專利名稱：一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理領(lǐng)域，尤其涉及測量技術(shù)，特別是一種潛水員水下作業(yè)生命體征 監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著海洋資源開發(fā)和利用的力度不斷加大，海上施工和打撈日益頻繁，需要水下 作業(yè)的機會也越來越多，而在潛水作業(yè)過程中，時間越長、潛水深度越大，對潛水員的潛在 威脅就越大。潛水作業(yè)會造成潛水員體內(nèi)的(X)2潴留，使腦脊液氫離子濃度增加，影響腦細(xì) 胞代謝，降低腦細(xì)胞興奮性，抑制皮質(zhì)活動；隨著(X)2的增加，皮質(zhì)下層受抑制，使中樞神經(jīng) 處于麻醉狀態(tài)，后果不堪設(shè)想。現(xiàn)有技術(shù)中，在潛水作業(yè)中，潛水醫(yī)生了解潛水員狀態(tài)的途 徑只是局限于水下錄像和潛水電話，沒有任何有效的醫(yī)學(xué)保障手段，對潛水員的實際生理 狀況一無所知，完全處于失控狀態(tài)，特別是在鐘式飽和潛水過程中，由于潛水深度大，作業(yè) 時間長，更容易發(fā)生意外。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，所述的這種潛水 員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)要解決現(xiàn)有技術(shù)中不能監(jiān)測潛水員水下活動時的生理狀況 的技術(shù)問題。本發(fā)明的這種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，包括一個生命體征信號檢測與 發(fā)送單元、一個生命體征信號接收單元和計算機，其中，所述的生命體征信號檢測與發(fā)送單 元由信號檢測放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第一微處理器、存儲電路、無線發(fā)送電路和一個以 上數(shù)目的傳感器構(gòu)成，所述的傳感器通過導(dǎo)線與所述的信號檢測放大電路或者第一微處理 器連接，信號檢測放大電路與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述的存儲電路和 無線發(fā)送電路分別與第一微處理器連接，所述的生命體征信號接收單元由無線接收電路、 第二微處理器、通訊接口電路構(gòu)成，所述的無線接收電路通過無線數(shù)據(jù)鏈路與所述的無線 發(fā)送電路連接，無線接收電路和所述的通訊接口電路均與所述的第二微處理器連接，通訊 接口電路與所述的計算機連接，所述的傳感器中至少包括有心電檢測電極，所述的心電檢 測電極由導(dǎo)電布構(gòu)成。進一步的，所述的通訊接口電路是串行通訊電路。進一步的，所述的通訊接口電路中設(shè)置有RS232接口和RS485接口，以及RS232接 口和RS485接口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路。進一步的，所述的心電檢測電極與信號檢測放大電路之間設(shè)置有一個電極脫落檢 測電路，該信號檢測放大電路與第一微處理器之間設(shè)置有一個QRS波提取電路。進一步的，所述的傳感器中包括有呼吸傳感器，所述的呼吸傳感器通過導(dǎo)線與信 號檢測放大電路連接。進一步的，所述的傳感器中包括有體溫傳感器，所述的體溫傳感器由數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成，所述的數(shù)字溫度傳感器通過導(dǎo)線與第一微處理器連接。進一步的，所述的信號檢測放大電路由無源高通濾波電路、放大電路、巴特瓦茲低 通濾波和導(dǎo)聯(lián)放大倍數(shù)選擇電路組成。進一步的，所述的QRS波提取電路由帶通濾波器、全波整流電路、雙時值峰值檢測 器、比較器組成。進一步的，所述的RS485接口通過電纜與所述的計算機連接。具體的，本發(fā)明中所述的信號檢測放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第一微處理器、存儲 電路、無線發(fā)送電路、無線接收電路、第二微處理器和通訊接口電路均可采用現(xiàn)有技術(shù)中的 公知方案，在此不再贅述。本發(fā)明的工作原理是傳感器附著在潛水員身體，檢測各相應(yīng)部位的信號，然后 通過信號檢測放大電路放大濾波，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路向第一微處理器輸出數(shù)字信號，第 一微處理器對信號編碼處理后，將信號數(shù)據(jù)存儲到存儲電路中，存儲電路可由閃存構(gòu)成，同 時，第一微處理器將信號輸送到無線發(fā)送電路，由無線發(fā)送電路發(fā)送；無線接收電路、第二 微處理器和通訊接口電路設(shè)置在潛水員附近的潛水鐘內(nèi)，無線接收電路接收無線發(fā)送電路 發(fā)送的信號，然后通過第二微處理器進行處理，再通過通訊接口電路傳遞到計算機。其中， 導(dǎo)電布加工成可穿戴形式，作為心電檢測電極在潛水員的胸部獲取心電信號，再通過QRS 波提取電路得到穩(wěn)定的心率信號。本發(fā)明和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明在潛水員身體上設(shè)置 包括心電檢測電極在內(nèi)的傳感器，利用無線發(fā)送電路將數(shù)字信號傳遞給短距離潛水鐘內(nèi)的 無線接收電路，由微處理器處理后通過通訊接口電路和電纜傳遞到水面上的計算機，可以 實時監(jiān)測潛水員在水下作業(yè)時的各種生理指標(biāo)，了解是否在安全閾值之內(nèi)，實時掌握潛水 員的生命狀態(tài)，以便在出現(xiàn)事故征兆時，潛水保障醫(yī)生及時干預(yù)和救治，潛水鐘到水面上的 計算機之間采用有線長距離傳輸方案，可獲得穩(wěn)定可靠的傳輸信號。


圖1是本發(fā)明的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)的組成框圖。圖2是本發(fā)明中的生命體征信號檢測與發(fā)送單元的硬件框圖。圖3是本發(fā)明中的生命體征信號接收、傳輸部分硬件框圖。圖4是本發(fā)明中的電極脫落檢測原理圖。圖5是本發(fā)明中的心電濾波、放大電路原理圖。
圖6是本發(fā)明中的QRS波提取電路原理圖
具體實施例方式實施例1 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，包括 一個生命體征信號檢測與發(fā)送單元1、一個生命體征信號接收單元2和計算機3，其中，所述 的生命體征信號檢測與發(fā)送單元1由信號檢測放大電路11、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12、第一微處理 器13、存儲電路14、無線發(fā)送電路15和一個以上數(shù)目的傳感器構(gòu)成，所述的傳感器通過導(dǎo) 線與所述的信號檢測放大電路11或者第一微處理器13連接，信號檢測放大電路11與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12、所述的存儲電路14和無線發(fā)送電路15分別與 第一微處理器13連接，所述的生命體征信號接收單元2由無線接收電路21、第二微處理器 22、通訊接口電路23構(gòu)成，所述的無線接收電路21通過無線數(shù)據(jù)鏈路與所述的無線發(fā)送電 路15連接，無線接收電路21和所述的通訊接口電路23均與所述的第二微處理器22連接， 通訊接口電路23與所述的計算機3連接，所述的傳感器中至少包括有心電檢測電極16，所 述的心電檢測電極16由導(dǎo)電布構(gòu)成。進一步的，所述的通訊接口電路23是串行通訊電路。進一步的，所述的通訊接口電路23中設(shè)置有RS232接口和RS485接口，以及RS232 接口和RS485接口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路。進一步的，所述的心電檢測電極16與信號檢測放大電路11之間設(shè)置有一個電極 脫落檢測電路17，該信號檢測放大電路11與第一微處理器13之間設(shè)置有一個QRS波提取 電路18。進一步的，所述的傳感器中包括有呼吸傳感器19，所述的呼吸傳感器19通過導(dǎo)線 與信號檢測放大電路11連接。進一步的，所述的傳感器中包括有體溫傳感器101，所述的體溫傳感器101由數(shù)字 溫度傳感器構(gòu)成，所述的數(shù)字溫度傳感器通過導(dǎo)線與第一微處理器13連接。如圖4所示，電極脫落檢測電路17由兩個比較器構(gòu)成，佩戴于潛水員胸部體表的 可穿戴心電檢測電極16在接觸良好情況下，電極脫落檢測電路17的輸出端FR和輸出端FF 均為低電平，輸出端FR和輸出端FF連接到第一微處理器13，一旦發(fā)生電極脫落情況，相應(yīng) 的信號變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生中斷信號。如圖5所示，本發(fā)明中的心電濾波和放大電路由無源高通濾波電路、放大電路、巴 特瓦茲低通濾波和導(dǎo)聯(lián)放大倍數(shù)選擇電路組成。如圖6所示，所述的QRS波提取電路18由帶通濾波器、全波整流電路、雙時值峰 值檢測器、比較器組成。二階帶通濾波器中心頻率為17Hz，Q值為5，增益為8，有效抑制P 波，T波、肌電、工頻及基線波動；全波整流電路將濾波后的雙向波形變?yōu)樨?fù)向波形，可消除 極性對檢測的影響；兩個峰值檢測器放電回路的時間常數(shù)各自為0. 33s及3. 5s，取前一組 QRS波峰值的75%作為后一組QRS波的檢出閾值，這樣，對于每組QRS波，最后的輸出跳變 一次，從而獲得穩(wěn)定的心率信號。進一步的，所述的RS485接口通過電纜與所述的計算機3連接。本實施例的工作過程是傳感器附著在潛水員身體，檢測各相應(yīng)部位的信號，然后 通過信號檢測放大電路11放大濾波，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12向第一微處理器13輸出數(shù)字 信號，第一微處理器13對信號編碼處理后，將信號數(shù)據(jù)存儲到存儲電路14中，存儲電路14 可由閃存構(gòu)成，同時，第一微處理器13將信號輸送到無線發(fā)送電路15，由無線發(fā)送電路15 發(fā)送；無線接收電路21、第二微處理器22和通訊接口電路23設(shè)置在潛水員附近的潛水鐘 內(nèi)，無線接收電路21接收無線發(fā)送電路15發(fā)送的信號，然后通過第二微處理器22進行處 理，再通過通訊接口電路23傳遞到計算機3。其中，導(dǎo)電布加工成可穿戴形式，作為心電檢 測電極16在潛水員的胸部獲取心電信號，再通過QRS波提取電路18得到穩(wěn)定的心率信號。具體的，潛水員水下作業(yè)時處于活動狀態(tài)，與病人在醫(yī)院做靜態(tài)測試有很大不同， 把傳感器做成可穿戴式，最大限度地保證了佩戴的舒適性與可靠性。生命體征信號檢測與發(fā)送裝置1，把檢測到的生命體征信號，經(jīng)微處理器控制、處理，再通過內(nèi)部的無線數(shù)據(jù)發(fā)送 模塊，把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，生命體征信號接收裝置2 —般置于潛水鐘內(nèi)，負(fù)責(zé)接收潛水員的生 命體征信號，該信號在微處理器的控制下轉(zhuǎn)換為RS485電平的串行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從潛水鐘到 船上進行長距離有線傳輸，通過船上的RS485/RS232接口轉(zhuǎn)換3，把數(shù)據(jù)信號傳送到桌面的 計算機4，再通過計算機4處理后顯示結(jié)果，為醫(yī)生實時提供監(jiān)控數(shù)據(jù)，動態(tài)掌握潛水員水 下作業(yè)時的身體狀況。 電極脫落檢測6主要是針對心電信號的檢測而設(shè)計的，因為潛水員在水下的運動 有可能會使電極脫落，通過電極脫落檢測6可以監(jiān)測到電極是否脫落，一旦發(fā)生脫落可通 過水下電話通知潛水員進行適當(dāng)調(diào)整。微弱的體表心電信號通過心電檢測電極16，進行放 大，濾除雜波，使有用信號達到AD采樣要求，經(jīng)12位AD轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，然后送到MSP430 微處理器處理、存儲。放大后的心電信號經(jīng)過QRS波提取得到心率脈沖，由MSP430微處理 器的中斷口直接讀取。呼吸傳感器19的信號經(jīng)過放大濾波達到采樣要求后進行AD轉(zhuǎn)換， 由MSP430微處理器處理。體溫傳感器101采用高精度數(shù)字溫度傳感器，體溫數(shù)據(jù)可以通過 MSP430微處理器的I/O 口直接讀取。MSP430微處理器讀取到各生命體征信號后，先存儲到 存儲電路14，進行原始數(shù)據(jù)的保存，再通過無線發(fā)送電路15，把數(shù)據(jù)發(fā)送到無線接收電路 21。
權(quán)利要求
1.一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，包括一個生命體征信號檢測與發(fā)送單元、 一個生命體征信號接收單元和計算機，其特征在于所述的生命體征信號檢測與發(fā)送單元 由信號檢測放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第一微處理器、存儲電路、無線發(fā)送電路和一個以上 數(shù)目的傳感器構(gòu)成，所述的傳感器通過導(dǎo)線與所述的信號檢測放大電路或者第一微處理器 連接，信號檢測放大電路與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述的存儲電路和無 線發(fā)送電路分別與第一微處理器連接，所述的生命體征信號接收單元由無線接收電路、第 二微處理器、通訊接口電路構(gòu)成，所述的無線接收電路通過無線數(shù)據(jù)鏈路與所述的無線發(fā) 送電路連接，無線接收電路和所述的通訊接口電路均與所述的第二微處理器連接，通訊接 口電路與所述的計算機連接，所述的傳感器中至少包括有心電檢測電極，所述的心電檢測 電極由導(dǎo)電布構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 通訊接口電路是串行通訊電路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 通訊接口電路中設(shè)置有RS232接口和RS485接口，以及RS232接口和RS485接口之間的協(xié) 議轉(zhuǎn)換電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 心電檢測電極與信號檢測放大電路之間設(shè)置有一個電極脫落檢測電路，該信號檢測放大電 路與第一微處理器之間設(shè)置有一個QRS波提取電路。
5.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 傳感器中包括有呼吸傳感器，所述的呼吸傳感器通過導(dǎo)線與信號檢測放大電路連接。
6.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 傳感器中包括有體溫傳感器，所述的體溫傳感器由數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成，所述的數(shù)字溫度 傳感器通過導(dǎo)線與第一微處理器連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 信號檢測放大電路由無源高通濾波電路、放大電路、巴特瓦茲低通濾波和導(dǎo)聯(lián)放大倍數(shù)選 擇電路組成。
8.如權(quán)利要求1所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 QRS波提取電路由帶通濾波器、全波整流電路、雙時值峰值檢測器、比較器組成。
9.如權(quán)利要求3所述的一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 RS485接口通過電纜與所述的計算機連接。
全文摘要
一種潛水員水下作業(yè)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，包括生命體征信號檢測與發(fā)送單元、生命體征信號接收單元和計算機，生命體征信號檢測與發(fā)送單元由信號檢測放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第一微處理器、存儲電路、無線發(fā)送電路和傳感器構(gòu)成，生命體征信號接收單元由無線接收電路、第二微處理器、通訊接口電路構(gòu)成，無線接收電路通過無線鏈路與無線發(fā)送電路連接，傳感器中包括心電檢測電極，心電檢測電極由導(dǎo)電布構(gòu)成。在潛水員身體上設(shè)置傳感器，利用無線發(fā)送電路將信號傳遞給短距離潛水鐘內(nèi)的無線接收電路，再通過通訊接口電路和電纜傳遞到水面上的計算機，可實時監(jiān)測潛水員水下作業(yè)時的各種生理指標(biāo)，潛水鐘到水面計算機之間采用有線長距離傳輸，信號穩(wěn)定可靠。
文檔編號A61B5/0402GK102125428SQ20111006523
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉勇, 喻錫成, 張孝強, 方勇軍, 王云景, 王猛, 趙紅旗, 駱星九 申請人:中國人民解放軍海軍醫(yī)學(xué)研究所