一種生理監(jiān)測的智能藍牙服飾系統(tǒng)電路設計

　　隨著經濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對健康的要求越來越高，迫切需要一種方便、快捷知曉自己各項生命體征指標的方法。然而常規(guī)的醫(yī)療檢測設備存在操作不方便、攜帶性差且數(shù)據(jù)難以進一步分析的缺點。隨著傳感器技術、材料技術和無線通信技術的快速發(fā)展，采用將醫(yī)用監(jiān)測設備與服裝相結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 智能服飾 系統(tǒng)，它將傳感器、織物電纜和柔性電路板有機結合到服裝中，實現(xiàn)了在日常生活以及作業(yè)環(huán)境下對多生理參數(shù)的動態(tài)、協(xié)同監(jiān)測，具有生理信號檢測、信號特征提取功能，并利用 藍牙 技術完成數(shù)據(jù)的備份，以便于進一步分析，也可以利用具有藍牙功能的通信設備，實現(xiàn)遠程醫(yī)療服務等功能。

　　監(jiān)測傳感器電路設計

　　傳感器負責測量心率、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，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公司生產的MPXV5050GP壓電傳感器，將其置于衣袖中部肘關節(jié)內側，這樣可以直接將動脈血液對血管壁的壓力轉換為輸出電信號，具體電路如圖所示。該傳感器采用離子注入工藝，內部集成了放大器，濾波器等信號處理單元電路，外部只需要很少的元件即可工作。在輸出端輸出經過放大和整形的電信號，這樣就直接將傳感器的輸出端接入ADμC7024內部集成的12位ADC進行模數(shù)轉換。再經過軟件處理得到血壓值。

　　PVDF壓電薄膜具有質量輕，質地柔軟，耐用性好，壓電響應動態(tài)范圍大的特點，采用多層接觸式壓電薄膜傳感器測量心率，可以減少干擾信號。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，即可用于測量心率。HK-2000H集成了PVDF壓電薄膜、高靈敏溫度補償元件、感溫元件、程控放大電路、信號調理電路、濾波電路、A／D轉換電路。集成化避免了采用分立元件設計電路占用較大面積的缺點。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，可以方便地對其輸出進行軟件上的處理。

　　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，并對ADC做了電路上的優(yōu)化，適合本系統(tǒng)的應用。具體的體溫采集電路如圖所示。

　　MAX6612輸出幅值與所測溫度的關系滿足表達式

　　測量到的輸出電信號經過ADμC7024處理器上的1 2位逐次逼近型ADC進行模數(shù)轉換，轉換結果將存儲在寄存器ADCDAT0中，通過ADC狀態(tài)寄存器ADCSTA的最低位可以查看ADC轉換是否完成，當 ADC轉換結束時，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)上述算法得到測量的體表溫度。

　　藍牙模塊電路設計

　　本系統(tǒng)采用藍牙模塊實現(xiàn)與內嵌藍牙功能的外部設備的數(shù)據(jù)交換。為減小系統(tǒng)體積、減輕系統(tǒng)質量和降低功耗，本藍牙模塊采用Class-2設計方案，USB輸出，傳輸距離為10 m，支持藍牙2．0版本協(xié)議能夠滿足系統(tǒng)的需求。藍牙芯片采用CSR公司的BC417413，芯片內部集成了8 MB閃存，主要存放的是基帶、鏈路管理層和主機控制接口的軟件，還包括一些API，用于對芯片進行配置。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)的差分射頻信號和天線輸入輸出信號之間的轉換。具體設計方案原理圖如圖5所示。

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