測量人體細胞外液離子相對濃度的智能戒指的製作方法
2023-12-02 05:14:46
本發明是一種智能可穿戴產品，涉及電子產品和近紅外光譜技術。
背景技術：
細胞外液離子濃度的穩定對維持人體水平衡具有重要作用。而市場上少有面向大眾的無創測量人體細胞外液離子濃度從而獲知人體水含量等信息的產品。
血漿晶體滲透壓由血漿中的電解質、葡萄糖、尿素等小分子晶體物質所形成。這些小分子晶體物質約80％來自鈉離子和氯離子。水溶液中氫鍵的形成會使OH鍵振動的力常數發生變化，而鈉離子和氯離子等離子會破壞水溶液中的氫鍵，造成OH鍵振動的力常數增加。又因為水的某一近紅外光譜吸收峰的強度與其對應具有某範圍振動頻率的OH基團濃度密切相關。所以離子濃度的變化會間接影響水溶液某一近紅外光譜吸收峰的強度。而且被測手指指骨上的組織一天厚度變化不明顯，所以水溶液某一波長處吸收峰的強度便可與離子濃度建立聯繫，離子濃度越高水溶液吸收峰強度越大(既越「凹」)。血漿總滲透壓約99.6％是血漿晶體滲透壓形成的，而血漿晶體滲透壓由血漿中的電解質、葡萄糖、尿素等小分子晶體物質所形成。這些小分子晶體物質約85％來自電解質。所以一個健康人的細胞外液離子濃度整體上決定著這個人的水平衡，就連下丘腦滲透壓感受器也是通過感知鈉離子濃度變化去調節人體水平衡的。基於上文所述的種種理論，本發明欲利用近紅外光譜技術去測量人體細胞外液離子的相對濃度。
同時人體在天氣寒冷的時候若穿衣保暖不足，手腳溫度變化明顯，本發明欲利用溫度傳感器去測量手指的溫度，可獲知體溫的情況亦可減小細胞外液離子相對濃度的測量誤差。
技術實現要素：
為了實現上述目的，本發明提供一種測量人體細胞外液離子相對濃度的智能戒指。
它包括可進行細胞外液離子相對濃度和手指溫度檢測的檢測模塊，可將檢測模塊測得的細胞外液離子相對濃度和手指溫度進行無線傳輸至終端機的無線模塊和提供電能的電源模塊。
優選地，檢測模塊由近紅外發射模塊、近紅外檢測模塊和溫度傳感器組成。
優選地，近紅外發射模塊含有一個可向指骨上方組織發出波長為1500nm近紅外光的近紅外發光二極體。因為在波長1500nm附近有一強度較好的吸收峰。
優選地，近紅外檢測模塊由近紅外光敏二極體，升壓模塊，信號放大模塊，模/數轉換模塊組成，所述近紅外檢測模塊可探測到從指骨上方組織出來的近紅外光並將其轉換成電信號。
優選地，無線模塊由藍牙無線單片機及其外圍電路和與藍牙無線單片機相連的天線組成。
優選地，升壓模塊由DC/DC升壓晶片及其外圍電路組成，所述的升壓模塊為近紅外光敏二極體提供反向電壓。
優選地，信號放大模塊由互阻抗放大器(TIA)及其外圍電路組成，所述信號放大模塊可將近紅外光敏二極體產生的電流信號轉換成電壓信號並傳送至模/數轉換模塊。
優選地，模/數轉換模塊由16位解析度的模/數轉換晶片(ADC)及其外圍電路組成，所述模/數轉換模塊可將由信號放大模塊傳送過來的模擬信號轉換成數位訊號並將其傳送至藍牙無線單片機。
優選地，電源模塊由彎曲的鋰聚合物電池，穩壓器及其外圍電路組成，所述穩壓器為低壓差線性穩壓器(LDO)。
優選地，終端機可以是智慧型手機，平板電腦，個人計算機。
本發明的有益效果是，可以獲知用戶的細胞外液離子濃度相對值，通過終端機提醒用戶什麼時候喝多少量的水，用戶還可以在終端機查看自己一整天補水是否充足等信息。同時，獲知用戶手指溫度，通過終端機告訴用戶穿衣保暖是否足夠。
附圖說明
圖1是本發明的主要組成部分
圖2是智能戒指主要測量部位，圖中圓圈所示部位為主要測量部位
圖3是電源模塊及其電路圖
圖4是無線模塊及其電路圖
圖5是近紅外發射模塊及其電路圖
圖6是近紅外光敏二極體和信號放大模塊及它們的電路圖
圖7是升壓模塊及其電路圖
圖8是模/數轉換模塊及其電路圖
圖9是實施例中的智能戒指由圓圈狀被斷開後拉直圖
具體實施方式
如圖3，電源模塊(3)由彎曲的鋰聚合物電池(31)，穩壓器及其外圍電路組成，所述穩壓器為低壓差線性穩壓器(LDO)(32)。對於LDO，本實施例選用的是TOREX公司的XC6222。其管腳依次是a：VIN、b：NC、c：VOUT、d：NC、e：VSS、f：CE。採用USP-6C封裝，其尺寸為1.8*2*0.5(單位：mm)LDO通過VOUT管腳輸出穩定電源供給整個電路。
如圖4，無線模塊(2)由藍牙無線單片機(21)及其外圍電路和與藍牙無線單片機相連的天線(22)組成。對於藍牙無線單片機，本實施例選用的是TI公司的cc2640。其管腳依次是a：RF_P、b：RF_N、c：VSS、d：RX_TX、e：X32K_Q1、f：X32K_Q2、g：VSS、h：DIO_0、i：DIO_1、j：DIO_2、k：VDDS2、l：DCOUPL、m：JTAG_TMSC、n：JTAG_TCKC、o：DIO_3、p：DIO_4、q：VSS、r：DCDC_SW、s：VDDS_DCDC、t：VSS、u：RESET_N、v：DIO_5、w：DIO_6、x：DIO_7、y：DIO_8、z：DIO_9、aa：VDDS、bb：VDDR、cc：VSS、dd：X24M_N、ee：X24M_P、ff：VDDR_RF。採用RSM封裝，其尺寸為4*4*1(單位：mm)。
如圖5，近紅外發射模塊(11)含有一個可向指骨上方組織(4)發出波長為1500nm近紅外光的近紅外發光二極體(111)。對於近紅外發光二極體，本實施例選用的是KYOSEMI公司的KEDE1458K。它由三極體驅動和由cc2640控制其發光間隔及發光時間。
如圖6，對於近紅外光敏二極體(5)，本實施例選用的是HAMAMATSU公司的G12180。
信號放大模塊(7)由互阻抗放大器(TIA)(71)及其外圍電路組成，所述信號放大模塊(7)可將近紅外光敏二極體(5)產生的電流信號轉換成電壓信號並傳送至模/數轉換模塊(8)。對於TIA，本實施例選用的是TI公司的ONET8551T。其管腳依次是a：BW0、b：GND、c：GND、d：BW1、e：GND、f：OUT-、g：GND、h：RSS_EB、i：RSS_IB、j：NC、k：GND、l：FILTER2、m：IN、n：FILTER、o：GND、p：VCC_IN、q：VCC_OUT、r：GND、s：OUT+、t：GND。其尺寸為3.2*1.5*0.75(單位：mm)。
如圖7，升壓模塊(6)由DC/DC升壓晶片(61)及其外圍電路組成，所述升壓模塊(6)為近紅外光敏二極體(5)提供10V的反向電壓。對於DC/DC升壓晶片，本實施例選用的是TI公司的TPS61040DBVRG4。其管腳依次是a：SW、b：FB、c：GND、d：EN、e：VIN。其尺寸為3*2*1.5(單位：mm)。其EN管腳與cc2640的DIO_5相連，由cc2640控制其開關。
如圖8，模/數轉換模塊(8)由16位解析度的模/數轉換晶片(ADC)(81)及其外圍電路組成，相比cc2640集成的12位ADC，(81)具有更高解析度。所述模/數轉換模塊可將由信號放大模塊(7)傳送過來的模擬信號轉換成數位訊號並將其傳送至藍牙無線單片機(21)。對於ADC(81)，本實施例選用的是TI公司的ADS1100AOIDBVR。其管腳依次是a：VIN-、b：VDD、c：SDA、d：SCL、e：GND、f：VIN+。其尺寸為3*1.7*1.5(單位：mm)。(81)的SCL管腳和SDA管腳分別與cc2640的DIO_8、DIO_9相連，進行數據傳輸的確認和進行數據傳輸。
對於溫度傳感器(13)，本實施例選用cc2640內部集成的溫度傳感器。
如圖9，本實施例的智能戒指的拉直圖以及各主要元件的分布位置。
以上實施例僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，例如製成其他智能可穿戴產品。因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。