CN104000567B - 一种便携式多点脉搏无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式多点脉搏无线监测系统，包括脉搏采集单元、信号处理及供电单元和数据通信单元三部分组成。脉搏采集单元装有压电薄膜传感器；所述脉搏采集单元用于采集人体脉搏信号；信号处理及供电单元用于对脉搏采集单元采集来的信号进行放大滤波及模数转换处理，并利用供电单元对各模块进行供电；数据通信单元用于对处理后的脉搏信息进行蓝牙无线传输，并显示在移动客户端上，本发明能够对人体脉搏进行多点监测，监测数据可通过蓝牙无线传输通信，测量结果准确，体积小巧便于携带、操作简便，使用者能够在不影响工作、学习和运动的前提下，方便快捷地了解自身的健康状况。

Description

一种便携式多点脉搏无线监测系统

技术领域

本发明属于电子医疗器械中脉搏监测技术领域，尤其涉及一种便于携带、可蓝牙无线通信的多点脉搏监测系统。

背景技术

脉搏作为人体重要的生命体征，可以反映心脏的跳动情况。不同强度、速率以及节律的脉搏波能够显示一个人的生理、精神状态以及体力水平等健康状态方面的综合信息。脉搏波显示的人体生理状态信息，可以作为其他医疗仪器的辅助检测、为医生提供诊断参考，显示个人自身的健康状态等。

目前，现有脉搏监测系统存在使用时只能对脉搏进行单点监测，干扰信号较大，测量结果易失真，设备体积较大携带不方便，数据只能通过有线进行传输显示而不能远程无线监测等问题。此外，大多数脉搏监测系统，还存在操作复杂，只适合专业人员使用等问题。

发明内容

本发明解决了现有脉搏监测系统普遍存在的测量结果不准确、设备体积较大携带不方便、数据不能无线传输、操作复杂等问题，提供一种便于携带、测量准确，可蓝牙无线通信的多点脉搏监测系统。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种便携式多点脉搏无线监测系统，采用便携式装置安装各个单元，在便携式装置内设置有脉搏采集单元，信号处理及供电单元和数据通信单元；其特征在于：

所述脉搏采集单元用于采集人体脉搏信号；

信号处理及供电单元用于对脉搏采集单元采集来的信号进行放大滤波及模数转换处理，并利用供电单元对各模块进行供电；

数据通信单元用于对处理后的脉搏信息进行蓝牙无线传输，并显示在移动客户端上，

所述脉搏采集单元包括三个压电薄膜传感器，所述三个压电薄膜传感器安装在便携式装置底部表面，且三个压电薄膜传感器以便携式装置底部表面的中轴为中心呈正三角形对称放置。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述信号处理及供电单元由信号放大滤波模块、ADC模块、控制模块、电源模块组成，压电薄膜传感器采集的信号经过所述信号放大滤波模块和ADC模块与控制模块的外部中断口相连，所述信号放大滤波模块、控制模块均与电源模块相连。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述数据通信单元主要包括蓝牙通信模块和移动客户端，所述蓝牙通信模块与控制模块的串口与电源模块相连，所述移动客户端为安装有蓝牙通信功能的手机或其他终端设备。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述三个压电薄膜传感器共用一个ADC模块和控制模块。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述便携式装置为立方体形的箱体，材质采用食品级硅胶。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述压电薄膜传感器形状为圆形，材质采用PVDF膜。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述信号处理单元安装在便携式装置的中间部位，供电单元安装在装置的顶部，所述蓝牙通信模块位于便携式装置顶部供电模块的一侧位置。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述信号放大滤波模块包括信号放大电路和滤波电路，能够对空间电磁干扰信号、人体体温产生的干扰信号以及50Hz的工频干扰信号进行抑制。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述信号放大电路采用对弱电流进行放大以驱动后级电路工作的低噪声放大电路，包括集成运算放大器U1A 、U1B、U1C，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2组成，所述集成运算放大器采用带有差动输入的四运算放大器LM324，其中电阻R1、电容C1的一个公共端与集成运算放大器U1A的反相输入端、压电薄膜传感器的一个输出端相连，另一公共端经过电阻R4与集成运算放大器U1C的反相输入端、电阻R5相连；电阻R5的另一端与集成运算放大器U1C的输出端相连；电阻R2、电容C2的一个公共端与压电薄膜传感器的另一输出端、集成运算放大器U1B的反相输入端相连，另一公共端经过电阻R3与集成运算放大器U1C的同相输入端相连；电阻R6的一端与集成运算放大器U1C的同相输入端相连，另一端接地；集成运算放大器U1A的同相输入端与集成运算放大器U1B的同相输入端相连并接地。

前述的一种便携式多点脉搏无线监测系统，其特征在于：所述滤波电路包括低通滤波器和带阻滤波器，低通滤波器由集成运算放大器U2A，电阻R7、R8、R9、R10，电容C3、C4组成，电阻R10一端U2A的反相输入端相连，另一端接地；R9一端和U2A的反相输入端相连，另一端和U2A输出端相连；电容C4一端和U2A的同相输入端相连，一端接地；电容C3一端与U2A的输出端相连，一端连接于R7和R8之间；电容C5、C6和电阻R11、R13并联，将U2A的输出端与U2B的反相输入端相连；U2B的输出端与同相输入端相连；R14将U2B的输出端和U2C的同相输入端相连；U2C的同相输入端通过R15接地；U2C的输出端通过C7连接与R11、R13之间，通过电阻R12连接于C5、C6之间；U2C的反相输入端和其输出端相连，信号放大电路的输出端通过电阻R8、R7连接到集成运算放大器U2A的正向输入端，集成运算放大器U2B用作放大器,其输出端作为滤波电路的输出，U2C接成电压跟随器的形式。

本发明所达到的有益效果：本发明的便携式多点脉搏无线监测系统能够准确测量脉搏波，并可将数据通过蓝牙，无线传输到手机等移动客户端上，设备体积小、便于携带，操作更加简单，使用者能够在不影响工作、学习和运动的前提下，方便快捷地了解自身的健康状况。

附图说明

图1是本发明的便携式多点脉搏无线监测系统的系统框图。

图2是本发明的装有压电薄膜传感器的便携式装置结构示意图。

图3是本发明的信号处理及供电单元的信号放大电路图。

图4是本发明的信号处理及供电单元的信号滤波电路图。

图5是本发明的数据通信单元的蓝牙通信模块的电路图。

附图标记含义如下：

1_1，1_2，1_3：压电薄膜传感器；2：装置底部表面；3：装置中间部位用于安装信号处理单元；4：装置顶部用于安装供电模块；5：装置顶部一侧用于安装蓝牙通信模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的便携式多点脉搏无线监测系统，采用便携式装置安装各个单元，在便携式装置内设置有脉搏采集单元，信号处理及供电单元和数据通信单元三个部分；脉搏采集单元主要由压电薄膜传感器组成；信号处理及供电单元主要由信号放大滤波模块、ADC模块、控制模块、电源模块组成，压电薄膜传感器采集的信号经过信号放大滤波模块和ADC模块与控制模块的外部中断口相连，信号放大滤波模块、控制模块均与电源模块相连；数据通信单元主要由蓝牙通信模块和移动客户端组成，蓝牙通信模块与控制模块的串口以及电源模块相连，移动客户端为安装有蓝牙通信功能的手机或其他终端设备。

如图2所示，便携式装置的整体形状为立方体形的箱体，材质为食品级硅胶，高度在3厘米以内，保证人与装置接触后，不会对人体皮肤产生不良影响。便携式装置包括三个安装在装置底部表面2的压电薄膜传感器1_1，压电薄膜传感器1_2，压电薄膜传感器1_3，用于安装信号处理单元的装置中间部位3、用于安装供电单元的装置顶部4、用于安装蓝牙通信模块的装置顶部一侧5。

本发明压电薄膜传感器1_1、压电薄膜传感器1_2，压电薄膜传感器1_3的形状为圆形，材质为PVDF膜。为了提高所采集数据的代表性，减小个别数据误差带来的影响，这三个压电薄膜传感器以装置底部表面2的中轴为中心呈正三角形对称放置。采用PVDF材质的压电薄膜压电常数大，变力响应灵敏度高是所有压电体中最高的。其在高频的交变电场中不会被去极化，单位体积能获得较大的输出功率。而且PVDF压电薄膜轻薄柔韧，机械品质因素低，具有宽带特性，与人体皮肤的贴合性好，从而使得脉搏信号更易传输，失真度减小。同时本发明压电薄膜传感器，制作成圆形，使得同样周长的情况下，传感器面积最大，信号更易传输；另一方面由于被测量人体的经脉位置不一，本装置的三个压电薄膜传感器以装置底部表面2的中轴为中心呈正三角形对称放置，使得每两个压电传感器构成三角形的一边，从而使得被测量处相当于至少有两个传感器在测量信号，相比于其他放置形式比如一排放置三个等，可能会出现只有一个传感器在测量的情况。所以本发明的放置方式，可以比较有效的解决这个问题，从而使得测量结果更加精确。

本发明信号放大滤波模块包括信号放大电路和滤波电路，能够对空间电磁干扰信号、人体体温产生的干扰信号以及50Hz的工频干扰信号进行抑制。

本发明信号处理及供电单元的信号放大电路，如图3所示，信号放大电路是一种对弱电流进行放大以驱动后级电路工作的低噪声放大电路。包括：压电薄膜传感器、集成运算放大器U1A 、U1B、U1C，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2组成，集成运算放大器可以采用带有差动输入的四运算放大器LM324。其中电阻R1、电容C1的一个公共端与集成运算放大器U1A的反相输入端、传感器的一个输出端相连，另一公共端经过电阻R4与集成运算放大器U1C的反相输入端、电阻R5相连；电阻R5的另一端与集成运算放大器U1C的输出端相连；电阻R2、电容C2的一个公共端与传感器的另一输出端、集成运算放大器U1B的反相输入端相连，另一公共端经过电阻R3与集成运算放大器U1C的同相输入端相连；电阻R6的一端与集成运算放大器U1C的同相输入端相连，另一端接地；集成运算放大器U1A的同相输入端与集成运算放大器U1B的同相输入端相连并接地。电阻R1与R2等值，R3与R4等值，R5与R6等值，电容C1与C2等值。

信号放大电路的时间常数，电路控制的下限截止频率为：。考虑到人体脉搏波的频率约为0.5-2Hz，为了有效采集脉搏波的信号，必须将下限截止频率设为0.50.1Hz。这样就可以有效抑制低于0.5Hz的干扰信号，如人体抖动产生的干扰和热噪声干扰等。

本发明的信号处理及供电单元的滤波电路，如图4所示，包括低通滤波器和带阻滤波器。低通滤波器由集成运算放大器U2A，电阻R7、R8、R9、R10，电容C3、C4组成。带阻滤波器由集成运算放大器U2B、U2C，电阻R11、R12、R13、R14、R15，电容C5、C6、C7组成。电阻R10一端U2A的反相输入端相连，另一端接地； R9一端和U2A的反相输入端相连，另一端和U2A输出端相连；电容C4一端和U2A的同相输入端相连，一端接地；电容C3一端与U2A的输出端相连，一端连接于R7和R8之间；电容C5、C6和电阻R11、R13并联，将U2A的输出端与U2B的反相输入端相连；U2B的输出端与同相输入端相连；R14将U2B的输出端和U2C的同相输入端相连；U2C的同相输入端通过R15接地；U2C的输出端通过C7连接与R11、R13之间，通过电阻R12连接于C5、C6之间；U2C的反相输入端和其输出端相连。前述放大电路的输出端通过电阻R8、R7连接到集成运算放大器U2A的正向输入端，集成运算放大器U2B用作放大器,其输出端作为滤波电路的输出，U2C接成电压跟随器的形式。

本发明低通滤波器，允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量，本发明使用的低通滤波器是二阶压控型低通滤波器，能够使得滤波特性更加陡峭，提高滤波效果。本发明带阻滤波器，它能在保证其他频率的信号不损失的情况下，有效的抑制输入信号中某一频率信息。本带阻滤波器具有良好的选频特性和比较高的品质因数。集成运算放大器U2B用作放大器,其输出端作为滤波电路的输出，U2C接成电压跟随器的形式。未加电压跟随器的带阻滤波器只有在离中心频率较远时才能达到较好的衰减特性，因此滤波器的品质因数不高，加入电压跟随器后品质因数得以提高，从而使得滤波器的滤波效果更好，测量结果也更加准确。

信号处理及供电单元的电源模块可以由锂电池、干电池或纽扣电池来实现。控制模块可以采用STC公司STC12C5A60S2型号的产品来实现，其内部集成多路ADC功能模块，具有多通道模拟信号采集的功能，蓝牙通信模块可以采用A​T​K​-​H​C​0​5​​主​从​一​体​蓝​牙​串​口​模​块如图5所示，来实现，但均不限于此。

本发明便携式多点脉搏无线监测系统的工作过程如下：用户使用本发明的便携式多点脉搏无线监测系统，使压电薄膜传感器紧贴腕动脉处，打开电源后系统开始运行。三个压电薄膜传感器可以更加准确地感应脉搏跳动，经过放大滤波电路以及AD模数转换电路处理后传给控制模块，控制模块计算脉搏波的相关数据。同时通过控制模块控制蓝牙设备与移动客户端的无线连接。一旦建立连接，移动客户端可以根据蓝牙设备传输的数据实时显示用户脉搏强度、速率等脉搏波的相关信息，让使用者能够在不影响工作、学习和运动的前提下，方便快捷地了解自身的健康状况。

本发明涉及的便携式多点脉搏无线监测系统，通过三个不同位置的压电薄膜传感器准确测量脉搏波，利用蓝牙模块与移动客户端建立无线连接，方便数据的无线传输，操作简单，装置体积小，易于携带。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种便携式多点脉搏无线监测系统，采用便携式装置安装各个单元，在便携式装置内设置有脉搏采集单元，信号处理及供电单元和数据通信单元，其特征在于：

所述脉搏采集单元用于采集人体脉搏信号，所述脉搏采集单元包括三个压电薄膜传感器，所述三个压电薄膜传感器安装在便携式装置底部表面，且三个压电薄膜传感器以便携式装置底部表面的中轴为中心呈正三角形对称放置；

所述信号处理及供电单元由信号放大滤波模块、ADC模块、控制模块、电源模块组成，压电薄膜传感器采集的信号经过信号放大滤波模块和ADC模块与控制模块的外部中断口相连，信号放大滤波模块、控制模块均与电源模块相连，信号处理及供电单元用于对脉搏采集单元采集来的信号进行放大滤波及模数转换处理，对各模块进行供电；

所述数据通信单元包括蓝牙通信模块和移动客户端，所述蓝牙通信模块通过控制模块的串口与电源模块相连，所述移动客户端为安装有蓝牙通信功能的手机或其他终端设备，数据通信单元用于对处理后的脉搏信息进行蓝牙无线传输，并显示在移动客户端上，

所述三个压电薄膜传感器共用所述ADC模块和控制模块，所述便携式装置为立方体形的箱体，材质采用食品级硅胶，所述压电薄膜传感器形状为圆形，材质采用PVDF膜，所述信号处理及供电单元安装在便携式装置的中间部位，信号处理及供电单元安装在装置的顶部，所述蓝牙通信模块位于便携式装置顶部信号处理及供电单元的一侧位置，所述信号放大滤波模块包括信号放大电路和滤波电路，能够对空间电磁干扰信号、人体体温产生的干扰信号以及50Hz的工频干扰信号进行抑制；

所述信号放大电路采用对弱电流进行放大以驱动后级电路工作的低噪声放大电路，包括集成运算放大器U1A 、U1B、U1C，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2，所述集成运算放大器采用带有差动输入的四运算放大器LM324，其中电阻R1、电容C1的一个公共端与集成运算放大器U1A的反相输入端、压电薄膜传感器的一个输出端相连，另一公共端经过电阻R4与集成运算放大器U1C的反相输入端、电阻R5相连；电阻R5的另一端与集成运算放大器U1C的输出端相连；电阻R2、电容C2的一个公共端与压电薄膜传感器的另一输出端、集成运算放大器U1B的反相输入端相连，另一公共端经过电阻R3与集成运算放大器U1C的同相输入端相连；电阻R6的一端与集成运算放大器U1C的同相输入端相连，另一端接地；集成运算放大器U1A的同相输入端与集成运算放大器U1B的同相输入端相连并接地；

所述滤波电路包括低通滤波器和带阻滤波器，低通滤波器由集成运算放大器U2A，电阻R7、R8、R9、R10，电容C3、C4组成，带阻滤波器由集成运算放大器U2B、U2C，电阻R11、R12、R13、R14、R15，电容C5、C6、C7组成，电阻R10一端与U2A的反相输入端相连，另一端接地；R9一端和U2A的反相输入端相连，另一端和U2A的输出端相连；电容C4一端和U2A的同相输入端相连，一端接地；电容C3一端与U2A的输出端相连，一端连接于R7和R8之间；电容C5、C6和电阻R11、R13并联，将U2A的输出端与U2B的反相输入端相连；U2B的输出端与U2B的同相输入端相连；R14将U2B的输出端和U2C的同相输入端相连；U2C的同相输入端通过R15接地；U2C的输出端通过C7连接与R11、R13之间，通过电阻R12连接于C5、C6之间；U2C的反相输入端和其输出端相连，信号放大电路的输出端通过电阻R8、R7连接到集成运算放大器U2A的同相输入端，集成运算放大器U2B用作放大器,其输出端作为滤波电路的输出，U2C接成电压跟随器的形式。