用于生命監測的智能服裝系統

隨著(zhù)傳感器技術(shù)、材料技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，采用將醫用監測設備與服裝相結合的方法可以較好地滿(mǎn)足人們這一需求。

　　文中提出一種穿戴式多參數監測智能服飾系統，它將傳感器、織物電纜和柔性電路板有機結合到服裝中，實(shí)現了在日常生活以及作業(yè)環(huán)境下對多生理參數的動(dòng)態(tài)、協(xié)同監測，具有生理信號檢測、信號特征提取功能，并利用藍牙技術(shù)完成數據的備份，以便于進(jìn)一步分析，也可以利用具有藍牙功能的通信設備，實(shí)現遠程醫療服務(wù)等功能。

　　1 系統硬件組成

　　藍牙智能服裝系統原理，如圖1所示。該系統由電池模塊、傳感器、柔性電路板、電子織物、中央處理器和藍牙模塊組成。CPU采用ADI公司基于A(yíng)RM7TDMI內核的ADμC7024處理器，ADμC7024卓越的處理能力、集成眾多片上外圍器件和芯片低功耗的特點(diǎn)，完全勝任目前本系統的應用。本系統利用傳感器無(wú)創(chuàng )采集人體的各項生命體征參數，處理器對采集到的信號進(jìn)行軟處理，可以計算出體溫、心率、血壓等信息。并通過(guò)藍牙模塊將信息備份到內置藍牙的手機、電腦等設備上。在身體狀況異常時(shí)本系統能夠發(fā)出警報信號。本系統還可以通過(guò)轉發(fā)來(lái)支持遠程醫療服務(wù)。

　　1.1 監測傳感器

　　傳感器負責測量心率、體溫等生命體征參數的采集?？紤]到本系統可穿戴式的特點(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，這樣既能減少系統電路的面積，便于穿戴，又能提高系統的穩定性和可靠性。

　　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)節內側，這樣可以直接將動(dòng)脈血液對血管壁的壓力轉換為輸出電信號，具體電路如圖2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(jīng)過(guò)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(jìn)行模數轉換。再經(jīng)過(guò)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(diǎn)。原理圖如圖3所示。HK-2000H型集成數字脈搏傳感器采用USB端口輸出，可以方便地對其輸出進(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ADC做了電路上的優(yōu)化，適合本系統的應用。具體的體溫采集電路如圖4所示。

　　MAX6612輸出幅值與所測溫度的關(guān)系滿(mǎn)足表達式

　　測量到的輸出電信號經(jīng)過(guò)ADμC7024處理器上的1 2位逐次逼近型ADC進(jìn)行模數轉換，轉換結果將存儲在寄存器ADCDAT0中，通過(guò)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(shí)，最低位被置位。通過(guò)讀取寄存器ADCDAT0中的值，再利用軟件，根據上述算法得到測量的體表溫度。

　　1.2 柔性電路板

　　考慮到服裝穿著(zhù)的舒適度，同時(shí)又不能影響對生命體征數據的處理。主板的設計采用柔性電路板。該電路板采用聚酰亞胺或聚脂薄膜為基材，可以承受多次彎曲、折疊和卷繞，散熱性能好，將其與電子織物結合便可方便地將傳感器網(wǎng)絡(luò )分布于全身各處，既對服裝的舒適度影響較小，又利于各項生命體征數據的采集。

　　1.3 電子織物

　　為了在盡量不影響穿著(zhù)舒適度的條件下便于獲取傳感器數據，本系統采用將金屬導線(xiàn)編織到傳統織物中制造電子織物的方法實(shí)現衣物中各模塊之間的電連接。這樣既可以保護金屬導線(xiàn)，減少穿著(zhù)者的不適，又便于將傳感器采集到的數據傳導到處理器進(jìn)行處理。