CN204520649U - 井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，包括腋下体温信息采集模块；腕部脉搏信息采集模块；呼吸信息采集模块；便携式心率信息采集模块；蓝牙模块；Zigbee无线传输模块。本实用新型能够实现对井下救援人员生理参数的实时采集，并通过以太网将采集到的信息发送到井上控制台，降低了成本、提高了效率。

Description

井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统

技术领域

本发明涉及一种煤矿救援行业的智能井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统。

背景技术

随着国家对安全生产重视程度的日益提高，煤矿安全生产装备将具有更加广泛的市场需求。据市场调研，市面上用于井下救援人员生理参数采集系统的平台少之又少。

目前，市面上大量存在的井下救援人员生理参数采集系统具有功能单一、信息量小、数据不准确等缺陷，本发明不仅能够采集井下救援人员的体温和脉搏信息，还能采集呼吸和心率信息，信息量大，精度高。本系统除具备目前井下生理参数采集系统的所有功能外，还能提供多种非正常状态下所需要的生命体征状态，以及可靠而灵活的数据通信方式，蓝牙无线模块和Zigbee无线模块具有传输数据信息高效且数据不易丢失的特点，从而可以为救援人员提供一种安全保障。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统及方法，本系统主要用来采集救援人员的体温、脉搏、呼吸、心率，利用Zigbee无线传输，将数据信息发送到井上控制台，通过对这些信息的数据分析实现人的生命状态的识别与描述，为救援提供辅助决策支持。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，包括：

体温信息采集模块，将体温信息采集模块粘贴于腋下，利用接触式温度传感器采集人体体温；

腕部脉搏信息采集模块，直接戴在腕部，利用脉搏传感器采集人体脉搏；此模块的外形设计类似于手环；

呼吸信息采集模块，固定到救援人员的呼吸机内，利用压力传感器采集人体呼吸信息；

心率信息采集模块，将心率信息采集模块的两个电极粘贴于胸部，进行心率信号的采集；

体温信息采集模块、腕部脉搏信息采集模块、呼吸信息采集模块及心率信息采集模块将采集的人体信息传输至对应的处理器，处理器通过蓝牙收发模块将信息上传至控制中心，控制中心将接收的信息通过Zigbee无线传输模块上传至井上控制台进行数据显示和备份。

所述体温信息采集模块，包括体温传感器，体温传感器放置在人体腋下，体温传感器实时采集井下救援人员的体温数据，并通过蓝牙收发模块发送数据，安装了蓝牙适配器的处理器即可接收数据，而后进一步传送到井上控制台。

所述体温信息采集模块的供电电源为3.3V纽扣电池。

所述腕部脉搏信息采集模块，包括基于PVDF材料制作的脉搏传感器，脉搏传感器将采集的脉搏信息依次经过放大、带通滤波电路、A/D转换电路，将采集到的信息处理后，通过Zigbee无线传输模块发送到井上控制台。

所述呼吸信息采集模块放置到救援人员的呼吸机内，包括用于检测压力的变化的压力传感器，根据检测的压力，对压力数据进行放大，发送到STM32主控板进行分析处理，从而得出每分钟呼吸的次数和呼吸的强度，此信息传给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

所述心率信息采集模块，包括心率信号的采集模块，心率信号的采集模块将采集的心率信号依次经过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块及控制处理模块，通过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块的处理除去了各种干扰，然后将此信号传给控制处理模块，根据心率传感器采集到数据的格式，将数据整合，进行信号的分析处理，并将处理后的信息通过蓝牙模块发送给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

所述Zigbee无线传输模块，包括无线收发电路、电源电路、Jtag电路和串口转换电路。

本发明的有益效果：

本发明腋下体温信息采集模块，能够精确测量人体温度，设备体积小，可最大限度减小使用者的不适感；功率低，连续工作时间长达24h。设备使用时可夹于腋下。该体温传感器实时采集井下救援人员的体温数据，并通过蓝牙收发模块发送数据，安装了蓝牙适配器的移动终端即可接收数据，而后进一步传送到井上控制台。

腕部脉搏信息采集模块，是一种具有脉压检测功能的脉搏信号采集系统，整个方案以STM32为核心，结合基于PVDF材料制作的脉搏传感器，放大、带通滤波电路、A/D转换电路，将采集到的信息处理后，通过无线模块发送到井上控制台，进行数据共享。

呼吸信息采集模块，将本模块放置到救援人员的呼吸机内，包括用于检测压力的变化的压力传感器，根据检测的压力，对压力数据进行放大，发送到STM32主控板进行分析处理，从而得出每分钟呼吸的次数和呼吸的强度，信息传给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

便携式心率信息采集模块，将此模块穿戴于胸前，通过设备上的左侧电极、右侧电极，来采集人体的心电信号，通过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块的处理基本除去了各种干扰，是心脏跳动的真实反映，将此信号传给控制处理模块，进行信号的分析处理，并将处理后的信息通过蓝牙发送给微控制器搭建的控制中心。

蓝牙模块，本模块的主要作用是用来数据发送，蓝牙模块可以避免射频信号到中频信号的转换，具有数据不易丢失、抗干扰能力强的特点，数据传输效率高。

Zigbee无线传输模块，作为一宗新兴的无线通讯技术，Zigbee技术传输成本较低、操作比较简单。在井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统中，救援人员的生理参数信息，都是通过Zigbee无线传输模块传送到井上控制台进行数据显示和备份。

本系统主要用来采集救援人员的体温、脉搏、呼吸、心率，利用Zigbee无线传输，将数据信息发送到井上控制台，通过对这些信息的数据分析实现人的生命状态的识别与描述，为救援提供辅助决策支持。

本发明能实现对井下救援人员的生理信息的实时采集，并通过无线传输模块将数据发送到井上控制台进行数据显示和备份,具有超高精度，超低功耗的特点。而现有技术测量精度低、功耗高、体积大，无法为井下救援人员提供可靠的保障，本发明彻底解决了现有技术的这些缺点。

附图说明

图1本发明的整体架构图；

图2本发明的腕部脉搏信息采集模块原理图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，包括：

腋下体温信息采集模块；腕部脉搏信息采集模块；呼吸信息采集模块；

便携式心率信息采集模块；蓝牙模块；Zigbee无线传输模块。

救援人员身体生命状态监测与识别系统基于蓝牙4.0搭建无线传感器网络，实现对人体体温、心率和呼吸的实时检测；便携式心率采集模块放置到胸部进行心率信号的采集，接触式温度传感器采集人体体温。呼吸信息采集模块放置到救援人员的呼吸机内检测压力的变化，得出每分钟呼吸的次数和呼吸的强度。以上采集的数据信息，通过共用的蓝牙模块，传给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

如图2所示腕部脉搏信息采集模块：脉搏是人的常见的生理现象，脉搏波的波幅和形态反映了人的重要的生理信息。脉搏波采集仪就是利用仿生学原理结合人工智能对脉搏诊断过程进行模拟的仪器。本脉搏信息采集模块一种具有脉压检测功能的脉搏信号采集系统，整个方案以STM32为核心，结合基于PVDF材料制作的脉搏传感器，放大、带通滤波电路、A/D转换电路，将采集到的信息处理后，通过无线模块发送到井上控制台。

腋下体温信息采集模块：本模块是基于意法半导体STM32作为控制核心，结合高精度体温测量电路共同构建的硬件系统。体温信息采集模块还包括3.3V纽扣电池，所有模块正常工作电压为3.3V；设备体积小，可最大限度减小使用者的不适感；功率低，仅一枚电池供电，连续工作时间长达24h。设备使用时可粘贴于腋下。该体温传感器实时采集井下救援人员的体温数据，并通过蓝牙收发模块发送数据，安装了蓝牙适配器的移动终端即可接收数据，而后进一步传送到井上控制台。

呼吸信息采集模块：呼吸是人的最重要的生理功能之一，因此对救援人员的呼吸信息采集是至关重要的一步。在本系统中我们采用了将呼吸信息采集模块放置到救援人员的呼吸机内检测压力的变化，得出每分钟呼吸的次数和呼吸的强度，此信息传给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

便携式心率信息采集模块：本模块共有四部分组成，心率信号的采集模块、心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块及控制处理模块。通过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块的处理基本除去了各种干扰，是心脏跳动的真实反映，将此信号传给控制处理模块，进行信号的分析处理，并将处理后的信息通过蓝牙发送给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

蓝牙模块：蓝牙模块是一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯，本蓝牙模块主要用于数据传输。蓝牙模块可以避免射频信号到中频信号的转换，使系统结构简单、实现简单。

Zigbee无线传输模块：Zigbee技术是一种现代网络技术，具有近距离、低功耗、低数据速率、低成本的特点，作为一宗新兴的无线通讯技术，Zigbee技术传输成本较低、操作比较简单。基于Zigbee无线传输模块架构主要包括无线收发电路、电源电路、Jtag电路和串口转换电路四个部分。在井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统中，救援人员的生理参数信息，都是通过Zigbee无线传输模块传送到井上控制台进行数据显示和备份。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，包括：

体温信息采集模块，将体温信息采集模块粘贴于腋下，利用接触式温度传感器采集人体体温；

腕部脉搏信息采集模块，直接戴在腕部，利用脉搏传感器采集人体脉搏；

呼吸信息采集模块，固定到救援人员的呼吸机内，利用压力传感器采集人体呼吸信息；

心率信息采集模块，将心率信息采集模块的两个电极粘贴于胸部，进行心率信号的采集；

体温信息采集模块、腕部脉搏信息采集模块、呼吸信息采集模块及心率信息采集模块将采集的人体信息传输至对应的处理器，处理器通过蓝牙收发模块将信息上传至控制中心，控制中心将接收的信息通过Zigbee无线传输模块上传至井上控制台进行数据显示和备份。

2.如权利要求1所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述体温信息采集模块，包括体温传感器，体温传感器放置在人体腋下，体温传感器实时采集井下救援人员的体温数据，并通过蓝牙收发模块发送数据，安装了蓝牙适配器的处理器即可接收数据，而后进一步传送到井上控制台。

3.如权利要求1或2所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述体温信息采集模块的供电电源为3.3V纽扣电池。

4.如权利要求1所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述腕部脉搏信息采集模块，包括基于PVDF材料制作的脉搏传感器，脉搏传感器将采集的脉搏信息依次经过放大、带通滤波电路、A/D转换电路，将采集到的信息处理后，通过Zigbee无线传输模块发送到井上控制台。

5.如权利要求1所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述呼吸信息采集模块放置到救援人员的呼吸机内，包括用于检测压力的变化的压力传感器，根据检测的压力，对压力数据进行放大，发送到STM32主控板进行分析处理，从而得出每分钟呼吸的次数和呼吸的强度，此信息传给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

6.如权利要求1所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述心率信息采集模块，包括心率信号的采集模块，心率信号的采集模块将采集的心率信号依次经过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块及控制处理模块，通过心率信号的滤波模块、心率信号的放大模块的处理除去了各种干扰，然后将此信号传给控制处理模块，根据心率传感器采集到数据的格式，将数据整合，进行信号的分析处理，并将处理后的信息通过蓝牙模块发送给微控制器搭建的控制中心，微控制器应用Zigbee无线传输模块将采集到的数据传送到井上控制台进行数据显示和备份。

7.如权利要求1所述的井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统，其特征是，所述Zigbee无线传输模块，包括无线收发电路、电源电路、Jtag电路和串口转换电路。