連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)，該智能手環(huán)包括手環(huán)本體，手環(huán)本體內部嵌設有監(jiān)控電路，監(jiān)控電路包括主控制單元及多種監(jiān)測單元。各監(jiān)測單元同時檢測各類人體生理體征數據，由主控制單元進行并行處理。本實用新型采用正反均可扣合的搭扣設計，使得設備可變形為便攜掛件，用戶可按需取用進行單次人體生理體征量測或變形為腕表形態(tài)，用戶可隨身長期佩戴。對各傳感采樣點在手環(huán)上的位置做了精心的布置，使得手環(huán)的操作更加便捷且提升數據采集的準確性，用戶可單手觸發(fā)啟動或由主控制單元控制定時啟動監(jiān)測功能；設有無線通信單元，能夠與移動終端進行數據同步，用戶能夠實時了解人體生理體征及健康狀況。
【專利說明】連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于人體生理體征監(jiān)測【技術領域】，具體涉及一種連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)。

【背景技術】
[0002]目前，市面上針對健康保健相關功能的產品，如需測量人體生理體征參數多由多種獨立醫(yī)療或保健設備分別測試完成。比如水銀或電子體溫表測體溫，聽診器測心跳，上臂或腕式血壓計測血壓，手指血氧儀測血氧，心電圖機測ECG心電全圖，H0LTER24小時動態(tài)心電圖儀或24小時動態(tài)血壓計。上述每種設備均是完成單一功能，形態(tài)偏大，笨重，測量操作復雜，且測量結果無法轉換為統(tǒng)一格式的電子化數據，不能通過便捷的聯網手段傳至云端數據庫存儲并進行進一步的分析處理。
[0003]另一方面，市面上的可穿戴式產品主要是針對健康運動相關功能的產品，且小型化、便攜的特點極大地方便了人們的生活。但是關于人體健康方面的人體生理體征監(jiān)測，例如采集心率、心電圖、血壓、血氧等人體生理體征的功能，現有的相關產品均無法實現。因此，有必要提供一種小型化的、能全面監(jiān)測人體生理體征的可穿戴式產品。
實用新型內容
[0004]為了克服現有技術中存在的缺陷，本實用新型提供一種連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)。具體的技術方案如下:
[0005]一種用于連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)，包括一手環(huán)本體，手環(huán)本體的內部嵌設有監(jiān)控電路；監(jiān)控電路包括一主控制單元，以及分別與主控制單元連接的:
[0006]血氧濃度監(jiān)測單元，包括LED光電傳感器以及第一匹配電路；
[0007]血壓心率監(jiān)測單元，包括柔性天線組以及第二匹配電路；
[0008]心電信號監(jiān)測單元，包括正負干電極以及心電信號檢測處理芯片。
[0009]作為優(yōu)化方案，LED光電傳感器突設于手環(huán)本體的外側表面；
[0010]心電信號監(jiān)測單元的外側心電電極設置在LED光電傳感器的周圍，且外側心電電極突出于手環(huán)本體的高度大于LED光電傳感器突出于手環(huán)本體的高度；內側心電電極設置在手環(huán)本體的內側表面，且位置與外側心電電極相對應；
[0011]柔性天線組嵌入在手環(huán)本體內，且靠近手環(huán)本體的內側表面；所述柔性天線組的位置，當使用者佩戴手環(huán)時正好與人體手腕橈動脈的位置交叉。
[0012]作為優(yōu)化方案，手環(huán)本體包括依次連接的第一搭扣部件、繩帶以及第二搭扣部件，其中，第一搭扣部件與第二搭扣部件相配合，可相互扣合；第一搭扣部件設有一卡扣，第二搭扣部件設有與卡扣相配合的卡槽；第二搭扣部件的兩側面均可與第一搭扣部件相卡合。
[0013]作為優(yōu)化方案，手環(huán)本體的外側表面嵌設有一顯示屏，顯示屏與主控制單元連接，用于顯示監(jiān)測到的數據。
[0014]作為優(yōu)化方案,監(jiān)控電路還包括與主控制單元連接的通信單元,通信單元包括一藍牙芯片以及通信天線組，用于將主控制單元獲取的數據同步至外部的移動終端。
[0015]作為優(yōu)化方案，監(jiān)控電路還包括分別與主控制單元連接的溫度傳感單元以及六軸運動傳感單元；
[0016]溫度傳感單元包括溫度傳感器以及第三匹配電路；溫度傳感器突設于手環(huán)本體的內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據；六軸運動傳感單元包括一六軸運動傳感器，用于采集人體運動數據。
[0017]作為優(yōu)化方案，主控制單元包括一微處理器MCU，MCU內集成有浮點運算單元FPU。
[0018]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0019](I)本實用新型提供的智能手環(huán)集成了多種傳感電路，可對多種人體生理體征進行采集，并實現各類采集數據的并行處理；
[0020](2)本實用新型對各傳感采樣點在手環(huán)上的位置做了精心的布置，使得手環(huán)的操作更加便捷且提升數據采集的準確性；
[0021](3)本實用新型提供的智能手環(huán)采用正反均可扣合的搭扣設計，使得設備可變形為掛件形態(tài)，用戶按需取用，輔助用手對掛件做“C”型上下兩點固定，自然放置掛件繞手腕半周即可進行單次人體生理體征量測或變形為手環(huán)形態(tài)，供用戶隨身佩戴24小時隨時隨地監(jiān)控人體生理體征需求；
[0022](4)本實用新型提供的智能手環(huán)設有無線通信單元，能夠與移動終端進行數據同步，用戶能夠實時了解人體生理體征及健康狀況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型提供的智能手環(huán)的結構框圖；
[0024]圖2為手環(huán)本體的外側表面的結構示意圖；
[0025]圖3為手環(huán)本體的內側表面的結構示意圖；
[0026]圖4智能手環(huán)與搭扣平鋪結構示意圖；
[0027]圖5為智能手環(huán)搭扣反扣為掛件形態(tài)及使用示意圖；
[0028]圖6為智能手環(huán)搭扣正扣為腕表形態(tài)及使用示意圖。
[0029]上圖中序號為:1_手環(huán)本體、11-顯示屏、121-外側心電電極、122-內側心電電極、2-監(jiān)控電路、21-主控制單元、221-LED光電傳感器、222-第一匹配電路、231-柔性天線組、232-第二匹配電路、24-心電信號監(jiān)測單元、251-藍牙芯片、252-通信天線組、26-溫度傳感單元、27-六軸運動傳感單元、31-第一搭扣部件、32-繩帶、33-第二搭扣部件。

【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖以實施例的方式詳細描述本實用新型。
[0031]實施例1:
[0032]一種用于連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)，包括一手環(huán)本體1，手環(huán)本體I的內部嵌設有監(jiān)控電路2。在本實施例中，該智能手環(huán)用于套在人體手腕處，通過與人體皮膚的接觸，獲取人體生理體征。
[0033]如圖1所示，監(jiān)控電路2包括一主控制單元21，以及分別與主控制單元21連接的血氧濃度監(jiān)測單元、血壓心率監(jiān)測單元以及心電信號監(jiān)測單元24。其中:
[0034]血氧濃度監(jiān)測單元包括LED光電傳感器221以及第一匹配電路222。LED光電傳感器221包括一雙波長光源，用于發(fā)射雙波長光束，包括紅光(RED)和紅外光(IR)。在進行血氧濃度監(jiān)測時，LED光電傳感器221用于與人體皮膚接觸，將光束射入人體(如人體手指)的皮下毛細血管。LED光電傳感器221還包括一光電二極管(photod1de)，由于血液中Hb02和HbO對不同光譜的光會有不同程度的吸收，造成光電二極管(photod1de)接收到對應光譜的反射光光強也會發(fā)生相應變化，該光電二極管將相應的光信號轉換為能夠反映細微光強變化的電信號，第一匹配電路222(SP02AFE模塊)對接收到的光強變化電信號進行濾波、放大和模數轉換(ADC)，從而獲得光強變化數據，并將光強變化數據發(fā)送至主控制單元21。
[0035]血壓心率監(jiān)測單元包括柔性天線組231以及第二匹配電路232 ;其中，柔性天線組231包括兩根柔性天線，兩條柔性天線貼附在手腕上分別與橈動脈構成交叉所確定的兩點稱為量測兩點。柔性天線組231用于與人體皮膚接觸(如貼附在手腕半周)，對手腕部動脈血管壁選定的量測兩點，在受流體壓力時所產生的細微震動位移和頻率進行量測，獲取反映量測點血管微震動的無線信號，第二匹配電路用于將將記錄血管微震動的無線信號還原為電信號數據依次進行高通濾波、信號放大、低通濾波以及數模轉換，再將血管微震動數據發(fā)送至主控制單元21。
[0036]心電信號監(jiān)測單兀24包括正負干電極和心電信號檢測處理芯片。在本實施例中，該心電信號檢測處理芯片的型號為BMD101，該芯片體積較小，尺寸僅有3mmX3mm，適于與本實用新型提供智能手環(huán)；但芯片的具體型號不限于此，也可以采用其他類似的集成電路芯片。心電信號檢測處理芯片用于處理與人體皮膚接觸的電極采集到的uA?mA生物電流信號，通過集成的內置信號濾波，調制和放大電路來采樣記錄測量時間段里的人體動態(tài)心電信號，并將心電數據發(fā)送至主控制單元21。
[0037]主控制單元21包括一微處理器(MCU)，該MCU內集成有浮點運算單元FPU。在本實施例中，該MCU選用低功耗、高效能的ARM-Cortex M4系列微處理器(MCU)作為集中控制單元，管理各項測量任務，通過SPI或I2C接口與各監(jiān)測單元電路相連，從各監(jiān)測單元獲得的各類原始數據，借助該微處理器的專有浮點運算單元(FPU)可實時并行處理各項測量獲得的原始數據，并計算轉化為有意義的人體體征生理指標。
[0038]主控制單元21可用于執(zhí)行下列具體工作:根據光強變化數據計算獲得人體血氧濃度，對血氧濃度進一步分析還可獲得呼吸狀態(tài)參數；根據血管微震動數據計算獲得人體動態(tài)血壓和動態(tài)心率；根據心電數據計算獲得人體心電圖信號，對心電圖信號進一步分析還可獲得疲勞和放松程度參數。調度管理多項任務包括數據通信、屏幕顯示、電池和時間管理等。
[0039]為了顯示監(jiān)測到的數據，為了提升客戶的使用體驗，在本實施例中，手環(huán)本體I的外側表面嵌設有一顯示屏11，顯示屏11與主控制單元21連接，用戶通過顯示屏可實時了解監(jiān)測情況。
[0040]為了實現智能手環(huán)的功能擴展，便于監(jiān)測數據的顯示和進一步處理，在本實施例中，監(jiān)控電路2還包括與主控制單元21連接的通信單元，通信單元包括一藍牙芯片251以及通信天線組252，用于將主控制單元21獲取的數據同步至外部的移動終端。其中，藍牙芯片251可采用型號為CC2541的低功耗藍牙芯片，此僅為舉例，也可采用其他的類似芯片。這里的移動終端可以是手機、平板電腦、PDA、筆記本電腦等，但不限于此。移動終端可將接收到的監(jiān)測數據通過多種直觀的方式顯示給用戶，進一步提升客戶的使用體驗；另外還可通過移動終端進一步將監(jiān)測數據上傳至云端，由云端對監(jiān)測數據做更加全面、智能的分析。
[0041]為了提供類型更豐富的監(jiān)測數據，利于進一步的數據分析，在本實施例中，監(jiān)控電路2還包括分別與主控制單元21連接的溫度傳感單元26以及六軸運動傳感單元27。其中:
[0042]溫度傳感單元26包括溫度傳感器261以及第三匹配電路。溫度傳感器261突設于手環(huán)本體I的內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據，并將溫度數據發(fā)送至主控制單元21。在本實施例中，溫度傳感器261可選用誤差精度為0.1°C的高靈敏度薄膜鉬電阻式溫度傳感器261，其與第三匹配電路(TEMP)配合工作，進行溫度監(jiān)測。
[0043]六軸運動傳感單元27包括一 xyz軸加速度和角速度傳感器，可采用型號為MPU6050的六軸運動傳感器，用于采集人體運動數據，并將人體運動數據發(fā)送至主控制單元21。
[0044]本實施例提供的智能手環(huán)的工作流程具體為:
[0045]首先，各監(jiān)測單元同步對各類人體生理體征和活動狀態(tài)進行檢測，并將檢測到的監(jiān)測數據發(fā)送到主控制單元。
[0046]然后，主控制單元并行對各類監(jiān)測數據進行接收和分析處理，獲得人體生理體征及健康狀況數據。
[0047]最后，主控制單元將所有人體生理體征以及人體健康狀況的相關數據顯示在顯示屏上；同時，相關數據也可通過通信單元發(fā)送到移動終端上，由移動終端進行顯示或上傳至
~.丄山石父而。
[0048]實施例2:
[0049]如圖2和圖3所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于:本實施例提供了傳感點的在手環(huán)本體I上的位置設計，能夠使得數據的采集更加準確，具體包括如下內容:
[0050]LED光電傳感器221突設于手環(huán)本體I的外側表面；在本實施例中，該LED光電傳感器221的觸摸部分設計為方形。
[0051]心電信號檢測處理芯片包括用于接觸人體皮膚進行感測的內側心電電極122和外側心電電極121,即包括一正極和一負極；若內側心電電極122為正極,貝U外側心電電極121為負極；若內側心電電極122為負極，則外側心電電極121為正極。其中，外側心電電極121設置在LED光電傳感器221的周圍，在本實施例中，外側心電電極121呈圓環(huán)狀，包裹在LED光電傳感器221的外圍；且外側心電電極121突出于手環(huán)本體I的高度大于LED光電傳感器221突出于手環(huán)本體I的高度。內側心電電極122設置在手環(huán)本體I的內側表面,且位置與外側心電電極121相對應。只有當內側心電電極122和外側心電電極121同時接觸人體皮膚時，才能接通心電信號檢測處理芯片，開始進行心電信號檢測。
[0052]在本實施例中，通過傳感器的精密排列放置，實現所有測量靠單手單次觸發(fā)，即可啟動所有工作。如圖2和圖3所示，在一般情況下，僅有內側心電電極122接觸人體皮膚(手腕處)，外側心電電極121并不接觸人體皮膚，無法產生有效的心電信號輸入。當需要產生有效的心電信號時用戶需將手指完全覆蓋住心電電極121的表面，借此內側心電電極122受力也同時與人體皮膚接觸，即可觸發(fā)系統(tǒng)檢測到心電信號。系統(tǒng)通過監(jiān)測到有效的心電信號輸入，判斷用戶已經有單手觸摸在觸發(fā)啟動，即刻再開啟血氧濃度監(jiān)測所用的LED發(fā)光二極管，動態(tài)血壓和心率監(jiān)測所用的柔性天線和體表溫度監(jiān)測所用的溫度傳感器的量測工作。由于血氧濃度的檢測要求人體皮膚完全遮蓋LED光電傳感器221的發(fā)光區(qū)域，因此，將外側心電電極121設計為圓環(huán)狀，且其突出于手環(huán)本體I外表面的高度大于LED光電傳感器221突出于手環(huán)本體I外表面的高度，這樣，當人體皮膚在接觸外側心電電極121的同時即滿足血氧量測要求的將LED光電傳感器221的發(fā)光區(qū)域完全遮蓋。
[0053]柔性天線組231嵌入在手環(huán)本體I內，且靠近手環(huán)本體I的內側表面。這樣設計的理由在于:柔性天線組231是用于感知人體脈搏(如橈動脈)震動的，并以此計算人體的血壓和心率。用戶在自然佩戴手環(huán)時，柔性天線組231已處在對應于橈動脈的最佳位置，可保證監(jiān)測數據的準確性。
[0054]溫度傳感器261突設于手環(huán)本體I的內側表面，與顯示屏11的位置相對應，當用戶在自然佩戴手環(huán)時，借助顯示屏11居于手腕正上方便于日常查看，與其位置相對應的溫度傳感器261就能夠保證接觸到人體皮膚。
[0055]本實施例的其他技術特征均與實施例1相同，在此不再贅述。
[0056]實施例3:
[0057]本實施例與實施例1，2的區(qū)別在于:本實施例提供了智能手環(huán)的不同扣搭方式和量測應用，具體包括如下內容:如圖4所示，手環(huán)本體包括依次連接的第一搭扣部件31、繩帶32以及第二搭扣部件33，其中，第一搭扣部件31與第二搭扣部件33相配合，可相互扣合；第一搭扣部件31設有一卡扣，第二搭扣部件33設有與卡扣相配合的卡槽。在本實施例中，顯示屏設置在第一搭扣部件31上，卡扣位于設有顯示屏的一側；卡槽的形狀結構與卡扣相配合，第二搭扣部件33的兩側面均可與第一搭扣部件31扣合。
[0058]如圖5所示若智能手環(huán)的搭扣為反扣，S卩，通過卡槽和卡扣的配合，使第二搭扣部件33的一側面與第一搭扣部件31相互卡合時，手環(huán)本體呈掛件狀，智能手環(huán)作為掛件使用，量測時用手進行輔助對掛件做“C”型上下兩點固定，輔助用手按壓住的上接觸點心電圓環(huán)干電極121，輔助用手按壓住的下接觸點為掛件尾部，使掛件可自然環(huán)繞被量測的手腕半周，即可獲取人體生理體征。
[0059]如圖6所示若智能手環(huán)的搭扣為正扣，S卩，通過卡槽和卡扣的配合，使第二搭扣部件33的另一側面與第一搭扣部件31相互卡合時，可形成可佩戴的腕表，戴于人的手腕上，可隨時隨地單手觸發(fā)啟動生理體征監(jiān)測或由主控制單元控制定時啟動非干預式生理體征連續(xù)監(jiān)測功能。
[0060]以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之變化，都應落在本申請的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于連續(xù)監(jiān)控人體生理體征的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，包括一手環(huán)本體，所述手環(huán)本體的內部嵌設有監(jiān)控電路；所述監(jiān)控電路包括一主控制單元，以及分別與所述主控制單元連接的: 血氧濃度監(jiān)測單元，包括LED光電傳感器以及第一匹配電路； 血壓心率監(jiān)測單元，包括柔性天線組以及第二匹配電路； 心電信號監(jiān)測單元，包括正負干電極和心電信號檢測處理芯片。
2.根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于， 所述LED光電傳感器突設于所述手環(huán)本體的外側表面； 所述心電信號監(jiān)測單元的正負干電極中，一個干電極設于手環(huán)本體的外側，另一個干電極設于手環(huán)本體的內側；其中，外側心電電極設置在所述LED光電傳感器的周圍，且所述外側心電電極突出于所述手環(huán)本體的高度大于所述LED光電傳感器突出于所述手環(huán)本體的高度；所述內側心電電極設置在所述手環(huán)本體的內側表面，且位置與所述外側心電電極相對應； 所述血壓心率監(jiān)測單元的柔性天線組嵌入在所述手環(huán)本體內，且靠近所述手環(huán)本體的內側表面；當使用者佩戴手環(huán)時，所述柔性天線組的位置環(huán)繞人體手腕半圈，與人體手腕橈動脈走向的位置交叉。
3.根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，所述手環(huán)本體包括依次連接的第一搭扣部件、繩帶以及第二搭扣部件，其中，所述第一搭扣部件與所述第二搭扣部件相配合，可相互扣合；所述第一搭扣部件設有一卡扣，所述第二搭扣部件設有與所述卡扣相配合的卡槽；所述第二搭扣部件的兩側面均可與所述第一搭扣部件相卡合。
4.根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，所述手環(huán)本體的外側表面嵌設有一顯示屏，所述顯示屏與所述主控制單元連接，用于顯示監(jiān)測到的數據。
5.根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，所述監(jiān)控電路還包括與所述主控制單元連接的通信單元，所述通信單元包括一藍牙芯片以及通信天線組，用于將所述主控制單元獲取的數據同步至外部的移動終端。
6.根據權利要求1或4所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，所述監(jiān)控電路還包括分別與所述主控制單元連接的溫度傳感單元以及六軸運動傳感單元； 所述溫度傳感單元包括溫度傳感器以及第三匹配電路；所述溫度傳感器突設于所述手環(huán)本體的內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據；所述六軸運動傳感單元包括一六軸運動傳感器，用于采集人體運動數據。
7.根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環(huán)，其特征在于，所述主控制單元包括一微處理器MCU，所述MCU內集成有浮點運算單元FPU。
【文檔編號】A61B5/0402GK203914894SQ201420320309
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權日:2014年6月16日
【發(fā)明者】朱宇東 申請人:朱宇東