CN216257050U - 智能穿戴手环式数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能穿戴手环式数据采集装置，包括手环本体和设置在所述手环本体两侧的第一表带和第二表带，所述第一表带的远离手环本体的一端具有定位凸点，所述第二表带的远离手环本体的一端具有多个间隔排布的定位孔；手环本体包括外壳、传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块，传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块均位于所述外壳内；滤波器与所述传感器组件连接，所述滤波器用于对所述传感器组件检测到的生理信号进行滤波处理；ADC转换器与所述滤波器连接，用于对经所述滤波器滤波处理后的生理信号进行模数转换；所述MCU处理器与所述ADC转换器连接,所述通信模块与所述MCU处理器连接。

Description

智能穿戴手环式数据采集装置

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手环式数据采集装置。

背景技术

生理信号包括诸如皮肤电、脑电、心电等电生理信号和诸如血压、体温、脉搏等非电生理信号，目前，对上述信号进行采集时，一般是采用专门的信号采集设备进行采集，而该信号采集设备多数应用在医疗诊断领域，其设备尺寸较大，且不便于佩戴及携带。

随着人们生活水平的提高，人们对自身健康状况的监测需求越来越高，甚至希望无时无刻的了解到自身的生理指标从而判断身体健康状态；例如，在运动过程中，希望监测到运动过程中的生理信号从而判断运动是否合理；而在睡眠过程中，希望监测到睡眠过程中的生理信号从而判断睡眠质量。但目前普遍采用的生理信号采集设备存在设备尺寸较大、结构不紧凑且佩戴不便的问题，因而无法满足人们对生理信号的实时监测需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种智能穿戴手环式数据采集装置，以解决现有的生理信号采集设备存在的多个技术问题。

根据本实用新型的一方面，公开了一种智能穿戴手环式数据采集装置，所述装置包括手环本体和设置在所述手环本体两侧的第一表带和第二表带，

所述第一表带的远离所述手环本体的一端具有定位凸点，所述第二表带的远离所述手环本体的一端具有多个间隔排布的定位孔；

所述手环本体包括外壳、传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块，所述传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块均位于所述外壳内；

所述滤波器与所述传感器组件连接，所述滤波器用于对所述传感器组件检测到的生理信号进行滤波处理；

所述ADC转换器与所述滤波器连接，用于对经所述滤波器滤波处理后的生理信号进行模数转换；

所述MCU处理器与所述ADC转换器连接，所述MCU处理器用于接收所述ADC转换器发送的信号并进行信号处理；

所述通信模块与所述MCU处理器连接，所述通信模块用于将经所述MCU处理器处理后的信号发送至上位机。

在本实用新型的一些实施例中，所述传感器组件包括心率传感器模块、皮温传感器模块和皮电传感器模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述心率传感器模块包括光发射器、光接收器和光电转换器，所述光发射器和光接收器固定在所述外壳的用于与手腕贴合的一侧，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的经手腕皮肤反射的光，所述光电转换器分别与所述光接收器和滤波器连接，用于将所述光接收器接收到的光信号转换为电信号并发送至滤波器。

在本实用新型的一些实施例中，所述皮温传感器模块包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路以及功率放大电路，所述热敏电阻传感器固定在所述外壳的用于与手腕贴合的一侧，所述热敏电阻传感器与所述电流电压转换电路的输入端连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述功率放大电路连接，所述功率放大电路的输出端与所述滤波器连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述皮电传感器模块包括第一皮电采集电极和第二皮电采集电极，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极位于所述光发射器和光接收器的两侧，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极均与所述滤波器连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壳上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述通信模块为无线通信模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述无线通信模块包括蓝牙模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述装置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外壳内，且所述人体姿态采集模块与所述MCU处理器连接。

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手环式数据采集装置，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手环式数据采集装置包括手环本体和设置在手环本体两侧的表带，可通过表带将该手环本体束缚在被试者的手腕处，进而通过位于手环本体内部的传感器组件实现生理信号的检测，该采集装置佩戴方便，解放双手，适用于包括运动状态下的各种应用环境，并可确保所采集的信号的准确性及可靠性，从而提高了后续研究的准确性及可靠性，且该数据采集装置具有集成度高、精度高、无线便携的特点。

同时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手环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手环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手环本体的结构示意图。

图4为本实用新型另一实施例的手环本体的结构示意图。

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为本实用新型一实施例的智能穿戴手环式数据采集装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括手环本体、第一表带210和第二表带220，第一表带210和第二表带220用于将手环本体固定在被测试者的手腕位置。第一表带210的远离手环本体的一端具有定位凸点，第二表带220的远离手环本体的一端具有多个间隔排布的定位孔；在具体检测过程中，将第一表带210的定位凸点安装至第二表带220的定位孔内即可实现了第一表带210和第二表带220的固定连接。具体的，第二表带220上具有多个间隔设置的定位孔，而第一表带210上的定位凸点可为一个、两个或更多个。第二表带220上的多个定位孔间隔设置，是为了适应于不同粗细的手腕，以确保第一表带210和第二表带220可将手环本体稳固在被测试者的手腕位置处。

手环本体可包括外壳111、传感器组件、滤波器125、ADC转换器116、MCU处理器140以及通信模块150，传感器组件、滤波器125、ADC转换器116、MCU处理器140以及通信模块150均位于所述外壳111内。从图1和图2中可以看出，手环本体的外壳111具体的可呈方形，而其他部件则被封装在方形外壳111内部；应当理解的是，手环本体的外壳111形状除了为方形之外，还可以为圆形等形状。具体的，滤波器125与传感器组件连接，以使滤波器125接收传感器组件检测到的生理信号并进行滤波处理。ADC转换器116与滤波器125连接，进一步的用于对经所述滤波器125滤波处理后的生理信号进行模数转换。MCU处理器140与ADC转换器116连接，以使MCU处理器140用于接收ADC转换器116发送的信号并进行信号处理。通信模块150与MCU处理器140连接，通信模块150用于将经MCU处理器140处理后的信号发送至上位机。

进一步的，传感器组件包括心率传感器模块、皮温传感器模块和皮电传感器模块。在进行数据采集时，可基于传感器组件实现PPG血容量脉搏、EDA皮肤电、SKT皮肤温度数据、HR数据的同时监测。具体的，通过皮肤内血管的舒张和收缩以及汗腺分泌等变化测量皮肤电变化和皮温指标，通过光电反射原理测量PPG血容量脉搏数据。该手环本体具有传感器集成、高精度、无线便携等优点。

进一步的，心率传感器模块包括光发射器112、光接收器113和光电转换器114，其中，光发射器112和光接收器113固定在外壳111的用于与手腕贴合的一侧，光接收器113用于接收光发射器112发射的经手腕皮肤反射的光，光电转换器114分别与光接收器113和滤波器125连接，用于将光接收器113接收到的光信号转换为电信号并发送至滤波器125。如图2所示，光发射器112和光接收器113固定在外壳111的底面中间位置，此时当将手环本体固定在被测试者的手腕上时，光接收器113及光发射器112则位于靠近与被试者手腕皮肤的一侧。如图3所示，当光接收器113接收到手腕皮肤反射的光发射器112所发射的部分光后，进一步的发送至光电转换器114，光电转换器114将光接收器113接收到的光转换为电信号并发送至滤波器125进行滤波处理，经滤波处理后的电信号进一步被发送至ADC转换模块进行模数转换，并将转换后的信号发送至数据处理模块进行数据处理，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，且处理后的数据也可基于通信模块150发送至上位机。

示例性的，皮温传感器模块可包括热敏电阻121传感器、电流电压转换电路122以及功率放大电路123。参考图2，热敏电阻121传感器可位于外壳111的用于与手腕贴合的一侧，且位于光发射器112和光接收器113的上方。热敏电阻121传感器与电流电压转换电路122的输入端连接，电流电压转换电路122的输出端与所述功率放大电路123连接，所述功率放大电路123的输出端与所述滤波器125连接。在该实施例中，热敏电阻传感器采集到被试者皮肤的温度信号发送至电流电压转换电路122，电流电压转换电路122进一步的将接收到的信号转换成电压信号并发送至功率放大电路123以实现功率放大，功率放电电路将放大后的信号进一步的发送至滤波器125进行滤波处理，而滤波器125进一步的将滤波处理后的信号发送至ADC转换器116进行模数转换，ADC转换器116用于将转换后的信号发送至数据处理模块以进行数据处理。

具体的，皮电传感器模块包括第一皮电采集电极和第二皮电采集电极，参考图2，第一皮电采集电极和第二皮电采集电极也固定在外壳111的用于与手腕贴合的一侧，外壳111的与手腕贴合的一侧即外壳111的底侧。示例性的，第一皮电采集电极和第二皮电采集电极可分别位于光发射器112和光接收器113的左右两侧，且相对于该外壳111的中线呈左右对称设置。第一皮电采集电极和第二皮电采集电极均与滤波器125连接。在该实施例中，两个皮电采集信号采集被试者手腕皮肤的皮电信号并发送至滤波器125进行滤波处理，而滤波器125进一步的将滤波处理后的信号发送至数据ADC转换器116进行模数转换。

为了便于对该数据采集装置进行充电，以及进行数据的有线传输，该数据采集装置的外壳111上还设有Type-C接口，该Type-C接口在外壳111的内部与滤波器125电连接。此时，该数据采集装置还可通过外接外置采集模块的方式实现所采集的信号类型的扩充。示例性的，外置采集模块可为外置的EDA采集模块，该EDA采集模块与外壳111上的Type-C接口连接，以使EDA采集模块采集到的EDA皮肤电信号进一步发送至滤波器125。

其中，通信模块150所采用的通信方式可为无线通信，即通信模块150具体的为无线通信模块。该无线通信模块用于将数据处理模块处理后的数据发送至上位机，上位机可为笔记本、平板、电脑等终端设备。该无线通信模块具体的包括蓝牙模块，则手环本体与上位机之间可通过蓝牙进行传输。示例性的，该通信模块150对于该智能可穿戴手指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。

在本实用新型一实施例中，该智能穿戴手环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手环本体的外壳111内，且与MCU处理器140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140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，手环本体的外壳111上还可设置有控制开关，该控制开关用于控制该数据采集装置的开启与关闭。示例性的，控制开关与Type-C接口可位于外壳111的同一侧。另，该智能穿戴手环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，且通过该传感器还可以收集到EDA(皮肤电)、PPG(血容量脉搏)、SKT(皮肤温度数据)、HR(心率)等信号；该传感器同时监测多种生理参数，提高了研究效率与便携性。另，该传感器与外部上位机的通信采用无线射频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，该智能穿戴手环式数据采集装置通过皮肤内血管的舒张和收缩以及汗腺分泌等变化测量皮肤电变化和皮温指标，通过光电反射原理测量PPG血容量脉搏，具有传感器集成、高精度、无线便携的特点，可全面准确的检测多导生理数据。同时该采集装置佩戴方便，解放双手，适用于包括运动状态下的各种应用环境，并可确保所采集的信号的准确性及可靠性，从而提高了后续研究的准确性及可靠性。

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)

1.一种智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述装置包括手环本体和设置在所述手环本体两侧的第一表带和第二表带，

所述第一表带的远离所述手环本体的一端具有定位凸点，所述第二表带的远离所述手环本体的一端具有多个间隔排布的定位孔；

所述手环本体包括外壳、传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块，所述传感器组件、滤波器、ADC转换器、MCU处理器以及通信模块均位于所述外壳内；

所述滤波器与所述传感器组件连接，所述滤波器用于对所述传感器组件检测到的生理信号进行滤波处理；

所述ADC转换器与所述滤波器连接，用于对经所述滤波器滤波处理后的生理信号进行模数转换；

所述MCU处理器与所述ADC转换器连接，所述MCU处理器用于接收所述ADC转换器发送的信号并进行信号处理；

所述通信模块与所述MCU处理器连接，所述通信模块用于将经所述MCU处理器处理后的信号发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述传感器组件包括心率传感器模块、皮温传感器模块和皮电传感器模块。

3.根据权利要求2所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述心率传感器模块包括光发射器、光接收器和光电转换器，所述光发射器和光接收器固定在所述外壳的用于与手腕贴合的一侧，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的经手腕皮肤反射的光，所述光电转换器分别与所述光接收器和滤波器连接，用于将所述光接收器接收到的光信号转换为电信号并发送至滤波器。

4.根据权利要求2所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述皮温传感器模块包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路以及功率放大电路，所述热敏电阻传感器固定在所述外壳的用于与手腕贴合的一侧，所述热敏电阻传感器与所述电流电压转换电路的输入端连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述功率放大电路连接，所述功率放大电路的输出端与所述滤波器连接。

5.根据权利要求3所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述皮电传感器模块包括第一皮电采集电极和第二皮电采集电极，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极位于所述光发射器和光接收器的两侧，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极均与所述滤波器连接。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述外壳上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器电连接。

7.根据权利要求6所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块。

8.根据权利要求7所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述无线通信模块包括蓝牙模块。

9.根据权利要求1所述的智能穿戴手环式数据采集装置，其特征在于，所述装置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外壳内，且所述人体姿态采集模块与所述MCU处理器连接。

10.根据权利要求9所述的智能穿戴手环式数据采集装置，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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