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)測設(shè)備與服裝相結(jié)合的方法可以滿足用戶不同需求。文中提出一種穿戴式多參數(shù)監(jiān)測智能服飾系統(tǒng)。
該系統(tǒng)實(shí)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(dòng)態(tài)、協(xié)同監(jiān)測，具有生理信號(hào)檢測、信號(hào)特征提取功能。并且將傳感器、織物電纜和柔性電路板有機(jī)結(jié)合到服裝中，利用藍(lán)牙技術(shù)完成數(shù)據(jù)的備份，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)等功能。
1 系統(tǒng)硬件組成
本系統(tǒng)利用傳感器無創(chuàng)采集人體的各項(xiàng)生命體征參數(shù)，處理器對采集到的信號(hào)進(jìn)行軟處理，可以計(jì)算出體溫、心率、血壓等信息。并通過藍(lán)牙模塊將信息備份到內(nèi)置藍(lán)牙的手機(jī)、電腦等設(shè)備上。在身體狀況異常時(shí)本系統(tǒng)能夠發(fā)出警報(bào)信號(hào)。本系統(tǒng)還可以通過轉(zhuǎn)發(fā)來支持遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。
該系統(tǒng)由電池模塊、傳感器、柔性電路板、電子織物、中央處理器和藍(lán)牙模塊組成。CPU采用ADI公司基于ARM7TDMI內(nèi)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(tǒng)的應(yīng)用。
藍(lán)牙智能服裝系統(tǒng)原理，如圖1所示。
1．1 監(jiān)測傳感器
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。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。考慮到本系統(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)脈血液對血管壁的壓力轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)，具體電路如圖2所示。
1．4 藍(lán)牙模塊
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。
1．5 外擴(kuò)功能
本系統(tǒng)支持系統(tǒng)功能外擴(kuò)。針對糖尿病、高血壓患者的實(shí)際需求可以加裝測量血糖、血氧等模塊，進(jìn)行對血糖、血氧等的無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測。使穿戴者隨時(shí)進(jìn)行測量，方便易操作。
2 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件包括穿戴式監(jiān)測儀部分和外聯(lián)設(shè)備部分。
2．1 穿戴式監(jiān)測儀軟件
穿戴式監(jiān)測儀可以工作在兩種模式下：一是心率采集模式，二是全項(xiàng)采集模式，程序方框圖如圖6所示。當(dāng)工作于心率采集模式時(shí)，穿戴式監(jiān)測儀實(shí)時(shí)監(jiān)測穿戴者心率，并在心率小于某一臨界點(diǎn)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒穿戴者注意，同時(shí)經(jīng)藍(lán)牙將心率數(shù)據(jù)發(fā)送至外聯(lián)設(shè)備。這一模式可以降低功耗，延長電池的使用時(shí)間。在接受到外聯(lián)設(shè)備發(fā)送的命令后，穿戴式監(jiān)測儀工作于全項(xiàng)采集模式，這時(shí)采集穿戴式檢測儀所支持的所有生命體征參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙模塊傳輸?shù)酵饴?lián)設(shè)備。
2．2 外聯(lián)設(shè)備軟件
外聯(lián)設(shè)備軟件流程圖如圖7所示。
外聯(lián)設(shè)備能夠遙控控制穿戴式監(jiān)測儀工作于全項(xiàng)采集模式，將穿戴式監(jiān)測儀采集到的各項(xiàng)生理指標(biāo)實(shí)時(shí)在終端顯示屏幕上并保存，方便以后查看。需要的話，能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)和Intemet網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)端的醫(yī)生，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。當(dāng)使用者的關(guān)鍵生理指標(biāo)小于或大于某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，外聯(lián)設(shè)備能將采集到的數(shù)據(jù)和GPS信息以短信的方式發(fā)送給預(yù)先設(shè)置的緊急聯(lián)系人并撥打此號(hào)碼，確保緊急聯(lián)系人能第一時(shí)間知道使用者的身體狀況，及時(shí)采取救助措施，保護(hù)穿著者的生命安全，適合于患有突發(fā)性心臟病者使用。
3 總結(jié)與展望
提出并設(shè)計(jì)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(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。
2 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件包括穿戴式監(jiān)測儀部分和外聯(lián)設(shè)備部分。
2．1 穿戴式監(jiān)測儀軟件
這一模式可以降低功耗，延長電池的使用時(shí)間。當(dāng)工作于心率采集模式時(shí)，穿戴式監(jiān)測儀實(shí)時(shí)監(jiān)測穿戴者心率，并在心率小于某一臨界點(diǎn)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒穿戴者注意，同時(shí)經(jīng)藍(lán)牙將心率數(shù)據(jù)發(fā)送至外聯(lián)設(shè)備。在接受到外聯(lián)設(shè)備發(fā)送的命令后，穿戴式監(jiān)測儀工作于全項(xiàng)采集模式，這時(shí)采集穿戴式檢測儀所支持的所有生命體征參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙模塊傳輸?shù)酵饴?lián)設(shè)備。
穿戴式監(jiān)測儀可以工作在兩種模式下：一是心率采集模式，二是全項(xiàng)采集模式，程序方框圖如圖6所示。
2．2 外聯(lián)設(shè)備軟件
外聯(lián)設(shè)備軟件流程圖如圖7所示。
外聯(lián)設(shè)備能夠遙控控制穿戴式監(jiān)測儀工作于全項(xiàng)采集模式，將穿戴式監(jiān)測儀采集到的各項(xiàng)生理指標(biāo)實(shí)時(shí)在終端顯示屏幕上并保存，方便以后查看。需要的話，能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)和Intemet網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)端的醫(yī)生，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。
當(dāng)使用者的關(guān)鍵生理指標(biāo)小于或大于某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，外聯(lián)設(shè)備能將采集到的數(shù)據(jù)和GPS信息以短信的方式發(fā)送給預(yù)先設(shè)置的緊急聯(lián)系人并撥打此號(hào)碼，確保緊急聯(lián)系人能第一時(shí)間知道使用者的身體狀況，及時(shí)采取救助措施，保護(hù)穿著者的生命安全，適合于患有突發(fā)性心臟病者使用。
3 總結(jié)與展望
該智能服裝系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的需求選擇合適的工作模式，并且能夠用于生命檢測。另外，通過利用藍(lán)牙技術(shù)將人體、智能手機(jī)以及外網(wǎng)等聯(lián)合起來，備份采集的生命體征數(shù)據(jù)，對于遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)方面，有十分深遠(yuǎn)的意義。