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一种便携式无线生命体征监测仪

阅读：830发布：2022-02-18

专利汇可以提供一种便携式无线生命体征监测仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种便携式无线生命体征监测仪，包括终端检测设备和无线接收设备；所述终端检测设备包括单片机控制模块、传感器采集模块、终端协调器、LCD显示模块和一个电源模块；所述无线接收设备包括主协调器和一台电脑，所述电脑给所述主协调器提供电源。本发明将终端检测设备采集到的使用者的体征信号，包括体温、脉搏、呼吸频率和血压，进行处理、显示并发送；所述体征信号由无线接收设备接收，通过电脑显示；具有低耗能、低成本、安全可靠、实时性强、检测精度高、便于携带的特点。，下面是一种便携式无线生命体征监测仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于，包括：终端检测设备和无线接收设备；所述终端检测设备包括单片机控制模块，以及与所述单片机控制模块相连的传感器采集模块、用于发送所述单片机控制模块中体征检测数据的终端协调器和用于实时显示检测数据的LCD显示模块；所述传感器采集模块包括能夹于使用者腋下的体温传感器模块、能夹在使用者指尖的脉搏传感器模块、通过血压袖带固定在使用者手臂的血压传感器模块和通过配套的腰带固定在使用者腹部的呼吸传感器模块；所述终端检测模块包括一个电源模块，分别与所述传感器采集模块、所述单片机控制模块、所述终端协调器相连并提供对应的工作电压；所述无线接收设备包括主协调器，所述主协调器和所述终端协调器通过无线通信，所述主协调器与电脑相连，用于在线监测使用者的体征情况，同时所述电脑给所述主协调器提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的体温传感器模块包括热敏电阻电路、恒流源电路和差动放大电路；所述热敏电阻电路采用四线制连接方式，将热敏电阻的电源线接入所述恒流源电路，所述热敏电阻的信号线接于所述差动放大电路；所述恒流源电路包括电阻R5、电阻R6、三极管Q1、稳压器TL431以及电源输入端D4；其中电源输入端D4输入5V电压；电阻R5一端与电源输入端D4相连并接入三极管Q1的集电极相连，电阻R5另一端与稳压管TL431的阴极相连并接入三极管Q1的基极；
稳压管TL431的参考极和电阻R6一端相连并接入三极管Q1的发射极，TL431的阳极和电阻R6的另一端相连并接入所述热敏电阻电源线的输入端；所述差动放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、运放A2和运放A2的输出端D5；其中电阻R7一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R7另一端与电阻R9的一端相连并接入运放A2的同相输入端；电阻R9的另一端接地；电阻R8的一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R8另一端和电阻R10的一端相连并接入运放A2 反相输入端；电阻R10的另一端与运放A2的输出端D5相连；运放A2的输出端D5与所述单片机控制模块的12位AD转换器相连。
3.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的脉搏传感器模块的脉搏信号采集基于手指微血容积会随心脏律动而变化，血液对光的吸收也随之变化的原理，利用光电容积描记法（PPG）以实现无创检测脉搏信号；所述的脉搏传感器模块包括光耦电路、滤波放大电路、检波电路以及信号调理电路；所述光耦电路将指尖微血容积变化产生的光信号转化为电信号，即PPG信号；PPG信号经所述滤波放大电路，所述检波电路以及所述信号调理电路处理输出矩形脉冲信号，所述单片机控制模块通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟脉搏数；所述光耦电路包括光耦PC和电阻R11、电阻R12，电源输入端口Ｄ6和电源输入端口D7，其中5V电压从电源输入端口D6、电源输入端口D7输入；光耦PC的发光二极管与电阻R11一端相连，光耦PC的发光二极管的另一端与电源输入端口D7相连；电阻R11的另一端接地；光耦PC的三极管Q2与电阻R12一端相连并作为所述光耦电路的输出端，输出PPG信号；电阻R12的另一端接地；所述滤波放大电路包括电容C7、运放A3与电阻R13、电阻R14、电阻R15，其中电容C7一端连接所述光耦电路的输出端，接收传来的PPG信号，电容C7的另一端与电阻R13的一端相联接并接入运放A3的同相输入端；电阻R13另一端接地；电阻R14一端接地，电阻R14另一端与电阻R15的一端相连并接入运放A3的反相输入端；电阻R15的另一端与运放A3的输出端连接；所述检波电路包括二极管DI、电阻R16、电阻R17、电容C8和电容C9组成，二极管DI的阳极与所述滤波放大电路运放A3的输出端相连，二极管DI的阴极与电阻R16、电容C9并联端的一端相连并接入电阻R17的一端；电阻R16、电容C9并联端的另一端与电容C8的一端相连并接地；电容C8的另一端与电阻R17的另一端相连接并作为所述检波电路的输出端；所述信号调理电路包括运放A4、六反相器74LS14、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C10、电容C11和信号输出端D8，运放A4的正向输入端连接所述检波电路的输出端；电阻R19与电容C10并联的一端与与运放A4的输出端相连，电阻R19与电容C10并联的另一端与电阻R18的一端相连并接入运放A4的反向输入端；电阻R18的另一端接地；电阻R20的一端与运放A4的输出端连接，电阻R20另一端与电阻R21的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；电阻R21的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；电容C11一端接地，电容C11的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；六反相器74LS14的输出端作为信号输出端D8与所述单片机控制模块的的捕捉端口相连。
4.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的呼吸传感器模块包括压电材料、滤波放大电路和信号调理电路；所述压电材料通过采集于人体呼吸产生的腹部压力起伏信号，将压力信号转换为电信号，电信号经所述滤波放大电路、所述调理电路整形为矩形脉冲，所述单片机控制模块的捕捉通道通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟呼吸次数；所述滤波放大电路包括运放A5、电阻R22、电阻R23、电容C12、可变电阻器POT1和电压输入端D9，电压输入端D9输入3.3V电压；电容C12的一端与所述压电材料的信号输入端连接，电容C12的另一端与电阻R22的一端相连并接入运放A5的同相输入端；电阻R22的另一端与可变电阻器POT1的一个固定端相连并接入基线电压；可变电阻器POT1的动触点接入运放A5的反相输入端，可变电阻器POT1的另一个固定端与电阻R23的一端相连并接入运放A5的反相输入端连接；电阻R23的另一端连接运放A5的输出端；所述信号调理电路包括六反相器74LS14、电阻R24、电阻R25、电容C13和信号输出端D10，电阻R24的一端与所述滤波放大电路的运放A5的输出端连接，电阻R24的另一端与与电阻R25的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；电阻R25的另一端与六反相器
74LS14的输出端相连；电容C13的一端接地，电容C13的另一端接于六反相器74LS14的输出端；六反相器74LS14的输出端作为输出信号端D10与所述单片机控制模块的捕捉端口连接。
5.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的血压传感器模块包括血压传感电路、滤波放大电路、血压脉冲触发电路、控制芯片电路；所述的血压传感器模块采用振波法，从手臂肱骨动脉处检测到脉搏波和袖带压力波，通过波形检测分析得到收缩压、舒张压等参数；所述血压传感电路包括BP01型压力传感器、运放MAX4472和电压输入端D11，电压输入端D11输入5V电压，BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计，它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点，采用内部标定和温度补偿方式；运放MAX4472的内部运放A接恒流源，为BP01型压力传感器提供恒定的电流；运放MAX4472的内部运放B、内部运放C和内部运放D组成差分输入、单端输出放大电路，从运放MAX4472 的OUTD端口输出血压初始测量信号，并将所述血压初始测量信号直接输入所述控制芯片电路的ADC0监测血压的直流分量，取得收缩压和舒张压；所述滤波放大电路包括集成滤波器MAX267、放大器MAX4471和电压输入端D12、D13、D14、D16、D17、D18，电压输入端D12、D13、D16、D17、D18输入5V电压，电压输入端D14输入-5V电压，MAX267构成带通滤波器，允许0.8～38Hz的信号通过，滤掉所述血压初始测量信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰；所述血压初始测量信号通过所述滤波放大电路后经过放大器MAX4471进行进一步放大，得到所述控制芯片电路的匹配电压信号，输入所述控制芯片电路的ADC2，监测血压的交流分量，分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；所述血压脉冲触发电路包括比较器MAX9028，所述匹配电压信号通过比较器MAX9028转换成矩形脉冲信号，触发所述控制芯片电路的ADC1工作；所述控制芯片电路提供PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；所述控制芯片电路与所述单片机控制模块的异步串行通信接口相连，通过异步串行通信将所述控制芯片电路中的所采集的血压数据上传至所述单片机控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的电源模块采用大容量、可充电9V锂电池，在所述锂电池的负极串连一开关S和一LED，组成一个串联电路；所述开关S控制电源开关；所述LED指示电源是否接入；所述锂电池的串联电路两端并联电解电容C3和独石电容C4，组成一个锂电池并联电路，对所述锂电池的输出电压进行滤波稳压；经滤波稳压后的电压通过所述锂电池并联电路的一端接入三端稳压芯片
7805的输入端和稳压芯片1117-3.3V的输入端；所述三端稳压芯片7805的两个输出端并联电解电容C1和独石电容C2，组成一个并联电路；所述三端稳压芯片7805的并联电路的一端与电阻R1的一端相连并接地；电阻R1的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连，起到限流的作用；所述三端稳压芯片7805的并联电路的另一端作为5V电压输出端D1，所述电压输出端D1接一反向放大电路；所述反相放大电路包括运放A1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电压输出端D3，其中电阻R4的一端接入运放A1的同相输入端，电阻R4的另一端接地；电阻R3的一端接电压输出端D1，电阻R3的另一端和电阻R2的一端相连并接入运放A1的反相输入端；电阻R2的另一端与运放A1的输出端连接；运放A1的输出端作为电压输出端D3，输出-5V电压；所述稳压芯片1117-3.3V输出端与电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的一端相连并作为电压输出端D2，输出3.3V电压；电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连。
7.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的LCD显示模块的数据线端口、控制线端口和所述单片机控制模块的I/O口连接，所述LCD显示器显示使用者的体征数据。
8.根据权利要求1所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述终端协调器和所述主协调器都采用支持ZigBee协议的无线射频芯片CC2530。
9.根据权利要求8所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述终端协调器与所述单片机控制模块的异步串行通信接口相连，通过TTL电平与所述单片机控制模块进行通信，即所述终端协调器的异步串行通信的发送端口RX与接收端口TX，分别与所述单片机控制模块的异步串行通信接收端口和发送端口连接，所述终端协调器的电压输入端D19输入3.3V电压作为芯片CC2530工作电源。
10.根据权利要求8所述的一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于：所述的主协调器的异步通信发送端口RX和接收端口TX与接口转换器PL2303连接；通过所述接口转换器PL2303转化为USB接口，所述接口转换器PL2303的端口UD+和端口UD-连接于所述电脑的USB接口，实现所述主协调器与所述电脑的异步串行通信。

说明书全文

一种便携式无线生命体征监测仪

技术领域

[0001] 本发明涉及医疗监护领域，特别是一种便携式无线生命体征监测仪。

背景技术

[0002] 生命体征通常包括心跳、脉搏、血压及体温等参数，在正常情况下，这些体征值维持在一定的范围内；当生命体征的变化和异常，通过检测这些体征参数来了解机体状态的动态变化与病理特征。传统的生命体征监测主要由医护人员相关仪器和仪表进行测量，由于人工操作存在的差异性，检查值极易产生误差，而且体征数据的传递也是由人工完成，这样就造成了信息的延迟，有可能因此无法及时掌握患者的病理变化致使救护延时，发生不良事故。此外，传统的体征测量是各自独立的，而且由于基于常规的仪表和仪器的使用，即使集中到一起使用操作也较为繁琐，不利于体征参数的获取。目前，国内医院对生命体征的实时监测主要运用于重症监护室(ICU)，虽然避免了上述问题，但监测仪器成本高昂、使用环境要求高、体积大、操作不方便，同时需将病人集中固定且只能针对少数患者。由于病人需要活动以及医疗空间有效的使用等原因，在体征测量过程中应用无线通信技术就显得尤为重要。

发明内容

[0003] 为了克服传统的生命体征监测实时性、数据准确性和普适性的不足，本发明的目的是提供一种便携式无线生命体征监测仪，能实现对人体体温、脉搏、呼吸频率和血压的检测。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：一种便携式无线生命体征监测仪，其特征在于，包括：终端检测设备和无线接收设备；所述终端检测设备包括单片机控制模块，以及与所述单片机控制模块相连的传感器采集模块、用于发送所述单片机控制模块中体征检测数据的终端协调器和用于实时显示检测数据的LCD显示模块；所述传感器采集模块包括能夹于使用者腋下的体温传感器模块、能夹在使用者指尖的脉搏传感器模块、通过血压袖带固定在使用者手臂的血压传感器模块和通过配套的腰带固定在使用者腹部的呼吸传感器模块；所述终端检测模块包括一个电源模块，分别与所述传感器采集模块、所述单片机控制模块、所述终端协调器相连并提供对应的工作电压；所述无线接收设备包括主协调器，所述主协调器和所述终端协调器通过无线通信，所述主协调器与电脑相连，用于在线监测使用者的体征情况，同时所述电脑给所述主协调器提供电源。

[0005] 在本发明一实施例中，所述的体温传感器模块包括热敏电阻电路、恒流源电路和差动放大电路；所述热敏电阻电路采用四线制连接方式，将热敏电阻的电源线接入所述恒流源电路，所述热敏电阻的信号线接于所述差动放大电路；所述恒流源电路包括电阻R5、电阻R6、三极管Q1、稳压器TL431以及电源输入端D4；其中电源输入端D4输入5V电压；电阻R5一端与电源输入端D4相连并接入三极管Q1的集电极相连，电阻R5另一端与稳压管TL431的阴极相连并接入三极管Q1的基极；稳压管TL431的参考极和电阻R6一端相连并接入三极管Q1的发射极，TL431的阳极和电阻R6的另一端相连并接入所述热敏电阻电源线的输入端；所述差动放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、运放A2和运放A2的输出端D5；其中电阻R7一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R7另一端与电阻R9的一端相连并接入运放A2的同相输入端；电阻R9的另一端接地；电阻R8的一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R8另一端和电阻R10的一端相连并接入运放A2的反相输入端；电阻R10的另一端与运放A2的输出端D5相连；运放A2的输出端D5与所述单片机控制模块的12位AD转换器相连。

[0006] 在本发明一实施例中，所述的脉搏传感器模块的脉搏信号采集基于手指微血容积会随心脏律动而变化，血液对光的吸收也随之变化的原理，利用光电容积描记法（PPG）以实现无创检测脉搏信号；所述的脉搏传感器模块包括光耦电路、滤波放大电路、检波电路以及信号调理电路；所述光耦电路将指尖微血容积变化产生的光信号转化为电信号，即PPG信号；PPG信号经所述滤波放大电路，所述检波电路以及所述信号调理电路处理输出矩形脉冲信号，所述单片机控制模块通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟脉搏数；所述光耦电路包括光耦PC和电阻R11、电阻R12，电源输入端口Ｄ6和电源输入端口D7，其中5V电压从电源输入端口D6、电源输入端口D7输入；光耦PC的发光二极管与电阻R11一端相连，光耦PC的发光二极管的另一端与电源输入端口D7相连；电阻R11的另一端接地；光耦PC的三极管Q2与电阻R12一端相连并作为所述光耦电路的输出端，输出PPG信号；电阻R12的另一端接地；所述滤波放大电路包括电容C7、运放A3与电阻R13、电阻R14、电阻R15，其中电容C7一端连接所述光耦电路的输出端，接收传来的PPG信号，电容C7的另一端与电阻R13的一端相联接并接入运放A3的同相输入端；电阻R13另一端接地；电阻R14一端接地，电阻R14另一端与电阻R15的一端相连并接入运放A3的反相输入端；电阻R15的另一端与运放A3的输出端连接；所述检波电路包括二极管DI、电阻R16、电阻R17、电容C8和电容C9组成，二极管DI的阳极与所述滤波放大电路运放A3的输出端相连，二极管DI的阴极与电阻R16、电容C9并联端的一端相连并接入电阻R17的一端；电阻R16、电容C9并联端的另一端与电容C8的一端相连并接地；电容C8的另一端与电阻R17的另一端相连接并作为所述检波电路的输出端；所述信号调理电路包括运放A4、六反相器74LS14、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C10、电容C11和信号输出端D8，运放A4的正向输入端连接所述检波电路的输出端；电阻R19与电容C10并联的一端与与运放A4的输出端相连，电阻R19与电容C10并联的另一端与电阻R18的一端相连并接入运放A4的反向输入端；电阻R18的另一端接地；电阻R20的一端与运放A4的输出端连接，电阻R20另一端与电阻R21的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；电阻R21的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；电容C11一端接地，电容C11的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；六反相器74LS14的输出端作为信号输出端D8与所述单片机控制模块的的捕捉端口相连。

[0007] 在本发明一实施例中，所述的呼吸传感器模块包括压电材料、滤波放大电路和信号调理电路；所述压电材料通过采集于人体呼吸产生的腹部压力起伏信号，将压力信号转换为电信号，电信号经所述滤波放大电路、所述调理电路整形为矩形脉冲，所述单片机控制模块的捕捉通道通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟呼吸次数；所述滤波放大电路包括运放A5、电阻R22、电阻R23、电容C12、可变电阻器POT1和电压输入端D9，电压输入端D9输入3.3V电压；电容C12的一端与所述压电材料的信号输入端连接，电容C12的另一端与电阻R22的一端相连并接入运放A5的同相输入端；电阻R22的另一端与可变电阻器POT1的一个固定端相连并接入基线电压；可变电阻器POT1的动触点接入运放A5的反相输入端，可变电阻器POT1的另一个固定端与电阻R23的一端相连并接入运放A5的反相输入端连接；电阻R23的另一端连接运放A5的输出端；所述信号调理电路包括六反相器74LS14、电阻R24、电阻R25、电容C13和信号输出端D10，电阻R24的一端与所述滤波放大电路的运放A5的输出端连接，电阻R24的另一端与与电阻R25的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；电阻R25另一端与六反相器74LS14的输出端相连；电容C13的一端接地，电容C13的另一端接于六反相器74LS14的输出端；六反相器74LS14的输出端作为输出信号端D10与所述单片机控制模块的捕捉端口连接。

[0008] 在本发明一实施例中，所述的血压传感器模块包括血压传感电路、滤波放大电路、血压脉冲触发电路、控制芯片电路；所述的血压传感器模块采用振波法，从手臂肱骨动脉处检测到脉搏波和袖带压力波，通过波形检测分析得到收缩压、舒张压等参数；所述血压传感电路包括BP01型压力传感器、运放MAX4472和电压输入端D11，电压输入端D11输入5V电压，BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计，它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点，采用内部标定和温度补偿方式；运放MAX4472的内部运放A接恒流源，为BP01型压力传感器提供恒定的电流；运放MAX4472的内部运放B、内部运放C和内部运放D组成差分输入、单端输出放大电路，从运放MAX4472 的OUTD端口输出血压初始测量信号，并将所述血压初始测量信号直接输入所述控制芯片电路的ADC0监测血压的直流分量，获取收缩压和舒张压；所述滤波放大电路包括集成滤波器MAX267、放大器MAX4471和电压输入端D12、D13、D14、D16、D17、D18，电压输入端D12、D13、D16、D17、D18输入5V电压，电压输入端D14输入-5V电压，滤波器MAX267构成带通滤波器，允许0.8～38Hz的信号通过，滤掉所述血压初始测量信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰；所述血压初始测量信号通过所述滤波放大电路后经过放大器MAX4471进行进一步放大，得到所述控制芯片电路的匹配电压信号，输入所述控制芯片电路的ADC2，监测血压的交流分量，分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；所述血压脉冲触发电路包括比较器MAX9028，所述匹配电压信号通过比较器MAX9028转换成矩形脉冲信号，触发所述控制芯片电路的ADC1工作；所述控制芯片电路提供PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；所述控制芯片电路与所述单片机控制模块的异步串行通信接口相连，通过异步串行通信将所述控制芯片电路中的所采集的血压数据上传至所述单片机控制模块。

[0009] 在本发明一实施例中，所述的电源模块采用大容量、可充电9V锂电池，在所述锂电池的负极串连一开关S和一LED，组成一个串联电路；所述开关S控制电源开关；所述LED指示电源是否接入；所述锂电池的串联电路两端并联电解电容C3和独石电容C4，组成一个锂电池并联电路，对所述锂电池的输出电压进行滤波稳压；经滤波稳压后的电压通过所述锂电池并联电路的一端接入三端稳压芯片7805的输入端和稳压芯片1117-3.3V的输入端；所述三端稳压芯片7805的两个输出端并联电解电容C1和独石电容C2，组成一个并联电路；
所述三端稳压芯片7805的并联电路的一端与电阻R1的一端相连并接地；电阻R1的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连，起到限流的作用；所述三端稳压芯片7805的并联电路的另一端作为5V电压输出端D1，所述电压输出端D1接一反向放大电路；所述反相放大电路包括运放A1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电压输出端D3，其中电阻R4的一端接入运放A1的同相输入端，电阻R4的另一端接地；电阻R3的一端接电压输出端D1，电阻R3的另一端和电阻R2的一端相连并接入运放A1的反相输入端；电阻R2的另一端与运放A1的输出端连接；运放A1的输出端作为电压输出端D3，输出-5V电压；所述稳压芯片1117-3.3V的输出端与电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的一端相连并作为电压输出端D2，输出
3.3V电压；电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连。

[0010] 在本发明一实施例中，所述的LCD显示模块的数据线端口、控制线端口和所述单片机控制模块的I/O口连接，所述LCD显示器显示使用者的体征数据。

[0011] 在本发明一实施例中，所述终端协调器和所述主协调器都采用支持ZigBee协议的无线射频芯片CC2530。

[0012] 在本发明一实施例中，所述终端协调器与所述单片机控制模块的异步串行通信接口相连，通过TTL电平与所述单片机控制模块进行通信，即所述终端协调器的异步串行通信的发送端口RX与接收端口TX，分别与所述单片机控制模块的异步串行通信接收端口和发送端口连接，所述终端协调器的电压输入端D19输入3.3V电压作为芯片CC2530工作电压。

[0013] 在本发明一实施例中，所述的主协调器的异步通信发送端口RX和接收端口TX与接口转换器PL2303连接，通过所述接口转换器PL2303转化为USB接口；所述接口转换器PL2303的端口UD+和端口UD-连接于所述电脑的USB接口，实现所述主协调器与所述电脑的异步串行通信。

[0014] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：1.本发明较传统监测设备体积小、便于携带；本发明将所述传感器采集模块、所述电源模块、所述终端协调器和所述LCD显示模块都集中地设置在所述终端检测设备上，而且每个模块在保证各自功能的基础上实现了使用空间上的精简，减少了传统检测设备的分散性所带来的使用的不便；
2. 本发明较传统监测设备检测精度高、实时性强；本发明中所述传感器采集模块中的体温传感模块、脉搏传感模块、呼吸传感模块和血压传感模块都将所测体征数据上传到所述单片机控制模块进行通过相应的算法处理，转化为可进行直观读取的相关体征数据，并通过所述LCD显示模块进行显示；在数据采集、传输和处理过程中均是自动完成，减少了人为参与因素，在检测精度和准确性上得到提高，实现了实时测量并显示；所述单片机控制模块通过所述终端协调器将相关体征数据直接传输到无线接收设备并通过所述电脑显示，无需人为的记录并提交，减少了时延，进一步增强了检测时实时性；
3.本发明较传统监测设备操作简单方便，并且简化了测量和记录过程；使用时只需将相应的传感器夹戴在身上即可监测生命体征值，可以在所述的终端检测设备进行实时的观测，不影响使用者日常生活和行动，同时还将检测数据经无线通信设备传输至电脑，简化了从体征数据的记录、反馈和电脑保存的过程，同时达到实施监测目的。同时，该系统承担了医护人员的测量工作，让他们可以去完成其他医疗任务，合理地分配了医疗资源，有效地降低医疗成本；
4.本发明中测量数据的传输和接收是通过基于ZigBee协议的无线射频芯片完成的，相对于传统监测方案，该无线通信技术有以下优势：第一，实时性强；ZigBee响应速度相当快，ZigBee设备节点接入整个无线网络只需30毫秒，节点监测到的数据只要很短的延时就可以上传至上位机。有效地避免了人为因素对传统监测数据传递的影响，进一步提高了效率及数据的准确性与实时性；第二，ZigBee网络建设低成本；相较ICU中价值几千万的设备，目前市面上ZigBee的无线射频模块只需几十元。第三，ZigBee模块功耗低；ZigBee模块在超低耗待机模式下，两节五号电池的电量可以使用至少半年，节省了能源，降低了设备损坏率；
5.本发明采用小电压直流源供电，各个模块的工作电压也均采用小电压供能，全面降低了整机的耗能；此外，本发明采用的各个模块均采用了低成本、高性能的器件，更容易大规模的推广。
附图说明

[0015] 图1是本发明的硬件原理框图。

[0016] 图2是本发明一实施例的功能结构示意图。

[0017] 图3是本发明温度传感器模块电路示意图。

[0018] 图4是本发明脉搏传感器模块电路示意图。

[0019] 图5是本发明呼吸传感器模块电路示意图。

[0020] 图6是本发明血压传感器模块电路示意图。

[0021] 图7是本发明电源模块电路图。

[0022] 图8是本发明终端协调器电路示意图。

[0023] 图9是本发明主协调器电路示意图。

[0024] 图10是本发明LCD 显示模块电路示意图。

[0025] 图11是本发明温度传感器和呼吸传感器的穿戴示意图。

[0026] 图12是本发明脉搏传感器和血压传感器的穿戴示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

[0028] 具体的，为了让一般技术人员更好的理解本发明，下面对上述的各模块做进一步的说明。本发明采用技术方案是一种便携式无线生命体征监测仪，由图1和图2所示，其特征在于，包括：终端检测设备和无线接收设备；所述终端检测设备包括单片机控制模块，以及与所述单片机控制模块相连的传感器采集模块、用于发送所述单片机控制模块中体征检测数据的终端协调器和用于实时显示检测数据的LCD显示模块；所述传感器采集模块包括能夹于使用者腋下的体温传感器模块、能夹在使用者指尖的脉搏传感器模块、通过血压袖带固定在使用者手臂的血压传感器模块和通过配套的腰带固定在使用者腹部的呼吸传感器模块；所述终端检测模块包括一个电源模块，分别与所述传感器采集模块、所述单片机控制模块、所述终端协调器相连并提供对应的工作电压；所述无线接收设备包括主协调器，所述主协调器和所述终端协调器通过无线通信，所述主协调器与电脑相连，用于在线监测使用者的体征情况，同时所述电脑给所述主协调器提供电源。

[0029] 在本实施例中的终端检测设备的所述单片机控制模块使用的是单片机MSP430F149。单片机MSP430F149的CPU具有16 位超低功耗微控制器、60kB 闪存、2KB RAM。该单片机为16位的精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式，简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算，还有高效的查表处理方法及较高的处理速度，处理功能强大，充分满足本发明中各个模块数据的处理。该单片机集成了较丰富的片内外设：模拟比较器A、定时器A、定时器B、串行通信接口USART0和USART1、硬件乘法器、12位ADC、端口1~6、看门狗、带可电擦写的FLASH存储器、程序下载调试接口JTAG及一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，XT1外接低速的32.768k晶振，XT2外接高速的8M晶振。在低功耗下，使用32.768k提供计时脉冲；当外设需要高速时钟频率时，则可以开启8M晶振，这样配置实用方便，能有效地节约电源；而且在低功耗工作模式下，对人体和环境的辐射小，电磁干扰小，系统工作稳定、可靠性能好。

[0030] 在本实施例中的电源模块采用大容量、可充电9V锂电池，如图7所示，在所述锂电池的负极串连一开关S和一LED，组成一个串联电路；所述开关S控制电源开关；所述LED指示电源是否接入；所述锂电池的串联电路两端并联电解电容C3和独石电容C4，组成一个锂电池并联电路，对所述锂电池的输出电压进行滤波稳压；经滤波稳压后的电压通过所述锂电池并联电路的一端接入三端稳压芯片7805的输入端和稳压芯片1117-3.3V的输入端；所述三端稳压芯片7805的两个输出端并联电解电容C1和独石电容C2，组成一个并联电路；
所述三端稳压芯片7805的并联电路的一端与电阻R1的一端相连并接地；电阻R1的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连，起到限流的作用；所述三端稳压芯片7805的并联电路的另一端作为5V电压输出端D1，所述电压输出端D1接一反向放大电路；所述反相放大电路包括运放A1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电压输出端D3，其中电阻R4的一端接入运放A1的同相输入端，电阻R4的另一端接地；电阻R3的一端接电压输出端D1，电阻R3的另一端和电阻R2的一端相连并接入运放A1的反相输入端；电阻R2的另一端与运放A1的输出端连接；运放A1的输出端作为电压输出端D3，输出-5V电压；所述稳压芯片1117-3.3V的输出端与电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的一端相连并作为电压输出端D2，输出
3.3V电压；电解电容C5、独石电容C6组成的并联电路的另一端与所述锂电池并联电路的另一端相连。该电源模块整机体积小、价格便宜，同时能充分满足终端检测设备中各个模块的供电需求。

[0031] 本实施例中的用来显示使用者体征数据的LCD显示模块使用的是液晶显示器LCD LM041L，如图10所示，该款液晶显示器由16×4个点阵字符位组成，每个字符位可以显示一个字符（即可以显示16×4个字符），而且各字符位之间有一个点的间隔。显示器LCD LM041L的数据线端口D0-D7和单片机MSP430F149的一组8个I/O口连接，显示器LCD LM041L的控制线端口RS、RW、E与单片机MSP430F149的3个I/O口连接。

[0032] 在本实施例中，所述终端检测设备的终端协调器和所述无线接收设备的主协调器均采用无线射频芯片CC2530，如图8所示。无线射频芯片CC2530是一款德州仪器公司生产的支持ZigBee协议的无线射频芯片之一，其体积小，功耗低，成本低，支持的标准新，灵敏度高。CC2530片内自带增强型8051CPU、RF收发器、21个I/O口、看门狗电路、一个16位定时器、一个8位定时器、有捕捉功能的32kHz睡眠定时器、8路12位AD转换器、AES安全协议处理器、2组支持多种串行通信协议的串口和电池监视器等。此外，无线射频芯片CC2530内部有2个RC振荡器（32k和16M）和2个外部时钟（32768和32M），32kHz或32768Hz主要作为休眠模式和看门狗定时器的时钟，系统时钟可以使用16MHz或32MHz振荡器，但是RF工作时必须用32MHz振荡器。由图8所示可知，终端协调器与单片机MSP430F149的异步串行通信接口相连，由于无线射频芯片CC2530与单片机MSP430F149的工作电压都为3.3V，可直接用TTL电平进行通信，即终端协调器的异步串行通信的发送端口RX与接收端口TX，分别单片机MSP430F149的异步串行通信接收端口、发送端口连接，电压输入端D19输入3.3V电压作为无线射频芯片CC2530工作电压。如图9所示，所述无线接收设备的主协调器的异步通信发送端口RX和接收端口TX与接口转换器PL2303连接；通过所述接口转换器PL2303转化为USB接口；所述接口转换器PL2303的端口UD+和端口UD-连接于所述电脑的USB接口，实现所述主协调器与所述电脑的异步串行通信。

[0033] 本实施例中的体温传感器模块采用铂热电阻PT100，铂热电阻PT100是正温度系数热敏元件。当温度为0摄氏度时，铂热电阻PT100电阻值为100Ω；温度超过0度时，每上升一度，铂热电阻PT100电阻值阻值约增加0.39Ω。如图3所示，所述的体温传感器模块包括热敏电阻电路、恒流源电路和差动放大电路；所述热敏电阻电路采用四线制连接方式，将热敏电阻的电源线接入所述恒流源电路，所述热敏电阻的信号线接于所述差动放大电路；所述恒流源电路包括电阻R5、电阻R6、三极管Q1、稳压器TL431以及电源输入端D4；其中电源输入端D4输入5V电压；电阻R5一端与电源输入端D4相连并接入三极管Q1的集电极相连，电阻R5另一端与稳压管TL431的阴极相连并接入三极管Q1的基极；稳压管TL431的参考极和电阻R6一端相连并接入三极管Q1的发射极，TL431的阳极和电阻R6的另一端相连并接入所述热敏电阻电源线的输入端；所述差动放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、运放A2和运放A2的输出端D5；其中电阻R7一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R7另一端与电阻R9的一端相连并接入运放A2的同相输入端；电阻R9的另一端接地；电阻R8的一端与所述热敏电阻的信号线相连，电阻R8另一端和电阻R10的一端相连并接入运放A2的反相输入端；电阻R10的另一端与运放A2的输出端D5相连；运放A2的输出端D5与单片机MSP430F149的12位AD转换器相连。在使用者使用该模块进行体温监测时，图
11所示，将铂热电阻PT100探头夹于使用者腋下，单片机MSP430F149的12位AD转换器通过对所采集的温度信号进行采样，采样后的数据经CPU运算后计算出对应的温度值，并在终端检测设备的显示器LCD LM041L上显示温度值，同时将该温度值经终端协调器发送至主协调器，主协调器上传至电脑，在电脑界面显示并记录使用者的温度值。

[0034] 本实施例中的脉搏传感器模块采用合肥华科电子技术研的红外脉搏传感器HKG-07A。该传感器模块的脉搏信号采集基于手指微血容积会随心脏律动而变化，血液对光的吸收也随之变化的原理，利用光电容积描记法（PPG）以实现无创检测脉搏信号；如图4所示，所述的脉搏传感器模块包括光耦电路、滤波放大电路、检波电路以及信号调理电路；所述光耦电路将指尖微血容积变化产生的光信号转化为电信号，即PPG信号；PPG信号经所述滤波放大电路，所述检波电路以及所述信号调理电路处理输出矩形脉冲信号，所述单片机控制模块通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟脉搏数；所述光耦电路包括光耦PC和电阻R11、电阻R12，电源输入端口Ｄ6和电源输入端口D7，其中5V电压从电源输入端口D6、电源输入端口D7输入；光耦PC的发光二极管与电阻R11一端相连，光耦PC的发光二极管的另一端与电源输入端口D7相连；电阻R11的另一端接地；光耦PC的三极管Q2与电阻R12一端相连并作为所述光耦电路的输出端，输出PPG信号；电阻R12的另一端接地；所述滤波放大电路包括电容C7、运放A3与电阻R13、电阻R14、电阻R15，其中电容C7一端连接所述光耦电路的输出端，接收传来的PPG信号，电容C7的另一端与电阻R13的一端相联接并接入运放A3的同相输入端；电阻R13另一端接地；电阻R14一端接地，电阻R14另一端与电阻R15的一端相连并接入运放A3的反相输入端；电阻R15的另一端与运放A3的输出端连接；所述检波电路包括二极管DI、电阻R16、电阻R17、电容C8和电容C9组成，二极管DI的阳极与所述滤波放大电路运放A3的输出端相连，二极管DI的阴极与电阻R16、电容C9并联端的一端相连并接入电阻R17的一端；电阻R16、电容C9并联端的另一端与电容C8的一端相连并接地；电容C8的另一端与电阻R17的另一端相连接并作为所述检波电路的输出端；所述信号调理电路包括运放A4、六反相器74LS14、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C10、电容C11和信号输出端D8，运放A4的正向输入端连接所述检波电路的输出端；电阻R19与电容C10并联的一端与与运放A4的输出端相连，电阻R19与电容C10并联的另一端与电阻R18的一端相连并接入运放A4的反向输入端；电阻R18的另一端接地；电阻R20的一端与运放A4的输出端连接，电阻R20另一端与电阻R21的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；电阻R21的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；电容C11一端接地，电容C11的另一端与六反相器74LS14的输出端相连；六反相器74LS14的输出端作为信号输出端D8与所述单片机控制模块的的捕捉端口相连。在使用者使用该模块进行脉搏监测时，图12所示，将红外脉搏传感器HKG-07A夹在指尖，单片机MSP430F149的捕捉通道通过对所述矩形脉冲信号进行采样获得每分钟脉搏数，并将该脉搏频率在显示器LCD LM041L上显示，同时将该脉搏频率经终端协调器发送至主协调器，主协调器上传至电脑，在电脑界面显示并记录使用者的脉搏频率。

[0035] 本实施例中的呼吸传感器模块采用合肥华科电子技术研所研发的呼吸传感器HKH-11B。如图5所示，所述的呼吸传感器模块包括压电材料、滤波放大电路和信号调理电路；所述压电材料通过采集于人体呼吸产生的腹部压力起伏信号，将压力信号转换为电信号，电信号经所述滤波放大电路、所述调理电路整形为矩形脉冲，所述单片机控制模块的捕捉通道通过对所述矩形脉冲信号的采样获得每分钟呼吸次数；所述滤波放大电路包括运放A5、电阻R22、电阻R23、电容C12、可变电阻器POT1和电压输入端D9，电压输入端D9输入3.3V电压；电容C12的一端与所述压电材料的信号输入端连接，电容C12的另一端与电阻R22的一端相连并接入运放A5的同相输入端；电阻R22的另一端与可变电阻器POT1的一个固定端相连并接入基线电压；可变电阻器POT1的动触点接入运放A5的反相输入端，可变电阻器POT1的另一个固定端与电阻R23的一端相连并接入运放A5的反相输入端连接；电阻R23的另一端连接运放A5的输出端；所述信号调理电路包括六反相器74LS14、电阻R24、电阻R25、电容C13和信号输出端D10，电阻R24的一端与所述滤波放大电路的运放A5的输出端连接，电阻R24的另一端与与电阻R25的一端相连并接入六反相器74LS14的输入端；
电阻R25另一端与六反相器74LS14的输出端相连；电容C13的一端接地，电容C13的另一端接于六反相器74LS14的输出端；六反相器74LS14的输出端作为输出信号端D10与所述单片机控制模块的捕捉端口连接。在使用者使用该模块进行呼吸监测时，如图11所示，将呼吸传感器HKH-11B用配套的腰带固定在使用者腹部，单片机MSP430F149的捕捉通道通过对所述矩形脉冲信号进行采样获得每分钟呼吸次数，并将该呼吸频率在显示器LCD LM041L上显示，同时将该呼吸频率经终端协调器发送至主协调器，主协调器上传至电脑，在电脑界面显示并记录使用者的呼吸频率。

[0036] 本实施例中的血压传感器模块采用合肥华科电子技术研所研发的血压传感器HKB-08B。如图6所示，所述的血压传感器模块包括血压传感电路、滤波放大电路、血压脉冲触发电路、控制芯片电路；所述的血压传感器模块采用振波法，从手臂肱骨动脉处检测到脉搏波和袖带压力波，通过波形检测分析得到收缩压、舒张压等参数；所述血压传感电路包括BP01型压力传感器、运放MAX4472和电压输入端D11，电压输入端D11输入5V电压，BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计，它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点，采用内部标定和温度补偿方式；运放MAX4472的内部运放A接恒流源，为BP01型压力传感器提供恒定的电流；运放MAX4472的内部运放B、内部运放C和内部运放D组成差分输入、单端输出放大电路，从运放MAX4472 的OUTD端口输出血压初始测量信号，并将所述血压初始测量信号直接输入所述控制芯片电路的ADC0监测血压的直流分量，获取收缩压和舒张压；所述滤波放大电路包括集成滤波器MAX267、放大器MAX4471和电压输入端D12、D13、D14、D16、D17、D18，电压输入端D12、D13、D16、D17、D18输入5V电压，电压输入端D14输入-5V电压，滤波器MAX267构成带通滤波器，允许0.8～38Hz的信号通过，滤掉所述血压初始测量信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰；所述血压初始测量信号通过所述滤波放大电路后经过放大器MAX4471进行进一步放大，得到所述控制芯片电路的匹配电压信号，输入所述控制芯片电路的ADC2，监测血压的交流分量，分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；所述血压脉冲触发电路包括比较器MAX9028，所述匹配电压信号通过比较器MAX9028转换成矩形脉冲信号，触发所述控制芯片电路的ADC1工作；所述控制芯片电路提供PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；所述控制芯片电路与所述单片机控制模块的异步串行通信接口相连，通过异步串行通信将所述控制芯片电路中的所采集的血压数据上传至所述单片机控制模块。在使用者使用该模块进行血压监测时，如图12所示，将安装有血压传感器HKB-08B的血压袖带平整地缠绕于上臂中部（不能缠在肘关节部），袖带的下缘距肘窝约1-2cm，袖带卷扎的松紧以能够刚好插入一指为宜。开始血压测量时，单片机MSP430F149发送检测血压指令，血压传感器HKB-08B开始工作并处理所采集的血压信号，将处理后的血压数据发送至单片机MSP430F149。经单片机MSP430F149处理后在显示器LCD LM041L上显示血压值，同时将该血压值终端协调器发送至主协调器，主协调器上传至电脑，在电脑界面显示并记录使用者的血压值。

[0037] 以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

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一种便携式无线生命体征监测仪

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