智能胸帶的設計方案介紹

隨著(zhù)科技的進(jìn)步和生活水平的提高，服裝除了保溫功能外還應具有更多的功能，加之對個(gè)人健康和運動(dòng)的日益重視，已經(jīng)出現了許多各種各樣的家用醫療監護產(chǎn)品和健身產(chǎn)品，雖然這些監護產(chǎn)品提高了人們的生活健康質(zhì)量，但它們也存在著(zhù)不足，例如：產(chǎn)品功能比較單一；不能進(jìn)行連續長(cháng)期監護，或需要用戶(hù)的過(guò)多參與；不便隨身攜帶或妨礙了人們的正常生活。如果能將一些監測人體的儀器中的傳感器微型化、可穿戴化，通過(guò)貼身的服裝或胸帶并加以電子驅動(dòng)、軟件控制就可以采集人體各種生理信號，隨時(shí)檢測人體的生理狀況，比如即時(shí)控制病情或者制定運動(dòng)計劃等。

由此而產(chǎn)生了智能胸帶，而人體生理參數采集和無(wú)線(xiàn)傳輸系統屬于生物遙測技術(shù)。所謂生物遙測，是指在一定距離內(幾十到幾百米，甚至更遠)，通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的方法對生物體的生理參數如血壓、血流和溫度等數據進(jìn)行采集和監護。

1 智能服裝的概念及實(shí)現

智能服裝的智能化功能主要是通過(guò)以下幾種途徑實(shí)現的：

(1)將具有感知和反應功能的智能纖維與普通纖維交織或將智能纖維編入普通纖維織物中，用這種含有智能纖維的面料做成智能服裝；

(2)對普通纖維進(jìn)行改性，使之具有智能纖維的性能，再以此種面料做成服裝；

(3)將某些特殊物質(zhì)用染整加工的方法結合到織物上，使普通織物具有智能特性，再做成服裝；

(4)將普通服裝與外加元件相結合，制成智能服裝，這些外加元件包括普通元件和高技術(shù)傳感器、檢測器、報警器等。

因此，智能服裝大體上分為兩個(gè)范疇。一是對服裝材料進(jìn)行改良，通過(guò)化學(xué)、物理手段改變紡織材料的結構，使之具備普通材料所不具有的功能。另一個(gè)，可以簡(jiǎn)單理解為信息化的服裝，即通過(guò)在服裝中嵌入各種微小芯片、傳感器等設備，使服裝成為一個(gè)可穿戴計算機，它可以實(shí)時(shí)地與人體進(jìn)行交互，接收穿著(zhù)者發(fā)出的命令或測量人體本身的信息。

2 智能服裝與胸帶的應用及現狀

作為注重健康的現代人，對自己身體健康的關(guān)注度越來(lái)越高，能方便、快捷的了解自己的生理狀態(tài)則變得至關(guān)重要。因此，對于智能胸帶人體生理采集和無(wú)線(xiàn)傳輸系統的設計和研究十分必要，具有重要的社會(huì )意義。智能服裝的應用領(lǐng)域十分廣闊，軍工的需要，成為智能紡織品快速發(fā)展的一個(gè)主要原因。在民用方面，智能紡織品也有巨大的發(fā)展潛力，如多功能的運動(dòng)服、實(shí)時(shí)檢測人體生理指標的安全服等?？赏ㄟ^(guò)在病人身上安放多個(gè)傳感器或其他醫療設備以檢測病人的體征；在家中部署傳感器網(wǎng)絡(luò )，可以幫助老年人，特別是全球越來(lái)越多的60歲以上的老年人在家里得到更好的照顧，并幫助他們盡早檢測出疾病。

目前在國外已研制出較為先進(jìn)的智能胸帶，新西蘭Zephyr科技公司最近研制成功了一種生物智能胸帶。只要人們把這種生物胸帶戴在身上，它就會(huì )收集人體的心跳、體溫、身體姿勢、動(dòng)作和呼吸速率等信息。英國波爾頓大學(xué)材料研究和創(chuàng )新中心的科學(xué)家最近開(kāi)發(fā)出一種可以檢測早期乳癌的智能胸罩。國內對智能服裝的開(kāi)發(fā)研究最早源于20世紀70年代末，當時(shí)電子技術(shù)還較落后，所以智能服裝的發(fā)展也十分緩慢，主要應用在航空航天等特殊行業(yè)領(lǐng)域。

智能胸帶采集人體生理參數的發(fā)展很有潛力，主要有以下幾個(gè)方向：

(1)利用因特網(wǎng)和先進(jìn)傳感器技術(shù)，使遠程醫療更加普及。

(2)醫療儀器的二次開(kāi)發(fā)，使舊儀器可直接利用計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行人體生理參數的監護。

(3)利用先進(jìn)技術(shù)，提高人體生理參數數據采集的準確性。

(4)開(kāi)發(fā)便攜式多通道生物遙測系統。

(5)實(shí)現人體生理參數實(shí)時(shí)采集和無(wú)線(xiàn)傳輸及監護。

3 智能胸帶的研發(fā)

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，服裝專(zhuān)業(yè)和其他學(xué)科的交叉與滲透以及生物醫學(xué)學(xué)科的進(jìn)步，面向智能胸帶的人體各項生理參數采集以及無(wú)線(xiàn)傳輸儀器將會(huì )有一個(gè)新的發(fā)展。

傳統的有線(xiàn)傳輸方式嚴重影響日常的起居生活，難以做到隨時(shí)隨地監測，智能胸帶的可移動(dòng)性使用戶(hù)能夠在自由運動(dòng)中使用，并具有可再編程能力、無(wú)線(xiàn)通信能力、操作和交互的連續性等特性，并且整個(gè)計算機同使用者融為一體，可以隨著(zhù)穿戴者任意移動(dòng)。智能胸帶的研發(fā)是服裝功能性與舒適性的一個(gè)分支，是以智能胸帶的硬件系統為基礎，通過(guò)軟件編程進(jìn)行硬件操作，實(shí)現即時(shí)的人體的生理參數即心率、壓力、溫度和濕度的采集，并且采用無(wú)線(xiàn)傳輸的方式把測量到的數據傳輸到顯示設備或者計算機中，另外實(shí)現可視化功能，后臺的數據庫可以實(shí)現數據的即時(shí)查看與存儲。

3.1 傳感器的選擇

在傳統的模擬信號無(wú)線(xiàn)傳輸采集系統中，需要很好地解決引線(xiàn)誤差補償問(wèn)題、多點(diǎn)測量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達到較高的測量精度。另外一般監控現場(chǎng)的電磁環(huán)境惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在采集系統中，采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，考慮系統的經(jīng)濟性和傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展狀況，確定溫度傳感器采用數字式，壓力、濕度傳感器采用電壓集成式。

3.2無(wú)線(xiàn)射頻芯片的確定

通過(guò)對單片機的工作原理及其接口技術(shù)的了解與掌握，通過(guò)對市面上的無(wú)線(xiàn)射頻模塊的研究選擇一個(gè)適合的芯片，即具備：無(wú)線(xiàn)收發(fā)器；內含8051控制器及A／D轉化功能；可在低電壓下工作；內有電壓調節器；所需外圍器件很少；設計簡(jiǎn)單。具備以上功能的射頻收發(fā)芯片nRF24E1即可作為參數采集硬件系統的主要芯片。

3.3 胸帶的研究

由于是面向智能胸帶的參數采集系統，所以對于胸帶的材料和款式進(jìn)行相應的研究可以使此系統的開(kāi)發(fā)避免因胸帶的原因而無(wú)法正常運行，對于醫用或者運動(dòng)專(zhuān)用等功能的智能胸帶，在胸帶的款式及材料的設計上需要更加簡(jiǎn)潔，尤其在款式上進(jìn)行研究使其具備易穿戴的、不同于傳統胸帶的功能，并且使款式、材料及軟硬件系統進(jìn)行很好的結合，使之成為一體最終達到人機合一的狀態(tài)。