一种多参数健康智能腕表的制作方法

一种多参数健康智能腕表
1.技术领域
2.本发明涉及智能设备领域，更具体地说，涉及一种多参数健康智能腕表。


背景技术：

3.在智能穿戴设备领域当中，智能手表是一种新兴的智能穿戴设备，由于智能手表结合了当前消费类电子产品的新技术，与传统手表相区别，将当今的科技技术融入手表当中，并将手表变成了一个能够作为信息处理终端的便携式穿戴设备。目前市场销售的腕表，均主打运动与健康功能；其主要健康功能为运动、睡眠、心率、血氧和心电等功能。
4.从现在市场销售腕表产品分析可知，其健康功能简单，不能满足当前移动医疗发展需求，因此需要一款低功耗且多参数的健康智能腕表。


技术实现要素：

5.1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多参数健康智能腕表，本方案腕表本体采用高度集成的各元件装配在腕表卡架中，适合手环或手表的装配使用，通过对人体生理特征规律的研究利用多元件的协调工作组成多参数生命体征测量模组，能够将元件多任务混合协作，实现更多的功能。
6.2．技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
7.一种多参数健康智能腕表，包括腕表卡架，所述腕表卡架的内部卡接有腕表本体，所述腕表本体的内部设置有主控soc模块，所述主控soc模块的侧面集成有多参数生命体征测量模组、电源组件、无线传输组件和语音交互组件。
8.进一步的，所述多参数生命体征测量模组包括心率检测模块、皮肤电阻测量模块、血压趋势模块、体温感知模块和呼吸测量模块，所述心率检测模块、皮肤电阻测量模块、血压趋势模块、体温感知模块和呼吸测量模块主要构成组件有三色led 光源、光电探测器、可编程增益放大器，emi 滤波器，抗混叠滤波器、24bit a/d 转换器，数字抽取滤波器、右腿驱动、电极脱落检测模块、热敏电阻原件。
9.进一步的，所述多参数生命体征测量模组的内部集成有三色传感电路，所述多参数生命体征测量模组的内部集成有生物模拟前端模块，所述多参数生命体征测量模组的内部集成有模数转换器。
10.进一步的，所述多参数生命体征测量模组的侧面集成有运动加速度传感器模块，所述运动加速度传感器模块为三轴加速度传感器。
11.进一步的，所述电源组件包括电源模块、蓄电池和充电模块，所述蓄电池为锂电池。
12.进一步的，所述主控soc模块的侧面集成有显示模块，所述显示模块的屏幕为oled 屏，所述主控soc模块的侧面集成有存储模块。
13.进一步的，所述无线传输组件包括无线传输模块，所述无线传输模块的无线传输方式为wi
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fi、蓝牙和互联网，所述无线传输模块信号连接有手机端、pc端和应用服务器端。
14.进一步的，所述语音交互组件包括ai计算引擎和语音收录麦克，所述ai计算引擎内嵌在主控soc模块内。
15.3．有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：（1）本方案腕表本体采用高度集成的各元件装配在腕表卡架中，适合手环或手表的装配使用，通过对人体生理特征规律的研究利用多元件的协调工作组成多参数生命体征测量模组，能够将元件多任务混合协作，实现更多的功能。
16.（2）通过多传感器元件的协调工作，采用功耗少的显示屏进行显示，采用esp32
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c6系列的无线传输型号元件，能够为设备提供更高的传输速率和更低的功耗，采用锂电池的蓄电池进行供电，从而使功耗更小，电池一个周期的运行时间更长。
17.（3）设备功能多，支持传统的运动、睡眠、心率、血氧和心电等的检测数据，支持体脂测量，人体成分分析与跟踪，支持多途径的人体呼吸率采集方式，支持全天候人体体温收集，支持长周期皮肤水份监测与分析，支持情绪/精神压力识别，支持蓝牙 ble/wifi，nb
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iot 或cat1/emtc 等低功耗 4/5 g移动通信网络制式，内置的 ai 计算引擎，支持本地语音唤醒与输入交流，借助云计算平台，支持远程后台语音识别，ai 健康分析与管理。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的电路模块示意图；图3为本发明的多参数生命体征测量模组结构示意图；图4为本发明的数据传输线路示意图；图5为本发明的逻辑运作流程图。
19.图中标号说明：1、腕表卡架；2、腕表本体；3、主控soc模块；4、多参数生命体征测量模组；401、心率检测模块；402、皮肤电阻测量模块；403、血压趋势模块；404、体温感知模块；405、呼吸测量模块；406、三色传感电路；407、生物模拟前端模块；408、模数转换器；5、电源组件；501、电源模块；502、蓄电池；503、充电模块；6、无线传输组件；601、无线传输模块；602、手机端；603、pc端；604、应用服务器端；7、运动加速度传感器模块；8、显示模块；9、存储模块；10、语音交互组件；1001、ai计算引擎；1002、语音收录麦克。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅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。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
23.请参阅图1
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图5，一种多参数健康智能腕表，包括腕表卡架1，所述腕表卡架1的内部卡接有腕表本体2，所述腕表本体2的内部设置有主控soc模块3，所述主控soc模块3的侧面集成有多参数生命体征测量模组4、电源组件5、无线传输组件6和语音交互组件10。腕表本体2采用高度集成的各元件装配在腕表卡架1中，适合手环或手表的装配使用，通过对人体生理特征规律的研究利用多元件的协调工作组成多参数生命体征测量模组4，能够将元件多任务混合协作，实现更多的功能，主控soc模块3的作用是同步采集生命体征信号和加速度信号，用无线传输组件6将采集得到的数据通过移动互联方式重新打包，解析或缓存上传到云平台。
24.请参阅图2
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图3，所述多参数生命体征测量模组4包括心率检测模块401、皮肤电阻测量模块402、血压趋势模块403、体温感知模块404和呼吸测量模块405，所述心率检测模块401、皮肤电阻测量模块402、血压趋势模块403、体温感知模块404和呼吸测量模块405主要构成组件有三色led 光源、光电探测器、可编程增益放大器，emi 滤波器，抗混叠滤波器、24bit a/d 转换器，数字抽取滤波器、右腿驱动、电极脱落检测模块、热敏电阻原件。综合利用多传感器及电路元件进行协调运作，以达到高精度、低功率、多功能的多参数检测设备；心率检测模块401和呼吸测量模块405的采集与处理，利用模组内部的ecg 和呼吸功能部分将人体体表产生的微弱电信号经过放大、滤波后，经 a/d 转换为数字信号。该模块通过复用四个电极同时测量 ecg 和呼吸信号，节省了电极的数量， 减小了硬件的体积。利用多参数体征传感模组具有可编程增益放大器，emi 滤波器，抗混叠滤波器、24bit a/d 转换器，数字抽取滤波器、右腿驱动、电极脱落检测等多个模块。模组内部产生经高频调制过的正弦波电流信号，将人体胸腔看作电阻，正弦波电流信号进入人体后在电极两端产生电压，该电压信号随呼吸呈周期性变化。电压信号经放大，解调和抗混叠滤波后，被通道 1 以 250hz 的采样率进行 a/d 转换，得到呼吸的数字信号。同时 ecg 经过放大和滤波后，同样以 250hz 的采样率由通道 2 采集得到 ecg 的数字信号。ecg 的频率约为40hz，而呼吸信号的频谱范围为12
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20次/min，根据采样定理，后端 mcu 的处理能力和功耗问题，本项目将采样率分别设置为 50 和 250sps；体温感知模块404选用接触式测量中的热敏电阻原理测量出体表温度，再通过零热流法推算出体核温度。采用一种热敏电阻原件，该原件的电阻值会随着温度的变化而变
换，从而导致其电路的电压、电流的变化。由于其电阻与温度及其电压电流之间的关系确定，所以可以通过读取其电压或者电流算出其电阻值最后得到温度，根据测量热敏电阻阻值，经过模数转换器408adc 采样，通过相关公式计算得出温度值；血压趋势模块403利用血压与动脉血管壁的压迫程度有着直接的关系的原理，当人体血压较高时， 血管壁受到血液的压迫，加快了脉搏波的传播，使得脉搏波的传导速度变快；相反，当血压较低时，血液对动脉血管壁的压迫变弱，脉搏波的传播变缓，使得脉搏波的传导速度变慢，从而同时采集心电信号和脉搏波信号，在某个心动周期内，以心电信号为起始点， 脉搏波波峰或波谷等特征点为终点计算时间差，这个时间差即可定义为脉搏波传导时间。
25.请参阅图3，所述多参数生命体征测量模组4的内部集成有三色传感电路406，所述多参数生命体征测量模组4的内部集成有生物模拟前端模块407，所述多参数生命体征测量模组4的内部集成有模数转换器408。三色传感电路406集成有三个 led 光源，分别为红光，红外光和绿光led，二个光电探测器。通过内部的 led 驱动器按照一定时序交替驱动红光,绿光和红外光脉冲照射，光电检测器将从人体反射回来的光信号转变为电信号。输出的电信号经过放大处理后，通过一个模数转换器408将模拟量转换成数字量，能够对脉搏波进行信号的采集与处理。
26.请参阅图2
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图3，所述多参数生命体征测量模组4的侧面集成有运动加速度传感器模块7，所述运动加速度传感器模块7为三轴加速度传感器。基于可穿戴式设备小型化和低功耗的特点，运动加速度传感器模块7拟选取的是 st 公司的一款超低功耗高性能三轴加速度传感器 lis3d1，支持
±
２ｇ／
±
４ｇ／
±
８ｇ／
±
１６ｇ多个量程范围选择，支持ｘ、ｙ、ｚ轴三个方向加速度数据的１６位数字输出，具有高灵敏度；在低功粍模式下的最小工作电流仅有２ｕａ， 满足系统低功耗的要求；采用３ｍｍｘ３ｍｍ＞＜ｌｍｍ的小尺寸封装，只需极少的外围电路，满足系统小型化的要求。
27.请参阅图2，所述电源组件5包括电源模块501、蓄电池502和充电模块503，所述蓄电池502为锂电池。为了尽可能小型化，电源组件5的蓄电池502采用 3.7v 聚合物锂电池进行供电，充电模块503和电源模块501选用电源管理芯片 cw6303 负责电池充放电管理，电量跟踪和欠/过电压保护等。
28.请参阅图2，所述主控soc模块3的侧面集成有显示模块8，所述显示模块8的屏幕为oled 屏，所述主控soc模块3的侧面集成有存储模块9。显示模块8型号为 oled12864，显示模块8选用1.44 寸、分辨率为128
×
128的oled 彩色显示屏，驱动ic为st7735s，与主控soc模块3采用spi 连接方式，支持3.3v 电压供电和背光pwm控制，在提供良好显示的同时，减少使用功耗。
29.请参阅图4，所述无线传输组件6包括无线传输模块601，所述无线传输模块601的无线传输方式为wi
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fi、蓝牙和互联网，所述无线传输模块601信号连接有手机端602、pc端603和应用服务器端604。无线传输模块601支持 bluetooth5.0 和wifi6 的esp32
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c6 系列 mcu，esp32
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c6 能够为设备提供更高的传输速率和更低的功耗，实现腕表与云平台，手机等终端的双向实时通信，一方面云平台可以将采集／终止等指令通过ｍｑｔｔ协议发送给腕表或手机等终端，终端通过蓝牙 ble/wifi 等方式再将指令传送给腕表主控 soc；另一方面，信号采集前端采集的数据也可以转换为ｊｓｏｎ格式沿相同线路最终传送给云平台进
行存储与分析。
30.请参阅图4，所述语音交互组件10包括ai计算引擎1001和语音收录麦克1002，所述ai计算引擎1001内嵌在主控soc模块3内。借助内置的 ai计算引擎1001，支持本地语音唤醒与输入交流。
31.本发明中腕表本体2负责前端人体生命体征数据采集，硬件主要由多参数生命体征测量模组4、mcu网络主控soc模块3和电源组件5三部分构成，通过多参数生命体征测量模组4和运动加速度传感器模块7的三轴加速度传感器同步采集多种生命体征数据和加速度信号，其中多参数生命体征测量模组4运作系统软件功能分为以下三个部分，系统初始化。这部分涉及到各模块的初始化，包括多参数体征传感模组初始化、i2c、加速度传感器和oled 显示模块8的初始化，第二部分：健康信号采集与参数提取算法部分。多参数体征传感模组负责脉搏波，心电，阻抗等人体数据采集；主控 soc 负责对原始信号预处理，特征值提取并计算心率、血氧，体脂，血压和体温等，对于血氧，还需对其公式进行标定，利用标定后的公式计算血氧值。对于血压，则需进行建模实验，建立血压与脉搏波传导时间 ptt 的数学关系表达式，之后测量时带入所建立的拟合公式计算其血压值。第三部分：数据存储、oled 显示以及蓝牙/wifi 发送部分。将从5s 脉搏波原始数据计算得到的健康参数送入 oled 中实时显示，同时进行历史数据的保存，用户还可通过低功耗蓝牙或 wifi 无线方式将实时数据发送到手机端602或云计算平台。通过 iic 等总线接口方式将信号传输到低功耗无线mcu主控soc模块3，再由低功耗无线 mcu主控soc模块3将数据打包发送到本地或远程各网终平台。
32.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。