专利名称：一种腕带式睡眠监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式、低功耗的睡眠监控装置，具体涉及一种腕带式睡眠监控
直O
背景技术：
睡眠质量对人类的健康至关重要，人的生命有三分之一时间是在睡眠中度过，许多疾病的形成和发展都与睡眠障碍有关，如何有效监测人们的睡眠状况，改善睡眠质量，并为睡眠障碍相关疾病的早期诊断提供依据，越来越引起人们的重视，目前，多数的失眠者依赖于安眠药物治疗，其有一定的副作用，会影响脑神经的健康，现在市场上也出现一些用于治疗睡眠的仪器，多为理疗床或枕头，但存在一定局限性，不能较好地提高睡眠质量。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种腕带式睡眠监控装置，由指套式脉搏传感器采集信号，以高速ARM7为核心，有效地监控人们的睡眠状态，如出现非正常情况，则根据睡眠者起初设置的刺激方式来改变睡眠方式，进而提高睡眠质量。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置；所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集；所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求；所述的微控制器控制模块将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，实时监测睡眠者的情况；所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路， 供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器。信息采集模块包括有温度传感器，能够采集睡眠者的体温信号，将此信号作为微处理器控制动作的参考值。所述的微控制模块包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制连接的蜂鸣器，偏轴电机、无线蓝牙耳机和按键部分。所述的信息调理模块包括放大电路、由低通滤波电路、高通滤波电路和工频滤波电路组成的滤波电路，同时还包括降低工频干扰的陷波器。所述的微控制模块包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，三路按键直接与微控制器LPC2103连接，用来设置相关参数，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与微控制器LPC2103的PO. 5管脚连接，当PO. 5 管脚为低电平信号时，三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分由三极管来驱动直流电机，当Po. 15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；采用无线通讯电路，即采用蓝牙技术，选用芯片BlUecore02，其通讯引脚对应连接微控制器LPC2103的收发信号设置端，包括UARTl的发送器输出和接收器输入，和UARTl的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出，保证信号的无线传输；由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号，DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O 口用作数据通信， 3脚接5V电源。所述的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，放大电路采用运算放大器 AD620，滤波电路采用8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX^l，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。本发明的优点是基于微控制器的一体化设计，质量轻且体积小，便于携带；采用指套式脉搏传感器，使用方便，不干扰睡眠者正常睡眠，也避免腕带式脉搏传感器把脉不准的情况；作为整套装置，睡眠者可自行选择干扰睡眠的方式，操作简单且使用方便；将体温信号作为参考值，防止误操作，即睡眠者没有使用装置的情况。工作方式可通过预先设置，设置为其中一种或几种，工作方式有蓝牙耳机声音刺激、震动刺激和蜂鸣器刺激，若事先选择为蓝牙耳机声音刺激方式，出现非正常情况时，装置将开启蓝牙功能，睡眠者通过佩戴的蓝牙耳机接收到装置内自带的声音，刺激并干预大脑，改变睡眠方式；如事先选择为震动刺激及蜂鸣器刺激方式，出现非正常情况时，装置将同时开启震动刺激与蜂鸣器刺激，震动部分是一个小马达，带动偏轴电机来实现，此部分在腕带上，犹如有股力量在推睡眠者似的，使睡眠者改变睡眠方式，蜂鸣器刺激是采用有源蜂鸣器，通过微控制器发出控制指令来实现。
图1为睡眠者佩戴本发明的结构示意图。图2为本发明的结构原理图。图3为健康人脉搏波时域波形。图4为高血压患者脉搏波时域波形。图5为信息调理模块的原理框图。图6为本发明的电路原理图。图7为脉搏信号调理模块的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作简要说明。参照附图，一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置。所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集，在采集人体脉搏信号时结合温度信号，有效地监控人们的睡眠状态，进而提高睡眠质量。所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求。所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路，供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器和温度传感器，其中温度传感器选用数字式温度传感器DS18B20，它是一种单总线式温度传感器，体积小，便于设计。当开启指套式脉搏传感器采集睡眠者脉搏信号时，微处理器同时动作温度传感器，采集睡眠者的体温信号，将此信号作为参考值，微处理器通过指套式脉搏传感器采集到非正常的脉搏信号，判断需要调节睡眠状态后，控制开启蜂鸣器或偏轴电机或无线蓝牙耳机时，需要结合温度传感器所测量的体温信号，若体温信号出现人体体温低于35°C时，可断定指套式脉搏传感器已经脱离手腕，此时微处理器发出控制信号关闭蜂鸣器或偏轴电机或无线蓝牙耳机，同时需要睡眠者重新佩戴好此装置，方可继续工作。如图1所述，为睡眠者佩戴装置于手指与手腕间的结构示意图，套于手指间的为指套式传感器，使用时只需套在手指上即可，环绕于手腕间的腕带装置包括温度传感器、信息调理模块、信息采集模块、微控制器控制模块和电源装置，并通过弹性导线连接指套式脉搏传感器。如图2所述，为本发明结构原理图，由指套式传感器采集人体脉搏信号，并将此微弱信号放大、滤波，满足信号采集的要求，经微控制器LPC2103内自带的A/D转化器完成信号的模数转化，然后分析此信号，如出现非正常情况，由微处理器采取刺激手段，包括蜂鸣器、无线蓝牙耳机或震动方式去干扰睡眠者，睡眠者可以在初始化时，通过按键设置干扰的方式，在此装置中，温度传感器采用数字式温度传感器采集睡眠者的温度信号，由于自带A/ D转化，直接输出体温信号。装置在工作时，主要分析指套式传感器的信号，在需要动作时， 结合温度信号，确保干扰睡眠者。如图3所述，为健康人脉搏波时域图，由此可见，主波(P波)，重搏波(D波)明显， 没有高频收缩之弦象，为健康人之平脉，如图4所述，为高血压患者时域图，主波峰呈平宽型，重搏波与主波融合为宽大方波，降中峡抬高，重搏波平坦，确定为高血压之弦脉，且应为中期高血压，所分析的失眠者的脉搏波时域图介于上述两种情况之间，比较容易判断。如图5所述，由于指套式传感器采集的脉搏信号属低频信号，且容易受外界干扰， 此信息调理模块将来自指套式传感器信号调理到满足A/D转化的要求，并滤去多余的噪声信号，其信号调理电路主要有放大、低通滤波、高通滤波、工频滤波，同时设计有陷波器来降低工频干扰。用户在使用此装置前，先需设置、选择干扰的方式，可选择蓝牙耳机声音刺激、震动刺激、蜂鸣器刺激中的一种或几种，接下来将该装置佩戴好，一端套于手指间，另一端环绕于手腕即可，按下电源开关后，装置开始工作，实时监测人体的脉搏信号，此时，如果出现非正常情况，装置会根据用户事先设置好的方式去干扰睡眠者，进而提高睡眠质量。如图6所述，本发明的电路包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，在键盘设计中，提供三路按键，将其直接与LPC2103连接即可，用来设置相关参数，系统采用无源蜂鸣器，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与LPC2103的P0. 5管脚连接，当P0. 5管脚为低电平信号时，三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分，设计由三极管来驱动直流电机，当P0. 15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；在采用无线通讯电路中，即采用蓝牙技术，选用芯片 BlUecore02，其通讯引脚对应连接LPC2103的收发信号设置端，包括UARTl的发送器输出和接收器输入，和UARTl的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出，保证信号的无线传输。本发明中由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号，在图6中可以看到，DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O 口用作数据通信， 3脚接5V电源，系统在设计时为了提高电源供电稳定性，选择由外部电源单独供电。如图7所述，本发明的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，由于HKG-07B 脉搏传感器的输出电压幅值为0. 2 IV，而A/D转化需要的电压范围在0 3. 3V，即需要对信号放大3倍。设计中放大电路采用高精度、低功耗的运算放大器AD620，滤波电路采用 8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX^l，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。
权利要求
1.一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置；所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集；所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求；所述的微控制器控制模块将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，实时监测睡眠者的情况；所述的电源装置模块包括依次连接的电源转换电路、稳压电路和直流电压电路，供给信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块电源。
2.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的信息采集模块包括指套式脉搏传感器。
3.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，信息采集模块包括有温度传感器，能够采集睡眠者的体温信号，将此信号作为微处理器控制动作的参考值。
4.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的微控制模块包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制连接的蜂鸣器，偏轴电机、无线蓝牙耳机和按键部分。
5.根据权利要求1所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的信息调理模块包括放大电路、由低通滤波电路、高通滤波电路和工频滤波电路组成的滤波电路，同时还包括降低工频干扰的陷波器。
6.根据权利要求4所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的微控制模块包括微控制器LPC2103及其所扩充的外设电路，三路按键直接与微控制器LPC2103连接， 用来设置相关参数，蜂鸣器一端接地，一端和PNP型三极管的集电极相连，三极管的基极接一个限流电阻，与微控制器LPC2103的P0. 5管脚连接，当P0. 5管脚为低电平信号时， 三极管导通，蜂鸣器发出声响，提醒睡眠者；偏轴电机控制部分由三极管来驱动直流电机， 当P0. 15为低电平时三极管导通，即可启动电机工作；采用无线通讯电路，即采用蓝牙技术，选用芯片BluecoreO〗，其通讯引脚对应连接微控制器LPC2103的收发信号设置端，包括 UARTl的发送器输出和接收器输入，和UARTl的数据设置就绪输入和数据终端就绪输出， 保证信号的无线传输；由数字式温度传感器DS18B20来测量体温信号，直接输出温度信号， DS18B20共有3个引脚，1脚接地，2脚接LPC2103的I/O 口用作数据通信，3脚接5V电源。
7.根据权利要求5所述的一种腕带式睡眠监控装置，其特征在于，所述的脉搏信号调理模块包括放大电路和滤波电路，放大电路采用运算放大器AD620，滤波电路采用8阶巴特沃斯低通开关电容滤波器MAX^l，该芯片需要一个时钟来驱动电路工作，且时钟的频率应为3dB截止频率的100倍。
全文摘要
一种腕带式睡眠监控装置，包括信息采集模块，信息调理模块，微控制器控制模块和电源装置，所述的信息采集模块负责完成睡眠者的脉搏信号和温度信号的采集，所述的信息调理模块将采集到的脉搏信号进行放大和滤波处理，满足信号采集的要求，所述的微控制器控制模块实时监测睡眠者的情况，将经信息调理模块处理后的信号进行处理，有异常情况后根据使用者设置刺激的方式启动刺激指令，所述的电源装置模块供给上述模块电源，出现非正常情况时，装置将开启刺激方式，改变睡眠方式，具有结构简单，便于携带的特点。
文档编号A61B5/0205GK102499656SQ201110338009
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者张开生, 折娇, 李志健 申请人:陕西科技大学