CN215932170U - 智能穿戴胸带式数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能穿戴胸带式数据采集装置，包括主传感器单元和用于将主传感器单元佩戴至胸部的环形胸带，环形胸带上设有第一皮电采集电极和第二皮电采集电极；主传感器单元包括壳体以及封装在壳体内部的差分放大器、滤波器、ADC转换器以及数据处理模块；差分放大器的输入端与第一皮电采集电极和第二皮电采集电极连接，用于对第一皮电采集电极和第二皮电采集电极采集到的电压进行放大；滤波器的输入端与所述差分放大器的输出端连接，用于对放大后的电压信号进行滤波处理；ADC转换器的输入端与滤波器的输出端连接，用于对滤波处理后的信号进行模数转换；所述数据处理模块与所述ADC转换器的输出端连接，用于对模数转换后的信号进行数据处理。

Description

智能穿戴胸带式数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及生理信号采集技术领域，尤其涉及一种智能穿戴胸带式数据采集装置。

背景技术

心电信号是大量心肌细胞跨膜动作电位在体表的综合，是整个心脏兴奋的产生、传导及恢复过程中电活动的反映。自1902年荷兰生理学家Einthoven用弧线式电流计描记出人类第一份心电图以来，心电图的临床应用已经有一百多年的历史。目前，利用常规心电图机记录和分析心电图波形及其周期性特性已经成为临床上最安全、最快速、最广泛应用的心脏功能检查方法。

目前的心电信号检测设备一般尺寸较大，且不易移动，多用于医院中对病人的病情检测；且其检测的生理信号的类型比较单一，不便于后期对生理信号的分析研究。因此，如何实现心电信号检测设备的便携性以及提高其所检测的生理信号的类型数量是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种智能穿戴胸带式数据采集装置，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题。

根据本实用新型的一方面，公开了一种智能穿戴胸带式数据采集装置，所述装置包括主传感器单元和用于将所述主传感器单元佩戴至胸部的环形胸带，

所述环形胸带上设有第一皮电采集电极和第二皮电采集电极；

所述主传感器单元包括壳体以及封装在所述壳体内部的差分放大器、滤波器、ADC转换器以及数据处理模块；

所述差分放大器的输入端与所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极连接，用于对所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极采集到的电压差值进行放大；

所述滤波器的输入端与所述差分放大器的输出端连接，用于对所述放大后的电压信号进行滤波处理；

所述ADC转换器的输入端与所述滤波器的输出端连接，用于对滤波处理后的信号进行模数转换；

所述数据处理模块与所述ADC转换器的输出端连接，用于对模数转换后的信号进行数据处理。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路，所述热敏电阻传感器固定在所述壳体的用于与胸部贴合的一侧，所述电流电压转换电路位于所述壳体内部，所述电流电压转换电路的输入端与所述热敏电阻传感器连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述差分放大器的输入端连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括通信模块，所述通信模块与所述数据处理模块连接，用于将经所述数据处理模块处理后的数据发送至上位机。

在本实用新型的一些实施例中，所述通信模块为无线通信蓝牙模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述壳体上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置还包括心电信号采集模块，所述心电信号采集模块位于所述壳体的外部，且与U所述Type-C接口连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述壳体的上设有信号指示灯，所述信号指示灯与所述数据处理模块电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述数据处理模块为MCU处理器。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括人体姿态采集模块，所述人体姿态采集模块位于所述壳体内，且所述人体姿态采集模块与所述数据处理模块连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计。

通过利用本实用新型实施例中的智能穿戴胸带式数据采集装置，可以获得的有益效果至少在与：

本实用新型所公开的智能穿戴胸带式数据采集装置，通过环形胸带将主传感器单元固定在被试者的胸部，该数据采集装置便于携带，且固定在被试者的靠近心脏的位置，能较好的从源头获取心电信号，同时佩戴方便及牢固，可在运动状态下稳定获取心电波形；且该数据采集装置可同时监测多种生理参数，因而提高了对生理信号分析及研究的效率。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的智能穿戴胸带式数据采集装置的结构示意图1。

图2为本实用新型一实施例的智能穿戴胸带式数据采集装置的结构示意图2。

图3为本实用新型一实施例的主传感器单元的结构框图。

图4为本实用新型另一实施例的主传感器单元的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，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，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

图1和图2为本实用新型实施例的智能穿戴胸带式数据采集装置的结构示意图，如图1和图2所示，该数据采集装置包括主传感器单元100以及环形胸带200，该环形胸带200与主传感器单元100连接，且共同形成一个环形体。其中，环形胸带200用于将出主传感器单元固定在被检测人员的胸部位置。环形胸带200上设有第一皮电采集电极112和第二皮电采集电极113，第一皮电采集电极112和第二皮电采集电极113可分别位于主传感器单元100的两侧。

如图3所示，主传感器单元100包括壳体111、差分放大器114、滤波器115、ADC转换器116以及数据处理模块，其中，差分放大器114、滤波器115、ADC转换器116以及数据处理模块被封装在主传感器单元100的壳体111内。主传感器单元100的壳体111具体的可呈矩形，且此时位于矩形壳体111内的差分放大器114的输入端与第一皮电采集电极112和第二皮电采集电极113连接，以使差分放大器114可对第一皮电采集电极112和第二皮电采集电极113所采集的电压差值进行以一固定增益进行放大。滤波器115与差分放大器114的输出端连接，滤波器115接收差分放大器114输出的电压信号，并进行滤波处理。ADC转换器116的输入端与滤波器115的输出端连接，ADC转换器116用于对滤波处理后的信号进行模数转换；而数据处理模块与ADC转换器116的输出端连接，用于接收经ADC转换器116转换后的信号并进一步进行数据处理，且经数据处理模块处理后的信号可作为后续数据分析的数据依据。

在该实施例中，参考图1，当a电极(第一皮电采集电极112)输出U1到b电极(第二皮电采集电极113)，当b电极输出U2到a电极,电阻R阻值固定不变，得到ΔU，由

得ΔI,从而得到交流AC，AC信号反映了血液流动特点。AC信号进一步的通过滤波器115进行滤波处理，以提取出相对纯净的AC信号；且进一步的对提取出的相对纯净的AC信号可进行分析，以得到佩戴该胸带式数据采集装置人员的心电图数据以及脉搏数据。

在本实用新型的另一实施例中，该智能穿戴胸带式数据采集装置还可基于热敏电阻121采集皮肤的温度。如图4所示，主传感器单元100还包括热敏电阻121传感器、电流电压转换电路122，热敏电阻121传感器固定在主传感器单元100的壳体111上，且具体位于壳体111的用于与胸部贴合的一侧。电流电压转换电路122被封装在主传感器单元100的壳体111的内部，且电流电压转换电路122的输入端与热敏电阻121传感器连接，以使热敏电阻121传感器采集到的电阻值经电流电压转换电路122转换成电压；而电流电压转换电路122的输出端与差分放大器114的输入端连接，以使差分放大器114对电流电压转换电路122输出的电压进一步进行差分放大；由于差分放大器114的输出端与滤波器115连接，而ADC转换器116进一步的分别与滤波器115以及数据处理模块连接，则此时经差分放大器114放大后的电压信号依次进行滤波处理、模数转换，最终被发送至数据处理模块以进行后续信号的处理及研究分析。

通过上述内容可以看出，该智能穿戴胸带式数据采集装置基于环形胸带200即可实现主传感器单元100的佩戴，因而佩戴方便；且该胸带式数据采集装置不仅可基于皮电采集电极采集被试者的心电图信号以及脉搏信号，还可基于热敏电阻121传感器采集被试者的皮温信号，即通过皮肤内血管的舒张收缩以及汗腺分泌等变化测量皮温指标。

进一步的，主传感器单元100的壳体111上设置有Type-C接口，该Type-C接口与滤波器115连接。该Type-C用于进行充电以及数据的有线传输。此时该装置还可包括外置的心电信号采集模块，心电信号采集模块位于主传感器单元100壳体111的外部，且与壳体111上的Type-C接口连接。根据上述内容可知，该主传感器单元100的Type-C接口支持外接心电信号采集模块，因而可根据需求扩展所采集的信号类型，从而提高了检测效率。

进一步的，该主传感器单元100还包括通信模块，通信模块与数据处理模块连接，用于将经数据处理模块处理后的信号发送至上位机。通信模块所采用的通讯方式可为无线通讯或有线通讯，当采用有线通讯方式进行通讯时，可在主传感器单元100与上位机之间通过数据线实现数据的传输，即此时Type-C接口与数据线进行连接。该智能可穿戴手指数据采集装置支持多种设备进行数据采集，因而上位机可为笔记本、平板、电脑等终端设备。除此之外，主传感器单元100与上位机之间还可通过无线通讯方式进行数据的传输。示例性的，该通讯模块具体的包括无线通信蓝牙模块，则主传感器单元100与上位机之间可通过蓝牙进行传输。具体的，对于该智能穿戴胸带式数据采集装置可采用无线射频2.4GHz通讯方式，基于主动屏蔽技术，提高信噪比、降低人工干扰。

进一步的，数据处理模块可为MCU处理器117，MCU处理器117将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小、节省空间、可靠性高、抗干扰性能强，能灵活、方便地应用于该智能穿戴式胸带式数据采集装置中。但应当理解的是，此处的数据处理模块设为MCU处理器117仅是一种示例，其还可以是其他类型的处理器。另，为了实时监测该采集装置的运行状态，主传感器单元100进一步的还可设置信号指示灯，信号指示灯具体的可位于壳体111的远离胸部的一侧，且信号指示灯与MCU处理器117连接，从而使MCU处理器117基于该采集装置的运行状态控制信号指示灯119的显示。

在本实用新型一实施例中，该智能穿戴胸带式数据采集装置还包括人体姿态采集模块，该人体姿态采集模块位于主传感器单元100的壳体111内，且与数据处理模块连接。当数据处理模块具体的为MCU处理器117时，则人体姿态采集模块与MCU处理器117连接，即将人体姿态采集模块采集到的人体姿态信息发送至MCU处理器117进行数据处理。具体的，该人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计，从而可获得九轴人体姿态数据。

进一步的，主传感器单元100的壳体上还可设置有控制开关，该控制开关用于控制传感器的开启与关闭。示例性的，控制开关与Type-C接口可位于壳体111的同一侧。另，该智能穿戴胸带式数据采集装置的系统采样率可为2048HZ，分辨率为16bit，可支持安卓APP或windows跨平台软件作为采集终端，且通过该护数据采集装置还可以收集到ECG(心电)、RESP(呼吸频率)、SKT(皮肤温度数据)、GYRO(姿态信号)、HR(心率)等信号；该数据采集装置同时监测多种生理参数，提高了研究效率与便携性。另，该数据采集装置与外部上位机的通讯采用无线射频2.4GHz通讯方式，主动屏蔽技术，提高信噪比、降低人工干扰。

通过上述实施例可以发现，该智能穿戴胸带式数据采集装置是用于采集心率信号、皮温信号、心电信号、姿态信号，支持测量RESP呼吸、ECG心电、HR心率以及9轴人体姿态数据为一体的新型智能穿戴人因与生理记录设备，其采用环形胸带实现人体佩戴，且固定在靠近心脏的位置，能较好的从源头获取心电信号，同时佩戴牢固，可在运动状态下稳定获取心电波形；其传感器单元内置Type-C接口，支持插线检测模式，用户可根据需求扩展信号类型，提高研究效率。该智能穿戴胸带式数据采集装置采用皮肤汗腺阻抗检测、温度探头等测量原理，高精度检测多元生理信号；使用智能组合传感器融合技术同时监测多种生理参数，提高研究效率与便携性。

本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述装置包括主传感器单元和用于将所述主传感器单元佩戴至胸部的环形胸带，

所述环形胸带上设有第一皮电采集电极和第二皮电采集电极；

所述主传感器单元包括壳体以及封装在所述壳体内部的差分放大器、滤波器、ADC转换器以及数据处理模块；

所述差分放大器的输入端与所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极连接，用于对所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极采集到的电压差值进行放大；

所述滤波器的输入端与所述差分放大器的输出端连接，用于对放大后的电压信号进行滤波处理；

所述ADC转换器的输入端与所述滤波器的输出端连接，用于对滤波处理后的信号进行模数转换；

所述数据处理模块与所述ADC转换器的输出端连接，用于对模数转换后的信号进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路，所述热敏电阻传感器固定在所述壳体的用于与胸部贴合的一侧，所述电流电压转换电路位于所述壳体内部，所述电流电压转换电路的输入端与所述热敏电阻传感器连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述差分放大器的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括通信模块，所述通信模块与所述数据处理模块连接，用于将经所述数据处理模块处理后的数据发送至上位机。

4.根据权利要求3所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述通信模块为无线通信蓝牙模块。

5.根据权利要求3所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述壳体上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器连接。

6.根据权利要求5所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述装置还包括心电信号采集模块，所述心电信号采集模块位于所述壳体的外部，且与所述Type-C接口连接。

7.根据权利要求1所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述壳体的上设有信号指示灯，所述信号指示灯与所述数据处理模块电连接。

8.根据权利要求7所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述数据处理模块为MCU处理器。

9.根据权利要求1所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括人体姿态采集模块，所述人体姿态采集模块位于所述壳体内，且所述人体姿态采集模块与所述数据处理模块连接。

10.根据权利要求9所述的智能穿戴胸带式数据采集装置，其特征在于，所述人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计。

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