发光单元，62.第二发光单元，63.第一感光单元，64.第二感光单元，65.体温检测模块，651.导电硅脂，7.底壳，71.透光窗口，72.第一腕带卡件，721.充电电极插槽，73.第二腕带卡件，74.感温开口，75.ECG电极容置槽，76.POGO PIN探针通孔，8.第一ECG电极，9. 第二ECG电极，10.第三ECG电极，11. 第四ECG电极，12.透光保护罩，13.充电电极。

具体实施方式

以下结合附图和本实用新型优选的具体实施例对本实用新型的结构作进一步地说明。本实施例仅只是本实用新型的一种优选的实施方式，不能理解为是对本实用新型的限制。

参照图1至图5所示，本实用新型：一种高精度生命体征检测设备，包括有设备主体，设备主体采用智能手表式结构设计，实际使用时佩戴于被检测对象的腕部以便于对使用者的生命体征指标进行实时检测。设备主体包括有底壳7、中框2和显示屏1，中框2固定连接在底壳7与显示屏1之间并将显示屏1与底壳7连接成一体。底壳7为长方体槽型结构，底壳7容腔内固设有主控PCB板3以及分别与该主控PCB板3电性连接的电池5、传感器PCB板6和蜂鸣器4，充电电极13通过该主控PCB板3与电池5电性连接。底壳7两侧壁上对应设有用于连接腕带的第一腕带卡件72和第二腕带卡件73（如图5中所示），设备主体通过两个腕带卡件可拆卸地连接有腕带，并通过腕带佩戴在使用者的腕部。处于底壳7右侧壁上的第一腕带卡件72整体结构与标准USB充电插头的结构相近，其上并排设有两条充电电极插槽721，在充电电极插槽721内固设有用于为电池5充电的充电电极13，设备主体缺电时即可拆下右侧的腕带，并将第一腕带卡件72插接在标准USB充电插口上通过充电电极13为设备主体内的电池5充电。

具体的，显示屏1匹配卡位在中框2的上部并通过胶粘进行固定，主控PCB板3匹配卡位在中框2的底部并通过螺钉进行固定，显示屏1与主控PCB板3间通过显示电路进行连接，主控PCB板3的下底面上设有电子元器件。中框2的左侧下部一体连接有一处于主控PCB板3左侧下部的蜂鸣器卡槽201，蜂鸣器4匹配插接在该蜂鸣器卡槽201内固定并与主控PCB板3电性连接。传感器PCB板6匹配卡位固定在底壳7的底部，电池5通过双面胶粘贴在传感器PCB板6的上表面上固定并与主控PCB板3电性连接。固定后电池5与蜂鸣器4处于主控PCB板3与传感器PCB板6之间以将二者间隔开一定距离。

具体的，参照图7所示，本实用新型的传感器PCB板6上设有用于检测使用者血氧含量SpO2、心率HR、脉搏、血压、运动状态及体温等生命体征指标的PPG检测模块601、重力加速度检测模块602和体温检测模块65，主控PCB板3上设有用于检测使用者心率HR的ECG检测模块301以及用于信号、数据处理的主控MCU302和无线通讯模块303。该主控MCU302负责接收并处理ECG检测模块301、PPG检测模块601、重力加速度检测模块602和体温检测模块65的检测信号及数据，并分别通过显示电路及无线通讯模块303将检测结果发送至显示屏1及使用者的移动终端上进行显示（如图10所示），使用者本人、监护人或医护等其他人可方便地通过显示屏1及移动终端及时了解被检测对象的真实生命体征检测结果，并针对检测结果做出正确的运动健身规划、营养保健方案、医疗处理或用药指导。

具体的，参照图1、图2及图8所示，本实用新型的ECG检测模块301包括有生物电势AFE3001和用于采集被检测对象体表生物电势信号的ECG电极。ECG电极具体包括有对应设于底壳7底部左右两侧的第一ECG电极8、第二ECG电极9以及对应分设于底壳7前后两侧壁上的第三ECG电极10和第四ECG电极11。生物电势AFE3001负责接收并处理各ECG电极采集到的被检测对象皮肤表面的生物电势检测信号，并通过SPI串行接口将处理得到的ECG波形和心率检测数据传送至主控MCU302处进行处理。

优选的，为了实现生物电势AFE3001功能的最优化，本实用新型生物电势AFE3001的具体型号采用美信半导体的MAX3003CWV+T，其广泛应用于可穿戴设备上，是一种高效、完备的模拟前端方案，不仅适合健身应用，还适用于临床应用，具有高性能、高精度、低功耗、使用寿命长的优点。

同时，MAX3003CWV+T具有ESD保护、EMI滤波、内部导联偏置、直流导联关断检测、待机模式下超低功耗导联导通检测，以及用于内部自检的齐全校准电压。同时也具有高输入阻抗、低噪声、高CMRR、可编程增益、各种低通和高通滤波器选项，以及高分辨率模/数转换器。MAX3003CWV+T通过其较高的CMRR和高输入阻抗具有更好的启动性能，可在设备主体待机状态下随时激活启动来对使用者的心率进行即时检测，特别是在主控MCU302的控制下实现与重力加速度检测模块602的联动。一但佩戴设备主体的使用者/被检测对象出现跌倒等行动异常状况，重力加速度检测模块602感知后即可将检测到的异常运动状态信号通过I2C接口传输至主控MCU302，继而通过主控MCU302快速启动ECG检测模块301并通过MAX3003CWV+T对使用者心率进行精准检测。同时，当使用者检测结果不良危及其健康时，主控MCU302还会启动蜂鸣器4发出鸣响，提示使用者本人或周围人注意其健康状况，及时做出正确的应对措施。

优选的，为了使ECG检测模块301的四个分设在设备主体外表面底部及两侧的ECG电极与主控PCB板3上的生物电势AFE3001实现电性连接，避免设备主体内部走线混乱，本实用新型采用POGO PIN端子将ECG电极与生物电势AFE3001进行连接。

具体的，参照图3、图5及图6所示，主控PCB板3下表面的左右两侧对应设有竖直向底壳7底部伸出的第一POGO PIN端子32和第二POGO PIN端子33，主控PCB板3下表面的前后两侧对应设有水平向底壳7前后两侧壁伸出的第三POGO PIN端子34和第四POGO PIN端子35。底壳7底部及前后两侧壁的外表面上对应设有用于容置ECG电极的ECG电极容置槽75，在ECG电极容置槽75上开设有分别与第一ECG电极8、第二ECG电极9、第三ECG电极10和第四ECG电极11的探针端部相对应的、用于各POGO PIN端子的探针端部与各ECG电极相接触的POGOPIN探针通孔76。

设备主体实际装配后，主控PCB板3上与生物电势AFE3001电性连接的第一POGOPIN端子32和第二POGO PIN端子33，竖直向下延伸并通过底壳7底部的POGO PIN探针通孔（图中未画出）分别与第一ECG电极8和第二ECG电极9电性连接。同时，第三POGO PIN端子34和第四POGO PIN端子35水平向前后延伸并通过底壳7前后两侧壁上的POGO PIN探针通孔76分别与第三ECG电极10和第四ECG电极11电性连接。继而实现生物电势AFE3001通过POGOPIN端子与各ECG电极电性连接的目的，使设备主体内部走线更加规整，且有利于各ECG电极与生物电势AFE3001之间的信号传输，避免了传感器PCB板6上的电子元器件对ECG电极信号采集的干扰，提高了本实用新型ECG检测模块301检测的精准度。

同时，参照图3及图6所示，本实用新型设备主体在主控PCB板3下底面的右端中部位置上还竖直向下设有相对较短的、分别与底壳7右侧壁上的充电电极13左端部相对应的第五POGO PIN端子36和第六POGO PIN端子37。将主控PCB板3固定连接在底壳7上后，第五POGO PIN端子36和第六POGO PIN端子37分别与两个充电电极13弹性接触，继而将充电电极13通过第五POGO PIN端子36和第六POGO PIN端子37电性连接在主控PCB板3上，再通过主控PCB板3将充电电极13与电池5电性连接。

具体的，参照图9所示，本实用新型设备主体的PPG检测模块601包括有光学模组、生物识别传感器Hub6001、光学传感器模拟前端6002和稳压模块。稳压模块为光学传感器模拟前端6002供电，其采用独有的控制算法，在LED驱动器启动LED发光单元过程中提供升降压调节，在降压、升/降压和升压模式之间平稳切换，最大程度降低输出电压纹波的不连续性和次谐波。生物识别传感器Hub6001与所述的光学模组和光学传感器模拟前端6002进行数据通讯得出被检测对象的脉搏、血氧、心率检测数据，并通过I2C接口将得到的检测数据发送给所述的主控MCU302处理，主控MCU302通过内置程序及算法综合分析比对ECG检测模块301及PPG检测模块601的检测结果，排除异常、偏差数据后综合得出被检测对象的真实脉搏、血氧及心率检测结果，并基于此数据分析推导出被检测对象的真实血压值，使本实用新型的生命体征检测结果更加精准，不仅可以作为运动健身的参考，还具有实际医疗参考价值。

具体的，光学模组包括有用于检测使用者手指端血氧含量SpO2的血氧心率传感器31和基于光电体积法向使用者腕部皮肤发射光线的、与血氧心率传感器31电性连接的LED发光模块。血氧心率传感器31内置LED、光电控制器以及带环境光抑制的低噪声电子电路，光学传感器模拟前端6002包括有用于光信号调理的信号调理模拟前端AFE、用于驱动光学模组的LED发光模块的LED驱动器、用于接收经使用者腕部皮肤反射回来的光线的感光模块和用于消除外部环境光影响的环境光抵消电路。

PPG检测模块601通过血氧心率传感器31及光学传感器模拟前端6002准确采集被检测对象手腕处的脉搏波并通过生物识别传感器Hub6001对检测到的脉搏波进行滤波及运算，通过分析脉搏波的上升斜率及波段时间等特征参数并通过内置的程序、算法运算得出被检测对象的真实脉搏、血氧含量SpO2及心率。

PPG检测模块601首先通LED驱动器驱动LED发光模块启动，将LED光线照射入被检测对象腕部皮肤组织内，然后通过感光模块接收经被检测对象皮肤反射回来的反射光线，并通过信号调理模拟前端AFE内置的ADC将光信号转换成可供生物识别传感器Hub6001读取的电信号，继而通过生物识别传感器Hub6001对变化的电信号进行解调，并通过其内置的程序及特定算法计算得出脉率，而脉率又等于心率，从而获得被检测对象的真实心率。

PPG光电法检测的原理在于：皮肤组织内的血液流量随着脉搏的变化而呈现周期性地变化，同时，血液中的含氧血红细胞的比例也随着脉搏的变化而变化，因此，它们对LED发光模块发出的入射光的吸收程度也随着脉搏而呈现周期性的变化。通过血氧心率传感器31及光学传感器模拟前端6002即可检测使用者血液中含氧血红细胞的比例变化，并将这种变化转换成数据传送至生物识别传感器Hub6001，继而通过生物识别传感器Hub6001得出精准的脉搏、血氧及心率检测数据，然后生物识别传感器Hub6001通过I2C接口将检测数据发送给主控MCU302做进一处理。

由于本实用新型的血氧心率传感器31及光学传感器模拟前端6002皆具有环境光抑制功能，在LED发光模块向被检测对象的腕部皮肤发射光线及感光模块接收经被检测对象腕部皮肤反射回来的反射光线过程中，PPG检测模块601能够有效消除环境光线对光电检测造成的影响，进一步提高了本实用新型检测结果的准确性。

为了提高本实用新型PPG检测模块601光电体积法的检测精度，光学模组的LED发光模块包括有可向被检测对象腕部皮肤处发射绿光的第一发光单元61和可向被检测对象腕部皮肤处发射绿光、红光及红外光的第二发光单元62，相配合的，光学传感器模拟前端6002的感光模块包括有接收由被检测对象腕部皮肤反射回来的反射光线的、分别与所述第一发光单元61和第二发光单元62配合使用的第一感光单元63和第二感光单元64。

具体的，参照图2及图4所示，第一发光单元61、第一感光单元63、第二发光单元62和第二感光单元64依次并排焊接在传感器PCB板6朝向底壳7底部的下表面中部位置上，设备主体底部对应开设有用于光线射出及反回的透光窗口71，且该透光窗口71位于第一ECG电极8和第二ECG电极9之间。为了避免异物碰触而造成LED发光模块及感光模块损坏，本实用新型的透光窗口71上设有一透光保护罩12（参照图1所示）。

进一步的，参照图1、图3及图6所示，为了进一步提高PPG检测模块601的检测精度，本本实用新型的血氧心率传感器31感测面朝上焊接在主控PCB板3朝向显示屏1的上表面右端部，显示屏1右端对应设有一与血氧心率传感器31相对应的、用于被检测对象手指按压以便进行血氧含量SpO2检测的检测窗101。

现有普通可穿戴式生命体征检测设备只能对使用者腕部皮肤进行光电信号采集，而本实用新型特别将血氧心率传感器31焊接在主控PCB板3上并在显示屏1上对应设置检测窗101，实际使用时使用者将设备主体佩戴在其中一只手的腕部，并将另一只手的手指按压在显示屏1上的检测窗101上，然后再启动PPG检测模块601运行，如此，不仅可以通过LED发光模块和感光模块向使用者手腕部皮肤组织内发射光线并接收反射光线，还可以通过具有内置LED、光电控制器以及带环境光抑制的低噪声电子电路的血氧心率传感器31向使用者手指端皮肤组织发射光线并接收反射光线，增加了本实用新型光电信号采集的位置，进一步提高了本实用新型PPG检测模块601的检测精度。

优选的，参照图9所示，为了实现PPG检测模块601功能的最优化，本实用新型血氧心率传感器31的具体型号优选的采用美信半导体的MAX30101，生物识别传感器Hub6001的具体型号优选的采用美信半导体的MAX32664GWED+T，光学传感器模拟前端6002的具体型号优选的采用美信半导体的MAX86141，稳压模块的具体型号优选的采用美信半导体的MAX20343，第一发光单元61的具体型号优选的采用欧司朗半导体的LT PWSG-AABB-36-46，第二发光单元62的具体型号优选的采用欧司朗半导体的SFH7013。

具体的，MAX30101是一种高度集成化的脉搏血氧仪和心率检测模块，提供完备的系统方案，通过标准的I2C兼容接口进行通讯，可通过软件关断模块，待机电流为0，允许电源轨在全部时间保持供电，保证本实用新型设备主体待机状态下的PPG检测模块601响应效率。

同时，MAX86141是一款精准、高效且低功耗的完整单通道光学数据采集系统，具有三个可编程的大功率LED驱动器，经过配置最多可驱动六个LED，且其接收器端设有低噪声的信号调理模拟前端 AFE，并具有一个19位ADC、一个行业领先的环境光抵消电路以及一个栅栏检测和替代算法，内置算法进一步增强了快速环境瞬变抑制功能，对环境光抑制的效果明显，非常适合用于透射和反射心率或SpO2检测的优化架构。

另外，MAX32664GWED+T完美支持MAX30101，适用于基于手指的可穿戴应用，而且MAX32664GWED+T还能完美支持MAX86141，适用于基于腕部的可穿戴应用。三者相互配合可精准、全面地检测使用者脉搏、心率及血氧含量。

实际检测过程中，LED发光模块配合血氧心率传感器31使用，第二发光单元62（SFH7013）及血氧心率传感器31（MAX30101）向被检测对象的腕部及手指端部皮肤组织发出红光/红外光线来检测血氧含量SpO2；第一发光单元61（LT PWSG-AABB-36-46）向被检测对象的腕部皮肤组织发出绿光光线来检测心率HR，再通过生物识别传感器Hub6001（MAX32664GWED+T）将光学模组及光学传感器模拟前端6002（MAX86141）采集并调理的变化的电信号解调、处理并综合计算得出被检测对象的真实脉搏、血氧及心率数据。

具体的，参照图4至图7所示，本实用新型体温检测模块65的具体型号优选的采用美信半导体的MAX30208CLB+，该体温检测模块65感测面朝下焊接于传感器PCB板6朝向底壳7底部的下表面右端，并通过导电硅脂651与第二ECG电极9电性连接。相配合的，底壳7底部开设有与体温检测模块65相对应的感温开口74，该感温开口74上下贯穿底壳7底部并处于第二ECG电极9的ECG电极容置槽内，导电硅脂651嵌在该感温开口74内并将第二ECG电极9与体温检测模块65电性连接。

本实用新型的体温感测模块65选用MAX30208CLB+，其是一款低功耗、高精度数字温度传感器，在+30°C至+50°C温度范围内的精度为±0.1°C，在0°C至+70°C温度范围内的精度为±0.15°C，使用标准I2C串行接口与主控MCU302进行通信。具有测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点。

实际使用过程中设备主体佩戴在被检测对象的腕部，保证使底壳7底部的ECG电机紧密接触腕部皮肤，第二ECG电极接收腕部皮肤的温度并通过导电硅脂651传递给体温感测模块65，体温检测模块65将物理温度转换成数字信号并通过内部算法得出被检测对象的真实体温数据，然后通过I2C接口将检测数据发送至主控MCU302。设备主体可配置高、低温警报，在使用者体温出现异常状态时主控MCU302控制蜂鸣器4鸣响进行示警，并可配置ECG检测模块301及PPG检测模块601同步启动以在使用者体温异常时对其各项生命体征进行全面检测，起到检测预警的作用。

具体的，参照图7所示，本实用新型的重力加速度检测模块602优选的采用美国Kionix公司的KX122-1037，可在设备主体待机状态下即时检测使用者的运动状态，当重力加速度检测模块602感测到使用者出现跌倒等异常状态时，通过I2C接口向主控MCU发送检测数据并可配置ECG检测模块301及PPG检测模块601同步启动以在使用者运动状态异常时对其各项生命体征进行全面检测，起到检测预警的作用。

具体的，参照图7所示，本实用新型的主控PCB板3上还设有通过I2C接口与主控MCU302相连接的电源管理模块304，其具体型号优选的采用美信半导体的MAX20303。MAX20303为高度集成、可编程的电源管理方案，设计用于超低功耗可穿戴应用。MAX20303具有一组灵活的电源优化电压调节器，包括多个降压、升压、升/降压和线性调节器，提供高度集成并优化的电源架构。

MAX20303包括完备的电池管理方案，包括电池密封、充电器、电源通路和电量计，充电器中内置热管理和输入保护，能够有效延长本实用新型电池5的使用寿命。

具体的，参照图7所示，为了提高主控MCU302的信号、数据处理能力，进而提高本实用新型检测结果的精准度，主控MCU302具体型号优选的采用美信半导体的MAX32630。MAX32630是一款带有基于FPU的超低功耗、高效信号处理能力的微控制器（MCU），专为物联网(IoT)而设计，提供多个SPI、UART、I2C、1-Wire主机接口和USB接口。通过四输入、10位ADC能够有效监测本实用新型各检测模块的外部传感器。

同时，MAX32630的高级电源管理功能可以与电源管理模块304的MAX20303配合最大程度的延长本实用新型设备主体的工作时间，确保在工作状态、DMA及睡眠保持模式下都实现最低能耗。MAX32630有助于运行第三方应用和记录各传感器数据，从而全面改善用户体验。外设功能包括6个32位定时器、时钟、66个通用I/O引脚、脉冲序列引擎和10位模/数转换器（7.8ksps）。此外，MAX32631还增设了信赖保护单元（TPU），支持高级硬件加密和安全认证功能，为客户提供完备的安全工具箱，以保护IP、算法和用户数据。

具体的，参照图7所示，本实用新型的无线通讯模块303优选的采用nRF52840-QIAA无线射频芯片，能够支持复杂和高要求的应用程序作为单个芯片解决方案。同时nRF52840-QIAA提供丰富的外围设备，包括NFC、USB和包括Quad SPI (QSPI)在内的多个接口选项，丰富了本实用新型的通讯方式。另外，nRF52840-QIAA芯片技术较成熟，生产制造商较多，采购价格相对便宜，有利于降低本实用新型的生产成本。

进一步的，参照图10所示，为了方便老年人及病患随时检测并记录自身的生命体征数据、便于形成检测档案为后续保健规划及医疗用药做参考，本实用新型生命体征检测设备还可应用于物联网系统中配合使用者的移动终端、电信服务商的云端服务器、医疗机构的数据处理中心及使用者监护人、家人、医生的移动终端，实现高效、全面、实时的医疗检测预警。实际使用过程中，设备主体通过无线通讯模块303的蓝牙通讯功能将检测数据发送到与设备主体蓝牙连接的移动终端（智能手机）上，移动终端利用电信网络将检测数据发送到云端服务器进行储存，云端服务器将检测数据通过互联网发送到数据处理中心，数据处理中心再通过互联网将接收到的检测数据分发至第三方。第三方既可以是医疗机构的病患管理系统、医生的移动终端，也可以是本实用新型使用者的监护人、家人的移动终端（智能手机）。

基于物联网系统的设置，云端服务器和数据处理中心可对被检测对象的检测数据进行储存并分发到第三方，以便于让医护人员或监护人、家人及时了解佩戴设备主体的使用者的身体健康状况，保证在其身体出现异常状况时能够及时做出正确的处理，避免使用者因自身限制不能自救而出现生命危险。

上述实施例仅仅为了表述清楚本实用新型的具体一种实施方式，并不是对本实用新型的实施方式的限定。对于本领域技术人员来说，依据本实用新型原理可以推导总结出其他一些对主控PCB板3、传感器PCB板6、PPG检测模块601、ECG检测模块301等的调整或改动，在此就不进行一一列举。凡是依据本实用新型的精神和原则之内做出的任何修改、替换或改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围内。

Claims (9)

1.一种高精度生命体征检测设备，包括有设备主体，设备主体上部设有显示屏（1），其特征在于：所述设备主体容腔内固设有主控PCB板（3）以及分别与所述主控PCB板（3）电性连接的电池（5）和传感器PCB板（6）；所述的传感器PCB板（6）固设于设备主体下部，其上设有PPG检测模块（601）、重力加速度检测模块（602）和体温检测模块（65），主控PCB板（3）固设于传感器PCB板（6）与所述的显示屏（1）之间，其上设有ECG检测模块（301）、主控MCU（302）和无线通讯模块（303），所述的主控MCU（302）接收并处理各检测模块的检测数据，并分别通过显示电路及所述的无线通讯模块（303）将检测结果发送至所述显示屏（1）上及使用者的移动终端上进行显示；所述的ECG检测模块（301）包括有生物电势AFE（3001）和用于采集被检测对象体表生物电势信号的ECG电极，所述的ECG电极包括有设于设备主体底部的第一ECG电极（8）、第二ECG电极（9）以及分设于设备主体两侧的第三ECG电极（10）和第四ECG电极（11），所述的生物电势AFE（3001）接收并处理各ECG电极的检测信号，并通过SPI串行接口将处理得到的ECG波形和心率检测数据传送至所述的主控MCU（302）。

2.根据权利要求1所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述生物电势AFE（3001）的型号为美信半导体的MAX3003CWV+T。

3.根据权利要求1所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述的PPG检测模块（601）包括有光学模组、生物识别传感器Hub（6001）和光学传感器模拟前端（6002）；所述的生物识别传感器Hub（6001）与所述的光学模组和光学传感器模拟前端（6002）进行数据通讯得出被检测对象的脉搏、血氧及心率检测数据，并通过I2C接口将得到的检测数据发送给所述的主控MCU（302）处理；所述的光学模组包括有血氧心率传感器（31）和LED发光模块，所述的血氧心率传感器（31）内置LED、光电控制器以及带环境光抑制的低噪声电子电路，所述的光学传感器模拟前端（6002）包括有信号调理模拟前端AFE、LED驱动器、感光模块和环境光抵消电路。

4.根据权利要求3所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述的LED发光模块包括有向被检测对象发射绿光的第一发光单元（61）和发射绿光、红光及红外光的第二发光单元（62），所述的感光模块包括有接收由被检测对象反射回来的光线的、分别与所述第一发光单元（61）和第二发光单元（62）配合使用的第一感光单元（63）和第二感光单元（64）；所述的第一发光单元（61）、第一感光单元（63）、第二发光单元（62）和第二感光单元（64）并排固设在所述传感器PCB板（6）朝向所述设备主体底部的下表面上，设备主体底部对应开设有用于光线射出及反回的透光窗口（71），所述的透光窗口（71）上设有透光保护罩（12）。

5.根据权利要求3所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述的血氧心率传感器（31）固设于所述主控PCB板（3）朝向所述显示屏（1）的上表面一端，显示屏（1）上的同一端设有与血氧心率传感器（31）相对应的、用于被检测对象手指按压以便进行血氧含量检测的检测窗（101）。

6.根据权利要求3所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述血氧心率传感器（31）的型号为美信半导体的MAX30101，所述生物识别传感器Hub（6001）的型号为美信半导体的MAX32664GWED+T，所述光学传感器模拟前端（6002）的型号为美信半导体的MAX86141。

7.根据权利要求1所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述体温检测模块（65）的型号为美信半导体的MAX30208CLB+，其固设于所述传感器PCB板（6）朝向所述设备主体底部的下表面一端，并通过导电硅脂（651）与所述的第一ECG电极（8）或第二ECG电极（9）电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述的主控PCB板（3）上还设有通过I2C接口与所述主控MCU（302）相连接的电源管理模块（304），其型号为美信半导体的MAX20303。

9.根据权利要求1所述的一种高精度生命体征检测设备，其特征在于：所述主控MCU（302）的型号为美信半导体的MAX32630。

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