CN219645704U - 一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，包括依次连接的功能性模块、集成在PI膜上的ADC采集模块、主控制模块和通讯模块，所述PI膜可穿戴；ADC采集模块将转换后的信号数据输送至主控制模块；主控制模块包括主控芯片，主控芯片用于接收ADC采集模块发送来的信号数据并对信号数据进行处理、储存和传输，主控制模块还连接有电源电路模块，电源电路模块为整个电路运行提供电力；通讯模块与主控制模块连接。本实用新型采用多通道数据采集进行数据采集，有利于根据不同情形的监测环境，进行有效的监测调整，有效解决了现有机务人员缺乏及时健康监测而可能导致的安全问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及健康参数监测装置领域，具体涉及一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡。
背景技术
为了改善传统的医疗方式，常规的医疗系统必须从局限于以疾病为中心的模式转变为在患者身边提供预测性、预防性的即时模式。即时准确的了解机务人员的身体状态，更能预防因机组人员疲劳未及时发现而导致的飞机事故的发生。
基于此，本实用新型研发了应用于机务人员的一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，可实现与可穿戴传感器平台或可穿戴电子设备相结合，对可穿戴传感器平台或可穿戴电子设备输出的直流电信号，使得民航机务人员的体温、心率、汗液等健康参数进行即时监测。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型目的在于提供一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，适合机务人员健康参数及时进行监测，预防和减少机务人员过疲劳驾驶导致的灾害问题。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，包括依次连接的功能性模块、集成在PI膜上的ADC采集模块、主控制模块和通讯模块，所述PI膜可穿戴；功能性模块包括电压信号输入模块、电流信号输入模块、用于监测心率的心率监测模块、用于监测人体体温的温度监测模块和用于监测人类汗液情况的汗液监测模块，功能性模块用于将相关信号数据输入至ADC采集模块进行相应的信号转换，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输出端均与ADC采集模块连接，用于分别将电压和电流信号输出给ADC采集模块，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输入端均可用于连接第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备，第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备均设置有监测所需的一种或多种传感器，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块均位于第二可穿戴传感器平台或第二可穿戴电子设备上，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块三个模块并行设置且均与ADC采集模块连接分别将心率监测信号、温度监测信号和汗液监测信号传输给ADC采集模块，便于ADC采集模块对上述三个监测信号进行数字信号转换；
ADC采集模块将转换后的信号数据输送至主控制模块；
主控制模块包括主控芯片，主控芯片用于接收ADC采集模块发送来的信号数据并对信号数据进行处理、储存和传输，主控制模块还连接有电源电路模块，电源电路模块为整个电路运行提供电力；通讯模块与主控制模块连接，用于将主控芯片处理和储存的数据传输至外界平台，并与外界平台建立通信关系。主控芯片可以为STM32F103VET6。
心率监测模块包括柔性压力传感器，所述柔性压力传感器从上到下包括聚酰亚胺膜表层、交错电极、由MXene/AgNWs浸渍在木浆涤纶布上制得的导电层和起封装作用的PDMS封装底层。本实用新型采用此柔性传感器具有高灵敏度、响应时间快、工作传感范围宽、卓越的透气性、舒适性、环境稳定性和机械强度的特点。
柔性传感器的平均厚度为0.5～1.5mm。在这个厚度范围内，其灵敏度大致相当，但平均厚度以1mm为最佳。
柔性压力传感器的灵敏度为0–5.0kPa，压力范围为14.28kPa−1，传感范围为0-145kPa。温度监测模块中的温度传感器为MF52珠状精密引线树脂封装型NTC热敏电阻器；汗液
监测模块中的汗液传感器为CHS1101湿度传感器。
电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的一端均与ADC采集模块可拆卸连接；电压信号输入模块包括并行的单端输入模块和差分输入模块，单端输入模块和差分输入模块均为两通道，单端输入模块用于输入高于1V的电压信号，差分输入模块用于采集以差分方式输入的电压信号。
第二可穿戴传感器平台包括第一固定带和第二固定带，所述第一固定带上穿设有集成有ADC采集模块、主控制模块和通讯模块的PI膜，PI膜上通过弹性带连接有三个柔性包，三个柔性包可用于分别装载心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块。
第二可穿戴传感器平台为衣服，集成有ADC采集模块、主控制模块和通讯模块的PI膜缝制在衣服合适的位置上，心率监测模块设置在衣服上对应心脏的位置，温度监测模块设置在衣服腋下的位置。PI膜、心率监测模块、温度监测模块、汗液监测模块均可拆卸的设置在衣服上。如在实践中，可将PI膜缝制、粘贴在衣服上。其他传感器也可采用这样的操作。
主控制模块还包括并行设置的晶振电路模块、复位电路模块、SWD调试电路模块、电压基准电路模块。晶振电路模块用于为整个系统提供时钟信号，其选择8MHz陶瓷晶振外部时钟源作为系统时钟信号，外接2个22pF起振电容来削减谐波对电路稳定性的影响，提高时钟振荡器的稳定性。复位电路模块用于使电路恢复到起始状态：当微控制器的NRST引脚为低电平时，STM32处于复位状态。使用上电复位电路进行芯片复位，高、低电平在电气特性中有一定的范围，刚上电瞬间，复位电路电容两端电压为0V，此时复位引脚处于低电平状态，同时电容一直在充电，当电容电压上升到一定值时，复位引脚变为高电平，STM32主控制器为正常工作状态。SWD调试电路模块用于程序调试，操作简单且传输速率高。电压基准电路模块用于提升ADC采集模块的采集精度，实施时采用AMS1117-3.3外部电压基准电路。
通讯模块包括无线通讯模块和有线通讯模块，有线通讯模块为有线USB转串口通讯系统，选用CH340C芯片进行USART协议转USB协议来完成整体卡组件与机场医疗检测PC端的正常通讯；所述无线通讯模块通过在PI膜上焊接HC-06蓝牙串口模块与个人手机小程序端进行无线数据传输。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本实用新型有效解决了现有机务人员缺乏及时健康监测而可能导致的安全问题。
本实用新型采用多通道数据采集进行数据采集，有利于根据不同情形的监测环境，进行有效的监测调整。
本装置能连接个人端、医生端、云端服务器，打造三者稳定的预防监测服务关系，把局限于医疗机构的反应性和以疾病为中心的模式转变为在患者身边提供预测性、预防性的即时模式，促进了临床数据的及时传输和处理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型结构示意图。
实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例
如图1和图2所示，一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，包括依次连接的功能性模块、集成在PI膜上的ADC采集模块、主控制模块和通讯模块，所述PI膜可穿戴；功能性模块包括电压信号输入模块、电流信号输入模块、用于监测心率的心率监测模块、用于监测人体体温的温度监测模块和用于监测人类汗液情况的汗液监测模块，功能性模块用于将相关信号数据输入至ADC采集模块进行相应的信号转换，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输出端均与ADC采集模块连接，用于分别将电压和电流信号输出给ADC采集模块，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输入端均可用于连接第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备，第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备均设置有监测所需的一种或多种传感器，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块均位于第二可穿戴传感器平台或第二可穿戴电子设备上，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块三个模块并行设置且均与ADC采集模块连接分别将心率监测信号、温度监测信号和汗液监测信号传输给ADC采集模块，便于ADC采集模块对上述三个监测信号进行数字信号转换；
ADC采集模块将转换后的信号数据输送至主控制模块；
主控制模块包括主控芯片，主控芯片用于接收ADC采集模块发送来的信号数据并对信号数据进行处理和储存，主控制模块还连接有电源电路模块，电源电路模块为整个电路运行提供电力；通讯模块与主控制模块连接，用于将主控芯片处理和储存的数据传输至外界平台，并与外界平台建立通信关系。
主控芯片可以为STM32F103VET6。
电源电路模块根据主控芯片的工作电压，选择3.3V作为芯片的供电电压，电方式分为USB总线供电，USB端口的VBUS引脚接PC端USB口的+5V电压，经过AMS1117-3.3正向低压稳压器将5V电压稳定为直流3.3V电压给芯片提供稳定电压。电源电路根据主控芯片的工作电压，还可以设置5V纽扣电池经过AMS1117-3.3正向低压稳压器将5V电压稳定为直流3.3V电压给芯片提供稳定电压。
心率监测模块、温度监测模块和汗液监测通过ADC采集模块信号转换后，再通过主控芯片精确分析，经通讯模块将人体心率参数、温度参数、汗液参数上传至电脑PC端或者个人手机小程序端。
本实用新型在具体应用时，可以将心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块先分别设置在第二可穿戴传感器平台上如衣服上，心率监测模块设置在对应人体心脏的衣服位置处，温度监测模块可以设置在对应腋下的衣服位置处，汗液监测模块的位置没有特别的要求，集成有ADC采集模块、主控制模块和通讯模块的PI膜也可设置在衣服上，方便与三个监测模块连接，如采用柔性导线连接的方式增加人体舒适感。心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块可分别选择现有的心率传感器、温度传感器和汗液传感器。当只需监测心率、体温和汗液信号时，可穿上衣服，开启电源电路模块，待整个装置工作后，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块分别将相应的监测信号输送至ADC采集模块，经其信号转换后，输送至主控芯片进行数据分析处理和存储，并由主控芯片模块将处理后的数据传输至通讯模块，与外界平台建立通信关系，即可获得相应的相关信息。
而当监测工作还不满足于现有的三个采集数据时，这时可通过电压输入模块和电流输入模块连接其他传感器如血压传感器、运动传感器等，这些外接传感器可设置在腕带上方便测量和穿戴，监测工作如上述一样即可启动。
实施例
为了提升心率检测模块的监测灵敏度，心率监测模块包括柔性压力传感器，所述柔性压力传感器从上到下包括聚酰亚胺膜表层、交错电极、由MXene/AgNWs浸渍在木浆涤纶布上干燥后制得的导电层和起封装作用的PDMS封装底层。柔性压力传感器能实时采集人体心率大小，并且通过主控芯片精确分析将人体心率参数上传至电脑PC端或者个人手机小程序端。上述柔性传感器选择木浆涤纶布作为基底，木浆涤纶布中涤纶含有丰富的羟基和MXene的官能团有利于导电的MXene纳米片在纠缠纤维网络上的良好附着力，MXene纳米片与AgNWs之间的协同作用形成插层结构，插层结构能构建更有效的导电网络。MXene纳米片作为建筑骨架可以加固AgNWs，AgNWs在MXene纳米片之间的交错作用避免了堆积。进一步提高了无纺布的电导率，增强了机械耐久性，所获得的复合木浆涤纶布同时也具有了排列良好的层结构。如此提升了此柔性传感器的导电性能，提升了传感器的灵敏度和传感范围。
柔性传感器的平均厚度为0.5～1.5mm。
柔性传感器的平均厚度为1mm时，柔性压力传感器的灵敏度为0–5.0kPa，压力范围为
14.28kPa−1，传感范围为0-145 kPa。温度监测模块中的温度传感器为MF52珠状精密引线树脂封装型NTC热敏电阻器，能实时采集人体体温大小，并且通过主控芯片精确分析将人体温度参数上传至电脑PC端或者个人手机小程序端。对温度传感器和心率传感器信号可采用LM358双运放放大器进行放大处理；汗液监测模块中的汗液传感器为CHS1101湿度传感器。汗液检测模块设置CHS1101湿度传感器，采用NE555定时脉冲芯片，通过NE555内部分压电路来控制高低电平的输出，从而输出理想的方波信号。
电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的一端均与ADC采集模块可拆卸连接；电压信号输入模块包括并行的单端输入模块和差分输入模块，单端输入模块和差分输入模块均为两通道，单端输入模块用于输入高于1V的电压信号，差分输入模块用于采集以差分方式输入的电压信号。单端输入模块选择0~10V、差分输入模块选择0~15V、电流输入模块选择0~1.5A
还可采用这样的方式进行监测实施：第二可穿戴传感器平台为衣服，集成有ADC采集模块、主控制模块和通讯模块的PI膜缝制在衣服合适的位置上，心率监测模块设置在衣服上对应心脏的位置，温度监测模块设置在衣服腋下的位置。具体的，通过缝纫的方式将该柔性数据采集卡缝在具有弹性纺织面料的衣服上。MXene/AgNWs/木浆涤纶布柔性压力传感器作为测量心率的传感器，该传感器位于服装的左胸处。MF52 珠状精密引线树脂封装型NTC作为温度传感器则置于服装的腋下部位，用于测量用户体温。CHS1101湿敏电容汗液传感器则可位于服装的后背部位，用于测量用户出汗程度。并被缝在衣服的内部与皮肤接触。一旦通电，整个系统就会被投入使用。PI膜、心率传感器、温度传感器、汗液传感器均可拆卸的设置在衣服上。如将PI膜、心率传感器、温度传感器、汗液传感器设置在魔术贴上，而衣服上对应位置设置有毛毡，方便负载有PI膜、心率传感器、温度传感器、汗液传感器的魔术贴进行粘接固定。
主控制模块还包括并行设置的用于稳定电路的晶振电路模块、用于芯片复位的复位电路模块、用于程序调试的SWD调试电路模块、用于提升采集精度的电压基准电路模块。
复位电路模块选用上电复位进行芯片复位，刚上电瞬间，复位电路电容两端电压为0V，此时复位引脚处于低电平状态，同时电容一直在充电，当电容电压上升到一定值时，复位引脚变为高电平，主控芯片为正常工作状态。
晶振电路模块选择8MHz陶瓷晶振外部时钟源作为系统时钟信号，外接2个30pF起振电容来削减谐波对电路稳定性的影响，提高时钟振荡器的稳定性。
SWD调试电路只需要3个引脚即可完成调试，SWDIO作为双向数据信号线，SWCLK作为时钟信号线，RESET作为系统复位信号线。
电压基准电路设计选用AMS1117-3.3V，输出电压为3.3V的正向低压降稳压器。
所述通信电路包含有线USB传输和无线蓝牙传输两种通讯方式。
所述通信电路包含有线USB转串口通讯系统，选用CH340C芯片进行USART协议转USB协议来完成数据采集卡与机场医疗检测PC端的正常通讯。
所述通信电路包含无线蓝牙模块通讯，通过在PI膜上焊接HC-06蓝牙串口模块与个人手机小程序端进行无线数据传输。
本实用新型中，未详细描述的均是现有技术。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，包括依次连接的功能性模块、
集成在PI膜上的ADC采集模块、主控制模块和通讯模块，所述PI膜可穿戴；
功能性模块包括电压信号输入模块、电流信号输入模块、用于监测心率的心率监测模块、用于监测人体体温的温度监测模块和用于监测人类汗液情况的汗液监测模块，功能性模块用于将相关信号数据输入至ADC采集模块进行相应的信号转换，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输出端均与ADC采集模块连接，用于分别将电压和电流信号输出给ADC采集模块，电压信号输入模块、电流信号输入模块二者的输入端均可用于连接第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备，第一可穿戴传感器平台或第一可穿戴电子设备均设置有监测所需的一种或多种传感器，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块均位于第二可穿戴传感器平台或第二可穿戴电子设备上，心率监测模块、温度监测模块和汗液监测模块三个模块并行设置且均与ADC采集模块连接分别将心率监测信号、温度监测信号和汗液监测信号传输给ADC采集模块，便于ADC采集模块对上述三个监测信号进行数字信号转换；
ADC采集模块将转换后的信号数据输送至主控制模块；
主控制模块包括主控芯片，主控芯片用于接收ADC采集模块发送来的信号数据并对信号数据进行处理和储存，主控制模块还连接有电源电路模块，电源电路模块为整个电路运行提供电力；通讯模块与主控制模块连接，用于将主控芯片处理和储存的数据传输至外界平台，并与外界平台建立通信关系。
2.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，心率监测模块包括柔性压力传感器，所述柔性压力传感器从上到下包括聚酰亚胺膜表层、交错电极、由MXene/AgNWs浸渍在木浆涤纶布上制得的导电层和起封装作用的PDMS封装底层。
3.根据权利要求2所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，柔性传感器的平均厚度为0.5～1.5mm。
4.根据权利要求2所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，柔性压力传感器的灵敏度为0–5.0kPa，压力范围为14.28kPa−1，传感范围为0-145 kPa。
5.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，温度监测模块包括温度传感器，温度传感器为MF52珠状精密引线树脂封装型NTC热敏电阻器；汗液监测模块中的汗液传感器为CHS1101湿度传感器。
6.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，电压信号输入模块包括并行的单端输入模块和差分输入模块，单端输入模块和差分输入模块均为两通道，单端输入模块用于输入高于1V的电压信号，差分输入模块用于采集以差分方式输入的电压信号。
7.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，第二可穿戴传感器平台为衣服，集成有ADC采集模块、主控制模块和通讯模块的PI膜设置在衣服上，心率监测模块设置在衣服上对应心脏的位置，温度监测模块设置在衣服腋下的位置。
8.根据权利要求7所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，PI膜、心率监测模块、温度监测模块、汗液监测模块均可拆卸的设置在衣服上。
9.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，主控制模块还包括并行设置的用于稳定电路的晶振电路模块、用于芯片复位的复位电路模块、用于程序调试的SWD调试电路模块、用于提升采集精度的电压基准电路模块。
10.根据权利要求1所述的可穿戴的多通道柔性数据采集卡，其特征在于，通讯模块包括无线通讯模块和有线通讯模块，有线通讯模块为有线USB转串口通讯系统，选用CH340C芯片进行USART协议转USB协议来完成整体卡组件与机场医疗检测PC端的正常通讯；所述无线通讯模块通过在PI膜上焊接HC-06蓝牙串口模块与个人手机小程序端进行无线数据传输。
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2023
- 2023-03-10 CN CN202320440889.XU patent/CN219645704U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |