一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置

摘要

本发明提出了一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，仪表盘包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端；心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器；所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据。

主权项

一种基于GPRS的生理特征及运动状态监控装置，其特征在于，整体为环状，其外表面为EVA材质包覆，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘和连接到仪表盘两端的拼接而成的链带构成环形主体；所述仪表盘还包括微型振动器、音频播放器、心率计和血氧计，心率计和血氧计设置在仪表盘背面与皮肤接触面，通过GPRS模块将心率和血氧数据传输到定点手机端；所述心率计包括设置在所述仪表盘外壳下表面的绿光二极管、接收反射光的感光器件和对感光元件输出的电信号的频率进行检测的计数器；所述血氧计包括在皮肤接触部设置的两个LED灯和第二感光元件，两个LED灯输出固定波长的光束，第二感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；DSP处理器对血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；所述仪表盘还包括：运动检测模块，检测三维加速度和相对转角；蓝牙模块，连接到所述运动检测模块和数据中心服务器，数据终端服务器与家长手机端相连接；所述运动检测模块包括三轴重力加速度传感器、陀螺仪和DSP处理器，DSP处理器包括积分器和滤波及优化模块；所述三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息，陀螺仪输出人体转角的角速率信息，DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$式中，i＝1，2，3；主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$$p_i={\beta }_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1    (5)${\beta }_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\le 2\\ 2/p,2\le p\le 5\\ 1/p,5\le p\le 10\\ 2/p,p\ge 10\end{array}\right.---\left(6\right)$β₂＝β₃＝(1‑β₁)/2    (7)所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；GPRS模块将DSP处理器输出的转角数据、心率数据和血氧饱和度数据通过GPRS网络传输到定点手机端；GPRS模块接收定点手机端的请求信号，并通过微型振动器和音频播放器进行提示；仪表盘上还设置有正常和紧急报警按键，通过GPRS模块将相应按键操作发送到定点手机端。