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基于蓝牙技术的步态监测系统.pdf

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基于 蓝牙技术 步态 监测 系统
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摘要
申请专利号:

CN201520168184.2

申请日:

20150324

公开号:

太阳城集团CN204562169U

公开日:

20150819

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:
IPC分类号: A61B5/11 主分类号: A61B5/11
申请人: 东北大学秦皇岛分校
发明人: 刘志刚,欧阳润宇,赵嘉均
地址: 066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区泰山路143号
优先权: CN201520168184U
专利代理机构: 北京联创佳为专利事务所(普通合伙) 代理人: 刘美莲;郭防
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法律状态
申请(专利)号:

CN201520168184.2

授权太阳城集团号:

法律状态太阳城集团日:

法律状态类型:

摘要

太阳城集团本实用新型公开了一种基于蓝牙技术的步态监测系统,包括:控制单元(1)、压力采集模块(2)、加速度采集模块(3)、RF天线匹配模块(4)和电源模块(5),所述的控制单元(1)分别与压力采集模块(2)、加速度采集模块(3)、RF天线匹配模块(4)和电源模块(5)连接。本实用新型通过采用控制单元、压力采集模块、加速度采集模块、RF天线匹配模块和电源模块,尤其是通过采用RF天线匹配模块,从而可以实现与终端设备的无线连接,不仅省去了应用调制解调器进行连接的繁琐步骤,而且节约了成本,适合大规模推广应用。

权利要求书

太阳城集团1.基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,包括:控制单元(1)、压力采集模块(2)、加速度采集模块(3)、RF天线匹配模块(4)和电源模块(5),所述的控制单元(1)分别与压力采集模块(2)、加速度采集模块(3)、RF天线匹配模块(4)和电源模块(5)连接。2.根据权利要求1所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,所述的RF天线匹配模块(4)中包括Balum匹配电路(16)和倒F蓝牙天线(17),所述的Balum匹配电路(16)分别与控制单元(1)和倒F蓝牙天线(17)连接。3.根据权利要求2所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,所述的压力采集模块(2)包括压力传感器(6)和运算放大器(7),所述的运算放大器(7)分别与压力传感器(6)和控制单元(1)连接。4.根据权利要求3所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,所述的电源模块(5)包括蓄电池(8)和电压转换电路(9),所述的电压转换电路(9)分别与蓄电池(8)和控制单元(1)连接。5.根据权利要求4所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,还包括第一滤波电路(10)、第二滤波电路(11)和第三滤波电路(12),所述的第一滤波电路(10)与蓄电池(8)连接;第二滤波电路(11)分别与电压转换电路(9)和第三滤波电路(12)连接,所述的第三滤波电路(12)与控制单元(1)连接。6.根据权利要求4所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,还包括JTAG下载及串口模块(13),所述的JTAG下载及串口模块(13)分别与控制单元(1)和电压转换电路(9)连接。7.根据权利要求6所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,还包括晶振电路接口(14),所述的晶振电路接口(14)中包括1个或2个晶振,晶振电路接口(14)与控制单元(1)连接。8.根据权利要求7所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,还包括复位电路(15),所述的复位电路(15)与控制单元(1)连接。9.根据权利要求8所述的基于蓝牙技术的步态监测系统,其特征在于,所述的控制单元(1)采用CC2540控制模块;压力采集模块(2)中的运算放大器(7)采用AD8031芯片;加速度采集模块(3)采用MPU6050芯片及其外围电路,所述的MPU6050芯片及其外围电路通过模拟I2C方式与CC2540控制模块进行通信;所述的电源模块(5)中的电压转换电路(9)采用TPS63001DRCR芯片及其外围电路;所述的JTAG下载及串口模块(13)采用MAX232芯片及其外围电路,所述的复位电路(15)采用CAT811T芯片及其外围电路。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于蓝牙技术的步态监测系统,属于步态监控技术领域。

背景技术

人口老龄化已经成为了全球性的趋势,根据世界卫生组织调查报告。目前世界人口有72亿,其中老年人口为6亿。预计到2025年六十岁以上的老年人口数将上升到12亿人,到2050年,老年人口数将达到20亿。与此同时,国家、社会对老年人口的医疗保障和安全卫生等方面的投入也呈现出不断上升的趋势。但是,一方面,由于劳动力资源有限,青壮年劳动力的人口数量相对的不断的减少,对老年人的照顾难以全面。另一方面,老年人的精神,身体都或多或少有各种不可避免的缺陷,包括其认知能力的下降,这可能会使他们忽略一些对健康有潜在危险的因素。这些潜在因素最终会导致一些慢性病的发生,导致老人在晚年受到病痛的折磨,造成无法挽回的后果。更为急切的是,在这个生活节奏不断上升的社会,子女们忙于工作也不可能时时刻刻照顾老人,老年人独处的太阳城集团越来越多。但是,为了保持老年人的身体健康适当的户外锻炼是必不可少的。可是,在没有子女的监督下,对老年人而言独自进行运动是很危险的。由此观之,利用科技的手段对老年人的生活进行监督、管理是迫在眉睫的需要,应用高科技技术给老年人提供服务将会给老年人的生活质量带来提高,给他们的生活安全带来保障。

另外,据我国卫生部统计,摔倒已成为导致老年人死亡率上升的四大因素之一。每年我国有4000万以上的(65岁以上)老年人跌倒,轻者导致残疾,重者则可能导致死亡。因而对老年人的步态进行监控显得十分必要。

太阳城集团虽然在老年人的健康监护方面,目前已经有专门给老年人设计的服务型机器人、医疗保健设备、各种提醒服务、无线健康监护平台以及各种各样的穿戴设备,这些确实给老年人提供了或多或少的帮助,但是这些设备或平台成本较高,因而很难推广普及。此外,现有的步态监控设备只能通过调制解调器与终端设备连接进行参数的处理,不仅成本高昂,而且操作较为繁琐。

实用新型内容

本实用新型的目的在于,提供一种基于蓝牙技术的步态监测系统,它可以有效解决现有技术中存在的问题,尤其是现有的步态监控设备只能通过调制解调器与终端设备连接进行参数的处理,不仅成本高昂,而且操作较为繁琐的问题。

太阳城集团为解决上述技术问题,本实用新型采用如下的技术方案:基于蓝牙技术的步态监测系统,包括:控制单元、压力采集模块、加速度采集模块、RF天线匹配模块和电源模块,所述的控制单元分别与压力采集模块、加速度采集模块、RF天线匹配模块和电源模块连接。

太阳城集团优选的,所述的RF天线匹配模块中包括Balum匹配电路和倒F蓝牙天线,所述的Balum匹配电路分别与控制单元和倒F蓝牙天线连接,采用Balum匹配电路对倒F蓝牙天线信号进行阻抗匹配。

上述系统中,所述的压力采集模块包括压力传感器和运算放大器,所述的运算放大器分别与压力传感器和控制单元连接,通过压力传感器得到模拟的压力数值,再经过运算放大器放大输入到控制单元的内部AD,从而实现了压力到数值的转换。

优选的,所述的电源模块包括蓄电池和电压转换电路,所述的电压转换电路分别与蓄电池和控制单元连接,其中,蓄电池可采用纽扣电池3v供电,通过电压转换电路将3v电压上升为3.3v,供系统中其他模块正常运行。

更优选的,还包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路,所述的第一滤波电路与蓄电池连接;第二滤波电路分别与电压转换电路和第三滤波电路连接,所述的第三滤波电路与控制单元连接,从而可以滤除杂波,稳定系统电源。

前述的基于蓝牙技术的步态监测系统中,还包括JTAG下载及串口模块,所述的JTAG下载及串口模块分别与控制单元和电压转换电路连接,从而可以实现程序的烧录以及终端与计算机的串口通信。

太阳城集团前述的基于蓝牙技术的步态监测系统中,还包括晶振电路接口,所述的晶振电路接口中包括1个或2个晶振,晶振电路接口与控制单元连接,从而可以为控制单元提供正常工作以及休眠状态下的工作频率。

本实用新型还包括复位电路,所述的复位电路与控制单元连接,从而可以实现系统复位功能。

前述的基于蓝牙技术的步态监测系统中,所述的控制单元采用CC2540控制模块;压力采集模块中的运算放大器采用AD8031芯片;加速度采集模块采用MPU6050芯片及其外围电路,所述的MPU6050芯片及其外围电路通过模拟I2C方式与CC2540控制模块进行通信;所述的电源模块中的电压转换电路采用TPS63001DRCR芯片及其外围电路;所述的JTAG下载及串口模块采用MAX232芯片及其外围电路,所述的复位电路采用CAT811T芯片及其外围电路,从而使得本实用新型的成本低廉同时信号的匹配程度较好,系统运行较稳定。

与现有技术相比,本实用新型通过采用控制单元、压力采集模块、加速度采集模块、RF天线匹配模块和电源模块,尤其是通过采用RF天线匹配模块,从而可以实现传感器节点数据直接无线传送至终端设备,不仅省去了应用调制解调器进行连接的繁琐步骤,而且节约了成本,适合大规模推广应用。此外,本实用新型中所述的控制单元采用CC2540控制模块;压力采集模块中的运算放大器采用AD8031芯片;加速度采集模块采用MPU6050芯片及其外围电路,所述的MPU6050芯片及其外围电路通过模拟I2C方式与CC2540控制模块进行通信;所述的电源模块中的电压转换电路采用TPS63001DRCR芯片及其外围电路;所述的JTAG下载及串口模块采用MAX232芯片及其外围电路,所述的复位电路采用CAT811T芯片及其外围电路,从而使得本实用新型的成本低廉同时信号的匹配程度较好,系统运行较稳定,数据传输速率较高。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构连接方框示意图;

图2是控制单元与RF天线匹配模块及晶振电路接口的电路连接原理图;

图3是复位电路的电路原理图;

图4是JTAG下载及串口模块的电路原理图;

图5是加速度采集模块的电路原理图;

图6是电源模块与第一滤波电路及第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路的电路连接原理图;

图7是压力采集模块的电路原理图。

附图标记:1-控制单元,2-压力采集模块,3-加速度采集模块,4-RF天线匹配模块,5-电源模块,6-压力传感器,7-运算放大器,8-蓄电池,9-电压转换电路,10-第一滤波电路,11-第二滤波电路,12-第三滤波电路,13-JTAG下载及串口模块,14-晶振电路接口,15-复位电路,16-Balum匹配电路,17-倒F蓝牙天线。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

太阳城集团本实用新型的实施例1:基于蓝牙技术的步态监测系统,如图1所示,包括:控制单元1、压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5,所述的控制单元1分别与压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5连接。所述的RF天线匹配模块4中包括Balum匹配电路16和倒F蓝牙天线17,所述的Balum匹配电路16分别与控制单元1和倒F蓝牙天线17连接。所述的压力采集模块2包括压力传感器6和运算放大器7,所述的运算放大器7分别与压力传感器6和控制单元1连接。所述的电源模块5包括蓄电池8和电压转换电路9,所述的电压转换电路9分别与蓄电池8和控制单元1连接。还包括第一滤波电路10、第二滤波电路11和第三滤波电路12,所述的第一滤波电路10与蓄电池8连接;第二滤波电路11分别与电压转换电路9和第三滤波电路12连接,所述的第三滤波电路12与控制单元1连接。还包括JTAG下载及串口模块13,所述的JTAG下载及串口模块13分别与控制单元1和电压转换电路9连接。还包括晶振电路接口14,所述的晶振电路接口14中包括1个或2个晶振,晶振电路接口14与控制单元1连接。还包括复位电路15,所述的复位电路15与控制单元1连接。所述的控制单元1采用CC2540控制模块;压力采集模块2中的运算放大器7采用AD8031芯片;加速度采集模块3采用MPU6050芯片及其外围电路,所述的MPU6050芯片及其外围电路通过模拟I2C方式与CC2540控制模块进行通信;所述的电源模块5中的电压转换电路9采用TPS63001DRCR芯片及其外围电路;所述的JTAG下载及串口模块13采用MAX232芯片及其外围电路,所述的复位电路15采用CAT811T芯片及其外围电路。在实际应用实施时,为了方便采集数据,可以采用2个相同控制单元1,其中一个与压力采集模块2焊接在一块电路板A上并将电路板A置于鞋中,另一个与加速度采集模块3焊接在一块电路板B上并将电路板B固定于腰上,电路板A和电路板B上同时还设有RF天线匹配模块4、电源模块5、JTAG下载及串口模块13、晶振电路接口14和复位电路15;所述的电路板A的长为34.75mm,宽为28.5mm;所述的电路板B的长为28.075mm,宽为58.4mm,从而使得压力采集模块及加速度采集模块受到的电磁干扰最小,采集的数据较为精确。系统的电路原理图如图2~图7所示,采用图2~图7所示的电路组成的步态监测系统,不仅成本低廉,而且系统稳定性好,数据传输速率较高。

实施例2:基于蓝牙技术的步态监测系统,如图1所示,包括:控制单元1、压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5,所述的控制单元1分别与压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5连接。所述的RF天线匹配模块4中包括Balum匹配电路16和倒F蓝牙天线17,所述的Balum匹配电路16分别与控制单元1和倒F蓝牙天线17连接。所述的压力采集模块2包括压力传感器6和运算放大器7,所述的运算放大器7分别与压力传感器6和控制单元1连接。所述的电源模块5包括蓄电池8和电压转换电路9,所述的电压转换电路9分别与蓄电池8和控制单元1连接。还包括JTAG下载及串口模块13,所述的JTAG下载及串口模块13分别与控制单元1和电压转换电路9连接。

实施例3:基于蓝牙技术的步态监测系统,如图1所示,包括:控制单元1、压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5,所述的控制单元1分别与压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5连接。所述的RF天线匹配模块4中包括Balum匹配电路16和倒F蓝牙天线17,所述的Balum匹配电路16分别与控制单元1和倒F蓝牙天线17连接。所述的压力采集模块2包括压力传感器6和运算放大器7,所述的运算放大器7分别与压力传感器6和控制单元1连接。所述的电源模块5包括蓄电池8和电压转换电路9,所述的电压转换电路9分别与蓄电池8和控制单元1连接。还包括第一滤波电路10、第二滤波电路11和第三滤波电路12,所述的第一滤波电路10与蓄电池8连接;第二滤波电路11分别与电压转换电路9和第三滤波电路12连接,所述的第三滤波电路12与控制单元1连接。

太阳城集团实施例4:基于蓝牙技术的步态监测系统,如图1所示,包括:控制单元1、压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5,所述的控制单元1分别与压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5连接。所述的RF天线匹配模块4中包括Balum匹配电路16和倒F蓝牙天线17,所述的Balum匹配电路16分别与控制单元1和倒F蓝牙天线17连接。

实施例5:基于蓝牙技术的步态监测系统,如图1所示,包括:控制单元1、压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5,所述的控制单元1分别与压力采集模块2、加速度采集模块3、RF天线匹配模块4和电源模块5连接。

太阳城集团本实用新型的一种实施例的工作原理:

如图2~图7所示,加速度采集模块3(可采用芯片MPU6050及其外围电路实现,MPU6050整合了3轴陀螺仪和3轴加速器)采集加速度,并且可与控制单元1(可采用芯片CC2540实现)通过模拟I2C方式通信;压力采集模块2通过压力传感器6(FSR)得到模拟的压力数值,再经过运算放大器7放大输入到控制单元1(可采用芯片CC2540实现)的内部AD,实现压力到数值的转换。由控制单元CC2540的25,26引脚引出一对等幅反差的差分信号,经过电容值为18pf的电容C18和C19滤波,将直流分量滤除,并且将交流信号的相位调到同相,RF天线匹配模块4采用倒F蓝牙天线17,同时应用Balum匹配电路16进行阻抗匹配,具体的说,由图2可知,Balum匹配电路16由C23、C20、L5和L6构成,此电路将双端电路转换成两倍单端信号输出,由此达到与倒F蓝牙天线17匹配,经过Balum匹配电路16的信号虽然是单极性,但是输出的阻抗还不是标准的50Ω,需要再经过C24后才能接到倒F蓝牙天线17。通过RF天线匹配模块4将加速度信号及压力信号传输出去进行处理。CC2540需要2个晶振,分别为32MHz和32.768K,晶振电路接口14如图2所示,如果不需要休眠,不用太过考虑功耗的问题,则32.768K外部晶振可以省去。CC2540芯片采用标准的CC-Debugger调试接口,与JTAG下载及串口模块13进行连接,从而将程序烧录进控制单元1中;复位电路15可进行电路复位;电源模块5采用蓄电池8(如纽扣电池3v)供电,通过电压转换电路9(如TPS3001)将3v电压上升为3.3v,输出的3.3v通过反馈引脚输入到芯片内部与内部恒压源比较,由此调节pwm波的占空比使电压稳定在3.3v;其中,可通过第一滤波电路10、第二滤波电路11、第三滤波电路12滤除杂波,输出稳定的电压,给各个模块供电。

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