一種腕帶式睡眠監控裝置的製作方法

2023-07-11 18:00:16 2

專利名稱：一種腕帶式睡眠監控裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可攜式、低功耗的睡眠監控裝置，具體涉及一種腕帶式睡眠監控
直O
背景技術：
睡眠質量對人類的健康至關重要，人的生命有三分之一時間是在睡眠中度過，許多疾病的形成和發展都與睡眠障礙有關，如何有效監測人們的睡眠狀況，改善睡眠質量，並為睡眠障礙相關疾病的早期診斷提供依據，越來越引起人們的重視，目前，多數的失眠者依賴於安眠藥物治療，其有一定的副作用，會影響腦神經的健康，現在市場上也出現一些用於治療睡眠的儀器，多為理療床或枕頭，但存在一定局限性，不能較好地提高睡眠質量。

發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種腕帶式睡眠監控裝置，由指套式脈搏傳感器採集信號，以高速ARM7為核心，有效地監控人們的睡眠狀態，如出現非正常情況，則根據睡眠者起初設置的刺激方式來改變睡眠方式，進而提高睡眠質量。為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種腕帶式睡眠監控裝置，包括信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊和電源裝置；所述的信息採集模塊負責完成睡眠者的脈搏信號和溫度信號的採集；所述的信息調理模塊將採集到的脈搏信號進行放大和濾波處理，滿足信號採集的要求；所述的微控制器控制模塊將經信息調理模塊處理後的信號進行處理，有異常情況後根據使用者設置刺激的方式啟動刺激指令，實時監測睡眠者的情況；所述的電源裝置模塊包括依次連接的電源轉換電路、穩壓電路和直流電壓電路， 供給信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊電源。所述的信息採集模塊包括指套式脈搏傳感器。信息採集模塊包括有溫度傳感器，能夠採集睡眠者的體溫信號，將此信號作為微處理器控制動作的參考值。所述的微控制模塊包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制連接的蜂鳴器，偏軸電機、無線藍牙耳機和按鍵部分。所述的信息調理模塊包括放大電路、由低通濾波電路、高通濾波電路和工頻濾波電路組成的濾波電路，同時還包括降低工頻幹擾的陷波器。所述的微控制模塊包括微控制器LPC2103及其所擴充的外設電路，三路按鍵直接與微控制器LPC2103連接，用來設置相關參數，蜂鳴器一端接地，一端和PNP型三極體的集電極相連，三極體的基極接一個限流電阻，與微控制器LPC2103的PO. 5管腳連接，當PO. 5 管腳為低電平信號時，三極體導通，蜂鳴器發出聲響，提醒睡眠者；偏軸電機控制部分由三極體來驅動直流電機，當Po. 15為低電平時三極體導通，即可啟動電機工作；採用無線通訊電路，即採用藍牙技術，選用晶片BlUecore02，其通訊引腳對應連接微控制器LPC2103的收發信號設置端，包括UARTl的發送器輸出和接收器輸入，和UARTl的數據設置就緒輸入和數據終端就緒輸出，保證信號的無線傳輸；由數字式溫度傳感器DS18B20來測量體溫信號，直接輸出溫度信號，DS18B20共有3個引腳，1腳接地，2腳接LPC2103的I/O 口用作數據通信， 3腳接5V電源。所述的脈搏信號調理模塊包括放大電路和濾波電路，放大電路採用運算放大器 AD620，濾波電路採用8階巴特沃斯低通開關電容濾波器MAX^l，該晶片需要一個時鐘來驅動電路工作，且時鐘的頻率應為3dB截止頻率的100倍。本發明的優點是基於微控制器的一體化設計，質量輕且體積小，便於攜帶；採用指套式脈搏傳感器，使用方便，不幹擾睡眠者正常睡眠，也避免腕帶式脈搏傳感器把脈不準的情況；作為整套裝置，睡眠者可自行選擇幹擾睡眠的方式，操作簡單且使用方便；將體溫信號作為參考值，防止誤操作，即睡眠者沒有使用裝置的情況。工作方式可通過預先設置，設置為其中一種或幾種，工作方式有藍牙耳機聲音刺激、震動刺激和蜂鳴器刺激，若事先選擇為藍牙耳機聲音刺激方式，出現非正常情況時，裝置將開啟藍牙功能，睡眠者通過佩戴的藍牙耳機接收到裝置內自帶的聲音，刺激並幹預大腦，改變睡眠方式；如事先選擇為震動刺激及蜂鳴器刺激方式，出現非正常情況時，裝置將同時開啟震動刺激與蜂鳴器刺激，震動部分是一個小馬達，帶動偏軸電機來實現，此部分在腕帶上，猶如有股力量在推睡眠者似的，使睡眠者改變睡眠方式，蜂鳴器刺激是採用有源蜂鳴器，通過微控制器發出控制指令來實現。


圖1為睡眠者佩戴本發明的結構示意圖。圖2為本發明的結構原理圖。圖3為健康人脈搏波時域波形。圖4為高血壓患者脈搏波時域波形。圖5為信息調理模塊的原理框圖。圖6為本發明的電路原理圖。圖7為脈搏信號調理模塊的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作簡要說明。參照附圖，一種腕帶式睡眠監控裝置，包括信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊和電源裝置。所述的信息採集模塊負責完成睡眠者的脈搏信號和溫度信號的採集，在採集人體脈搏信號時結合溫度信號，有效地監控人們的睡眠狀態，進而提高睡眠質量。所述的信息調理模塊將採集到的脈搏信號進行放大和濾波處理，滿足信號採集的要求。所述的電源裝置模塊包括依次連接的電源轉換電路、穩壓電路和直流電壓電路，供給信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊電源。所述的信息採集模塊包括指套式脈搏傳感器和溫度傳感器，其中溫度傳感器選用數字式溫度傳感器DS18B20，它是一種單總線式溫度傳感器，體積小，便於設計。當開啟指套式脈搏傳感器採集睡眠者脈搏信號時，微處理器同時動作溫度傳感器，採集睡眠者的體溫信號，將此信號作為參考值，微處理器通過指套式脈搏傳感器採集到非正常的脈搏信號，判斷需要調節睡眠狀態後，控制開啟蜂鳴器或偏軸電機或無線藍牙耳機時，需要結合溫度傳感器所測量的體溫信號，若體溫信號出現人體體溫低於35°C時，可斷定指套式脈搏傳感器已經脫離手腕，此時微處理器發出控制信號關閉蜂鳴器或偏軸電機或無線藍牙耳機，同時需要睡眠者重新佩戴好此裝置，方可繼續工作。如圖1所述，為睡眠者佩戴裝置於手指與手腕間的結構示意圖，套於手指間的為指套式傳感器，使用時只需套在手指上即可，環繞於手腕間的腕帶裝置包括溫度傳感器、信息調理模塊、信息採集模塊、微控制器控制模塊和電源裝置，並通過彈性導線連接指套式脈搏傳感器。如圖2所述，為本發明結構原理圖，由指套式傳感器採集人體脈搏信號，並將此微弱信號放大、濾波，滿足信號採集的要求，經微控制器LPC2103內自帶的A/D轉化器完成信號的模數轉化，然後分析此信號，如出現非正常情況，由微處理器採取刺激手段，包括蜂鳴器、無線藍牙耳機或震動方式去幹擾睡眠者，睡眠者可以在初始化時，通過按鍵設置幹擾的方式，在此裝置中，溫度傳感器採用數字式溫度傳感器採集睡眠者的溫度信號，由於自帶A/ D轉化，直接輸出體溫信號。裝置在工作時，主要分析指套式傳感器的信號，在需要動作時， 結合溫度信號，確保幹擾睡眠者。如圖3所述，為健康人脈搏波時域圖，由此可見，主波(P波)，重搏波(D波)明顯， 沒有高頻收縮之弦象，為健康人之平脈，如圖4所述，為高血壓患者時域圖，主波峰呈平寬型，重搏波與主波融合為寬大方波，降中峽抬高，重搏波平坦，確定為高血壓之弦脈，且應為中期高血壓，所分析的失眠者的脈搏波時域圖介於上述兩種情況之間，比較容易判斷。如圖5所述，由於指套式傳感器採集的脈搏信號屬低頻信號，且容易受外界幹擾， 此信息調理模塊將來自指套式傳感器信號調理到滿足A/D轉化的要求，並濾去多餘的噪聲信號，其信號調理電路主要有放大、低通濾波、高通濾波、工頻濾波，同時設計有陷波器來降低工頻幹擾。用戶在使用此裝置前，先需設置、選擇幹擾的方式，可選擇藍牙耳機聲音刺激、震動刺激、蜂鳴器刺激中的一種或幾種，接下來將該裝置佩戴好，一端套於手指間，另一端環繞於手腕即可，按下電源開關後，裝置開始工作，實時監測人體的脈搏信號，此時，如果出現非正常情況，裝置會根據用戶事先設置好的方式去幹擾睡眠者，進而提高睡眠質量。如圖6所述，本發明的電路包括微控制器LPC2103及其所擴充的外設電路，在鍵盤設計中，提供三路按鍵，將其直接與LPC2103連接即可，用來設置相關參數，系統採用無源蜂鳴器，蜂鳴器一端接地，一端和PNP型三極體的集電極相連，三極體的基極接一個限流電阻，與LPC2103的P0. 5管腳連接，當P0. 5管腳為低電平信號時，三極體導通，蜂鳴器發出聲響，提醒睡眠者；偏軸電機控制部分，設計由三極體來驅動直流電機，當P0. 15為低電平時三極體導通，即可啟動電機工作；在採用無線通訊電路中，即採用藍牙技術，選用晶片 BlUecore02，其通訊引腳對應連接LPC2103的收發信號設置端，包括UARTl的發送器輸出和接收器輸入，和UARTl的數據設置就緒輸入和數據終端就緒輸出，保證信號的無線傳輸。本發明中由數字式溫度傳感器DS18B20來測量體溫信號，直接輸出溫度信號，在圖6中可以看到，DS18B20共有3個引腳，1腳接地，2腳接LPC2103的I/O 口用作數據通信， 3腳接5V電源，系統在設計時為了提高電源供電穩定性，選擇由外部電源單獨供電。如圖7所述，本發明的脈搏信號調理模塊包括放大電路和濾波電路，由於HKG-07B 脈搏傳感器的輸出電壓幅值為0. 2 IV，而A/D轉化需要的電壓範圍在0 3. 3V，即需要對信號放大3倍。設計中放大電路採用高精度、低功耗的運算放大器AD620，濾波電路採用 8階巴特沃斯低通開關電容濾波器MAX^l，該晶片需要一個時鐘來驅動電路工作，且時鐘的頻率應為3dB截止頻率的100倍。
權利要求
1.一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，包括信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊和電源裝置；所述的信息採集模塊負責完成睡眠者的脈搏信號和溫度信號的採集；所述的信息調理模塊將採集到的脈搏信號進行放大和濾波處理，滿足信號採集的要求；所述的微控制器控制模塊將經信息調理模塊處理後的信號進行處理，有異常情況後根據使用者設置刺激的方式啟動刺激指令，實時監測睡眠者的情況；所述的電源裝置模塊包括依次連接的電源轉換電路、穩壓電路和直流電壓電路，供給信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊電源。
2.根據權利要求1所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，所述的信息採集模塊包括指套式脈搏傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，信息採集模塊包括有溫度傳感器，能夠採集睡眠者的體溫信號，將此信號作為微處理器控制動作的參考值。
4.根據權利要求1所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，所述的微控制模塊包括微控制器LPC2103，及其由微控制器LPC2103控制連接的蜂鳴器，偏軸電機、無線藍牙耳機和按鍵部分。
5.根據權利要求1所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，所述的信息調理模塊包括放大電路、由低通濾波電路、高通濾波電路和工頻濾波電路組成的濾波電路，同時還包括降低工頻幹擾的陷波器。
6.根據權利要求4所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，所述的微控制模塊包括微控制器LPC2103及其所擴充的外設電路，三路按鍵直接與微控制器LPC2103連接， 用來設置相關參數，蜂鳴器一端接地，一端和PNP型三極體的集電極相連，三極體的基極接一個限流電阻，與微控制器LPC2103的P0. 5管腳連接，當P0. 5管腳為低電平信號時， 三極體導通，蜂鳴器發出聲響，提醒睡眠者；偏軸電機控制部分由三極體來驅動直流電機， 當P0. 15為低電平時三極體導通，即可啟動電機工作；採用無線通訊電路，即採用藍牙技術，選用晶片BluecoreO〗，其通訊引腳對應連接微控制器LPC2103的收發信號設置端，包括 UARTl的發送器輸出和接收器輸入，和UARTl的數據設置就緒輸入和數據終端就緒輸出， 保證信號的無線傳輸；由數字式溫度傳感器DS18B20來測量體溫信號，直接輸出溫度信號， DS18B20共有3個引腳，1腳接地，2腳接LPC2103的I/O 口用作數據通信，3腳接5V電源。
7.根據權利要求5所述的一種腕帶式睡眠監控裝置，其特徵在於，所述的脈搏信號調理模塊包括放大電路和濾波電路，放大電路採用運算放大器AD620，濾波電路採用8階巴特沃斯低通開關電容濾波器MAX^l，該晶片需要一個時鐘來驅動電路工作，且時鐘的頻率應為3dB截止頻率的100倍。
全文摘要
一種腕帶式睡眠監控裝置，包括信息採集模塊，信息調理模塊，微控制器控制模塊和電源裝置，所述的信息採集模塊負責完成睡眠者的脈搏信號和溫度信號的採集，所述的信息調理模塊將採集到的脈搏信號進行放大和濾波處理，滿足信號採集的要求，所述的微控制器控制模塊實時監測睡眠者的情況，將經信息調理模塊處理後的信號進行處理，有異常情況後根據使用者設置刺激的方式啟動刺激指令，所述的電源裝置模塊供給上述模塊電源，出現非正常情況時，裝置將開啟刺激方式，改變睡眠方式，具有結構簡單，便於攜帶的特點。
文檔編號A61B5/0205GK102499656SQ201110338009
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者張開生, 折嬌, 李志健 申請人:陝西科技大學