一種生理監(jiān)測(cè)的智能藍(lán)牙服飾系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)健康的要求越來越高，迫切需要一種方便、快捷知曉自己各項(xiàng)生命體征指標(biāo)的方法。然而常規(guī)的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備存在操作不方便、攜帶性差且數(shù)據(jù)難以進(jìn)一步分析的缺點(diǎn)。隨著傳感器技術(shù)、材料技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，采用將醫(yī)用監(jiān)測(cè)設(shè)備與服裝相結(jié)合的方法可以較好地滿足人們這一需求。文中提出一種穿戴式多參數(shù)監(jiān)測(cè) 智能服飾 系統(tǒng)，它將傳感器、織物電纜和柔性電路板有機(jī)結(jié)合到服裝中，實(shí)現(xiàn)了在日常生活以及作業(yè)環(huán)境下對(duì)多生理參數(shù)的動(dòng)態(tài)、協(xié)同監(jiān)測(cè)，具有生理信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)特征提取功能，并利用 藍(lán)牙 技術(shù)完成數(shù)據(jù)的備份，以便于進(jìn)一步分析，也可以利用具有藍(lán)牙功能的通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)等功能。

　　監(jiān)測(cè)傳感器電路設(shè)計(jì)

　　傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量心率、體溫等生命體征參數(shù)的采集?？紤]到本系統(tǒng)可穿戴式的特點(diǎn)，在傳感器的選型方面，盡量選用集成化，靈敏度和精度高的產(chǎn)品，這樣既能減少系統(tǒng)電路的面積，便于穿戴，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。血壓采集模塊采用Freescal公司生產(chǎn)的MPXV5050GP壓電傳感器，將其置于衣袖中部肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，這樣可以直接將動(dòng)脈血液對(duì)血管壁的壓力轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)，具體電路如圖所示。該傳感器采用離子注入工藝，內(nèi)部集成了放大器，濾波器等信號(hào)處理單元電路，外部只需要很少的元件即可工作。在輸出端輸出經(jīng)過放大和整形的電信號(hào)，這樣就直接將傳感器的輸出端接入ADμC7024內(nèi)部集成的12位ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。再經(jīng)過軟件處理得到血壓值。

　　PVDF壓電薄膜具有質(zhì)量輕，質(zhì)地柔軟，耐用性好，壓電響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，采用多層接觸式壓電薄膜傳感器測(cè)量心率，可以減少干擾信號(hào)。心率采集模塊采用HK-2000H型集成數(shù)字脈搏傳感器，將其置于服飾的左胸口部，即可用于測(cè)量心率。HK-2000H集成了PVDF壓電薄膜、高靈敏溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、程控放大電路、信號(hào)調(diào)理電路、濾波電路、A／D轉(zhuǎn)換電路。集成化避免了采用分立元件設(shè)計(jì)電路占用較大面積的缺點(diǎn)。原理圖如圖3所示。 HK-2000H型集成數(shù)字脈搏傳感器采用USB端口輸出，可以方便地對(duì)其輸出進(jìn)行軟件上的處理。

　　體溫采集模塊采用Maxim公司的模擬溫度傳感器MAX6612檢測(cè)體表溫度。MAX6612采用5 PIN的SC70封裝，最大工作電流僅為35μA，具有功耗低、精度高、體積小的特點(diǎn)，并對(duì)ADC做了電路上的優(yōu)化，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用。具體的體溫采集電路如圖所示。

　　MAX6612輸出幅值與所測(cè)溫度的關(guān)系滿足表達(dá)式

　　測(cè)量到的輸出電信號(hào)經(jīng)過ADμC7024處理器上的1 2位逐次逼近型ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果將存儲(chǔ)在寄存器ADCDAT0中，通過ADC狀態(tài)寄存器ADCSTA的最低位可以查看ADC轉(zhuǎn)換是否完成，當(dāng) ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，最低位被置位。通過讀取寄存器ADCDAT0中的值，再利用軟件，根據(jù)上述算法得到測(cè)量的體表溫度。

　　藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)與內(nèi)嵌藍(lán)牙功能的外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。為減小系統(tǒng)體積、減輕系統(tǒng)質(zhì)量和降低功耗，本藍(lán)牙模塊采用Class-2設(shè)計(jì)方案，USB輸出，傳輸距離為10 m，支持藍(lán)牙2．0版本協(xié)議能夠滿足系統(tǒng)的需求。藍(lán)牙芯片采用CSR公司的BC417413，芯片內(nèi)部集成了8 MB閃存，主要存放的是基帶、鏈路管理層和主機(jī)控制接口的軟件，還包括一些API，用于對(duì)芯片進(jìn)行配置。前端射頻帶通濾波器選用MDR771F-CSR- T，巴倫采用TDK公司的HHM-1517完成系統(tǒng)的差分射頻信號(hào)和天線輸入輸出信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。具體設(shè)計(jì)方案原理圖如圖5所示。

　　本系統(tǒng)支持系統(tǒng)功能外擴(kuò)。針對(duì)糖尿病、高血壓患者的實(shí)際需求可以加裝測(cè)量血糖、血氧等模塊，進(jìn)行對(duì)血糖、血氧等的無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。使穿戴者隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量，方便易操作。提出并設(shè)計(jì)了一種用于生命監(jiān)測(cè)的智能服裝系統(tǒng)，可以根據(jù)使用者的需求選擇合適的工作模式。同時(shí)該系統(tǒng)通過藍(lán)牙技術(shù)將人體、智能手機(jī)和電腦等外聯(lián)設(shè)備組網(wǎng)，可以將采集到的生命體征數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，也便于遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的開展。