一种新型穿戴式医用智能腕带的制作方法

本发明涉及医用腕带监测技术领域，特别是涉及一种新型穿戴式医用智能腕带。

背景技术：

心率作为一项重要的生命体征，是评估患者状态、最直接、有效的指标之一。心率的变化直接反映了心脏的功能状态和交感神经张力。传统的心率检测主要包含两种方法：采用医用的心电测量仪和家用的脉搏血氧仪。心电测量仪是将导电凝胶粘连在裸露的体表上检测心率，这种方法能够得到较准确的心率值，但会给有开放性伤口或者皮肤过敏的病人带来不适，并且导电凝胶的放置和测量操作均需要专业化的水平，所以难以实现远程医疗和日常的心率检测；脉搏血氧仪通过固定在某些体表末梢(指尖、耳垂)的光电传感器来检测心率。此类设备要求被测部位与测量设备紧密贴合，不能有相对运动，对于大面积烧伤或者肢体抽搐型病人同样是不适用的。且传统的检测仅能定时的对病人进行检测，需要医护人员与病患的双向配合，这样加大了医护人员的工作量，且传统检测装置仅能检测一项指标，若需要检测两项以上等多项指标，则需要使用体积较大的心电监护仪，而每次使用心电监护仪的时候也需要医护人员为病人连接多根导联线，在检测期间，不便于病人离开检测处。所以，由于传统方法的局限性,研究一种适用于远程医疗、非直接接触式的检测装置就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种新型穿戴式医用智能腕带便于对患者身体指标进行检测的同时能够提高检测的准确度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种新型穿戴式医用智能腕带，包括壳体和设置在壳体内部的控制电路，所述控制电路包括检测电路、处理电路、微控制器、发射模块、定位模块、血氧体温模块和电源模块，电源模块用于为为控制电路中各电路模块供电，定位模块与血氧体温模块的输入端与微控制器连接，二者输出端与发射模块连接，壳体上还设有显示屏；检测电路用于检测心率，其可在不同明暗的环境下切换传感器发出的光检测信号，检测电路的输出端与处理电路的输入端连接，所述处理电路的输出端与微控制器输入端连接，微控制器输出端与显示屏和发射模块连接。

进一步地，所述检测电路包括处理器u1、电阻r1~r3、电阻r11~r15、三极管q1~q2和二极管d1~d2，电阻r1~r2的一端分别与处理器u1的引脚1和引脚3连接，电阻r1~r2的另一端和处理器u1的引脚4连接电阻r11的一端，处理器u1的引脚2、引脚5和电阻r3的另一端接地，处理器u1的引脚6连接至电阻r3的一端，电阻r3的一端还作为该电路的输出端输出信号至处理电路，电阻r11的另一端连接至三极管q1的集电极，三极管q1的基级连接至电阻r12的一端，三极管q1的发射极接地，电阻r12的另一端连接至三极管q2的基级和二极管d1的另一端，所述二极管d1的一端与电阻r13的另一端连接，电阻r13的一端与外部电压连接，三极管q2的发射极连接外部电压，三极管g2的集电极连接电阻r14的一端，电阻r14的另一端连接至二极管d2和电阻r15的一端，二极管d2和电阻r15的一端连接外部电压。

进一步地，所述处理电路包括电阻r4~r10、电容c1~c3和处理器u2~u4,电容c1的一端作为该电路的输入端与各传感器连接，电容c1的另一端连接至电阻r4的一端电阻r4的另一端连接至电容c2、电阻r7的一端后与处理器u1的引脚2连接，电容c2、电阻r7的另一端连接至处理器u2的引脚5，处理器u2的引脚1连接至电阻r5~r6的一端，电阻r5的另一端和处理器u2的引脚4连接外部电压，电阻r6的另一端和处理器u2的引脚3接地，处理器u2的引脚5连接至电阻r8的一端和处理器u3的引脚1，处理器u3的引脚2连接至处理器u3的引脚5，处理器u3的引脚4接地，电阻r8的另一端连接至电阻r10的一端和处理器u4的引脚1，处理器u3的引脚5连接至电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接至电容c3的一端和处理器u4的引脚2，处理器u4的引脚3连接外部电压，处理器u4的引脚4接地，所述电阻r10的另一端连接至处理器u4的引脚5，且处理器u4的引脚5还作为该电路的输出端输出信号至微控制器中。

由于采用了上述方案，本发明的有益效果在于：本发明提出一种新型穿戴式医用智能腕带，其好处是：

（1）本发明包括定位模块、血氧检测模块以及心率检测电路，在检测患者指标时，无需医护人员对患者进行人工监护，且通过小型的戴于患者手腕上的腕带即可进行患者的血氧、心率等指标检测，提高了患者检测的便利性。

（2）本发明通过光信号与腕带的形式来检测患者腕处脉搏，腕带可稳定戴在患者腕部处，从而得知其心率，避免传统血氧仪夹持在指尖或耳垂处易掉，导致无法进行心率检测的弊端，且通过光信号的形式，可以避免检测器直接与患者接触，避免给开放性伤口或者皮肤过敏的病人带来不适。

（3）本发明通过检测电路可切换两种不同光信号的方式，提高了检测效率的同时保证了佩戴者的舒适度，避免刺眼的光在黑暗环境下对患者带来影响，且检测电路结构简单，其制作成本低，避免因为检测装置成本太高，提升患者的治疗费用。

（4）因为心率脉搏信号近似成周期性，但不是确定的周期性信号，信号频率较低，容易引入干扰，本发明通过处理电路将其转换为可供微控制器识别的脉冲信号，使得输出波形整形成ttl电平输出，从而保证了微控制器能够接受到稳定的心率信号，提高了最后检测值的准确率。

（5）本发明的微控制器的在检测信号时，若其脉宽小于50ms，则重新检测，避免患者自身运动带来的干扰，提高了检测的准确率。

附图说明

图1是本发明所述检测装置的结构框图。

图2是本发明所述检测电路的电路图。

图3是本发明所述处理电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

如图1所示，一种新型穿戴式医用智能腕带，包括壳体和设置在壳体内部的控制电路，所述控制电路包括检测电路、处理电路、微控制器、发射模块和电源模块，壳体上设有显示屏，从而可将微控制器输出的信号传递至显示屏上，便于医护人员和佩戴者查看，微控制器的型号为stc15l2k60s2。因为目前医院住院部患者佩戴的用于显示信息的腕带为一次性纸质腕带，需要医护人员通过打印机打印患者基本信息后再佩戴于患者腕部，便利性差。通过本发明的腕带，则无需使用打印机等外部设备，通过外部程序对微控制器的写入，即可在腕带上显示患者的基本住院信息，如：姓名、年龄、住院号、主管医生等信息。

所述电源模块的型号为fh15-150d12s5，其用于为控制电路中各电路模块供电。发射模块可将佩戴病患的心率检测结果发送至护士站的上位机中，便于医护人员集中查看病患的情况，其型号为zf1-bp2。本实施例中，为了便于患者携带检测装置以及提高检测的准确率，作为硬件电路承载体的壳体为腕带状，腕带可以稳定戴在患者腕部处，避免传统血氧仪夹持在指尖或耳垂处易掉，导致无法进行心率检测的弊端。且和普通腕带佩戴方式不同，本发明腕带的连接处采用塑料扎带连接方式，可避免患者自行取下腕带，影响检测情况。且腕带显示屏与现有智能腕带一样，采用防水设计，患者在洗澡、洗手时可不必将检测装置取下，以实现患者的全天检测。

进一步地，所述控制电路还包括定位模块和警铃，定位模块输入端与微控制器连接，定位模块的输出端与警铃连接，其输出端还与发射模块连接，以使得护士站中上位机能够查看患者所佩戴腕带的位置，定位模块的型号采用cj1w-scu21-v1，医护人员首先对定位模块预先设置患者活动范围，以划定佩戴者的活动范围，当佩戴者超出设定范围后（特别是对于老年痴呆患者以及有自杀倾向的患者），其连接的警铃即会发出警报、以提醒佩戴者以及医护人员，避免患者走离其活动范围。且医护人员在需要对患者进行治疗时，能够通过上位机查看到患者的位置，便于及时找到患者。

进一步地，所述控制电路还包括血氧体温模块，血氧体温模块输入端与微控制器连接，其输出端与显示屏和发射模块连接，其型号为ys2000a，通过血氧体温模块，能够有效的检测患者的血氧饱和度以及其体温，并且通过显示屏显示的同时能将数据传递至护士站的上位机中，便于医护人员对患者指标进行实时监测。如此，病人通过佩戴的腕带即可进行身体日常指标的检查，避免患者在不需要全身检查的时候，仍需要使用复杂的心电监护仪带来的弊端，提高了检测装置的实用性和便利性。

进一步地，为了提高对心率检测的准确度，本发明还设计了新的检测电路，如图2所示，所述检测电路还包括处理器u1、电阻r1~r3、电阻r11~r15、三极管q1~q2和二极管d1~d2，其中二极管d2为红外二极管，电阻r13为光敏电阻，所述处理器u1为检测传感器，检测传感器采用son1303反射式光电传感器，其内部有两对led发光管和接收管，由发光管提供绿色光源，可照射人体腕部皮肤，接收管接收人体皮肤反射回来的光。脉搏跳动过程中，当人体组织充血的透明度减小，接收管接收到的光强度减弱，人体组织缺血时的透明度减大，接收管接收到的光强度增强，从而可以通过光强度转换的电信号来获得心率。

所述电阻r1~r2的一端分别与处理器u1的引脚1和引脚3连接，电阻r1~r2的另一端和处理器u1的引脚4连接电阻r11的一端，处理器u1的引脚2、引脚5和电阻r3的另一端接地，处理器u1的引脚6连接至电阻r3的一端，电阻r3的一端还作为该电路的输出端输出信号至处理电路，电阻r11的另一端连接至三极管q1的集电极，三极管q1的基级连接至电阻r12的一端，三极管q1的发射极接地，电阻r12的另一端连接至三极管q2的基级和二极管d1的另一端，所述二极管d1的一端与电阻r13的另一端连接，电阻r13的一端与外部电压连接，三极管q2的发射极连接外部电压，三极管g2的集电极连接电阻r14的一端，电阻r14的另一端连接至二极管d2和电阻r15的一端，二极管d2和电阻r15的一端连接外部电压。

因为需要对病患实施全天的心率检测，那么在夜晚的时候，处理器u1发出的绿光会显得刺眼，影响患者的休息，所以本发明的检测电路可以在不同环境下切换传感器发出的光，即病患处于黑暗环境下的时候，检测电路中的光敏电阻检测到外界变暗，其阻值下降，那么通过二极管d1传递至三极管q1~q2基级的电压下降，那么此时三极管q1截止，三极管q2导通，与三极管q1集电极连接的处理器u1失电，其不再发出绿光，而此时与三极管q2连接的发光二极管d2得电，其开始放光，而红外光为不可见光，从而可以避免光线对病患休息带来的影响，且人体在睡眠状态时，整个身体是保持安静状态的，可以提高红外光测量的准确性，避免在运动状态下对红外反射带来的影响。当病患处于有光线的环境时，光敏电阻检测到外界变亮，其阻值上升，那么通过二极管d1传递至三极管q1~q2基级的电压上升降，那么此时三极管q1导通，三极管q2截止，与三极管q1集电极连接的处理器u1得电，其开始发出绿光以检测患者腕处脉搏，并且反射回来的光线通过处理器u1进行光电转换后传递至处理电路进行信号处理，而此时与三极管q2连接的发光二极管d2失电，其停止发光。

进一步的，因为红外光是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏，所以为了保证二极管d2反射光的光电转换，在处理电路的输入端还连接有光电传感器，以在二极管d2发出的光线落在手腕上毛细血管等区域后，能够反弹回光电传感器，以保证信号的准确传递。

本发明采用的切换不同光信号的方式，提高了检测效率的同时保证了佩戴者的舒适度。且腕带与光电传感器的结合，使得将该装置佩戴在患者的腕部即可，其通过发出光线来检测患者的心率，就算患者手腕部分带有伤疤，光线也可穿过皮肤，以进行光线的吸收与反射，那么只要佩戴在患者手腕上，即可感应到患者的脉搏跳动，从而检测其心率。

如图3所示，所述处理电路用于对传感器传来的信号进行处理，其包括电阻r4~r10、电容c1~c3和处理器u2~u4,电容c1的一端作为该电路的输入端与各传感器连接，电容c1的另一端连接至电阻r4的一端电阻r4的另一端连接至电容c2、电阻r7的一端后与处理器u1的引脚2连接，电容c2、电阻r7的另一端连接至处理器u2的引脚5，处理器u2的引脚1连接至电阻r5~r6的一端，电阻r5的另一端和处理器u2的引脚4连接外部电压，电阻r6的另一端和处理器u2的引脚3接地，处理器u2的引脚5连接至电阻r8的一端和处理器u3的引脚1，处理器u3的引脚2连接至处理器u3的引脚5，处理器u3的引脚4接地，电阻r8的另一端连接至电阻r10的一端和处理器u4的引脚1，处理器u3的引脚5连接至电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接至电容c3的一端和处理器u4的引脚2，处理器u4的引脚3连接外部电压，处理器u4的引脚4接地，所述电阻r10的另一端连接至处理器u4的引脚5，且处理器u4的引脚5还作为该电路的输出端输出信号至微控制器中。

上述处理器u1接收的反光信号后经内部电路放大后，由处理器u4输出信号至微控制器中。其中电阻r1~r2起到限流保护作用，以保证整个处理器u1的正常工作。电阻r3用于处理器u1引脚6的下位钳位，使得处理器u1可输出与脉搏频率一致的电压信号。

通常情况下，心率脉搏信号近似成周期性，但不是确定的周期性信号，信号频率较低，容易引入干扰。所以心率传感器输出是毫伏级信号，需要通过处理电路转换为可供微控制器识别的脉冲信号。本发明的处理电路采用3个son221运算放大器构成整形放大电路。使得从处理器u1输出的信号先由前级运放处理器u2放大，再经中级运放处理器u2构成的电压跟随器送到电阻r9和电容c3组成的低通滤波器中，以滤除高频杂波，过滤后的信号作为后级运放处理器u4的反向输入电压，且处理器u2的输出电压经电阻r8接入处理器u3的同相输入端，构成比较器电路，使输出波形整形成ttl电平输出，从而保证了微控制器能够接受到稳定的心率信号。

进一步地，经过处理电路之后的心率信号为近似方波的矩形波，故将其按数字信号处理，检测该信号的周期，便可计算出心率值。考虑到患者自身运动带来的干扰，本发明在微控制器的算法中加入滤除干扰脉冲的处理。即输出的心率信号接入微控制器的一个i/o口，那么微控制器内部开始检测该i/o口的电平，若有上升沿时，第一个上升沿便开始计时，若脉宽小于50ms，则认为存在干扰，重新检测；待为有效信号时，等待第二个上升沿到来时停止计时，这个时长便是心率周期。连续检测8个心率周期数据后，去掉整个检测数据中的最大、最小值，再求剩下6个周期的平均数，最终的值便是心率值，如此通过检测装置提高心率检测的准确性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。