[實用新型]一種用于戶外極限運(yùn)動人員安全監(jiān)控的可穿戴設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420040767.2
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN203773268U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣鵬;王坤;王英帥;王興民
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01D21/02;A61B5/01;A61B5/145;A61B5/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.一種用于戶外極限運(yùn)動人員安全監(jiān)控的可穿戴設(shè)備，包括電源管理模塊、生理參數(shù)采集模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、GPS定位模塊、GPRS傳輸模塊和處理器模塊；

其特征在于：生理參數(shù)采集模塊包括人體體溫參數(shù)采集單元、血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元；環(huán)境參數(shù)采集模塊包括環(huán)境溫濕度采集單元、環(huán)境大氣壓參數(shù)采集單元；

所述電源管理模塊包括VCC7.4V可充電式鋰電池、VCC5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路、VCC4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路、VCC3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路；7.4V可充電式鋰電池JS-7.4V-2.2AH為VCC5V.0電壓轉(zhuǎn)換電路提供電源；VCC5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心為AMS1117-5.0低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，其輸出供給VCC4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路、VCCC3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路、人體體溫參數(shù)采集單元、血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元、環(huán)境大氣壓參數(shù)采集單元、GPS定位模塊；4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心為FDS9435-MOSFET功率管、LM3485遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，其輸出為GPRS模塊提供電源，VCC3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心為AMS1117-3.3低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，其輸出為環(huán)境溫濕度采集單元、處理器模塊主芯片STM32F103RBT6、JTAG接口提供電源；

電源管理模塊包括：7.4V鋰電池、7.4V鋰電池接口J1、自鎖開關(guān)K1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-5.0、第二電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-3.3、第一MOSFET功率管FDS9435、第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485、第一電解電容C1、第一鉭電容C2、第二鉭電容C3、第二電解電容C4、第三電解電容C5、第三鉭電容C6、第四鉭電容C7、第四電解電容C8、第五鉭電容C9、第五電解電容C10、第六電解電容C11、第六鉭電容C12、第七鉭電容C13、第七電解電容C14、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電源指示燈DS1、第一電感L1；

所述7.4V鋰電池的負(fù)極接地，7.4V鋰電池的正極連接自鎖開關(guān)K1的第一引腳，自鎖開關(guān)K1的2引腳和第一二極管D1的陽極相連，第一二極管D1的陰極連接VCC7.4V電壓輸出端；

VCC7.4V電壓輸出端與VCC5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第一電解電容C1的正極、第一鉭電容C2的一端、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-5.0的3引腳連接，第一電解電容C1的負(fù)極連接第一鉭電容C2的另一端、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-5.0的1引腳、第二鉭電容C3的一端、第二電解電容C4的負(fù)極、第二二極管D2的陽極、第三電解電容C5的負(fù)極、第三鉭電容C6的一端到地，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-5.0的2引腳連接第二鉭電容C3的另一端、第二電解電容C4的正極、第二二極管D2的陰極、第三二極管D3的陽極，第三二極管D3的陰極連接第三電解電容C5的正極、第三鉭電容C6的另一端到5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端；

VCC5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與VCC3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第二電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-3.3的3引腳、第四鉭電容C7的一端、第四電解電容C8的陽極連接，第四鉭電容C7的另一端連接第四電解電容C8的陰極、第二電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-3.3的1引腳、第五鉭電容C9的一端、第五電解電容C10的陰極到地，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-3.3的2引腳連接第五鉭電容C9的另一端、第五電解電容C10的陽極和第一電阻R1的一端到VCC3.3V的電壓輸出端，第一電阻R1的另一端連接第一電源指示燈DS1的陽極，第一電源指示燈DS1的陰極接地；

VCC5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與VCC4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第六電解電容C11的陽極、第一MOSFET功率管FDS9435的1引腳、2引腳、3引腳和第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的8引腳連接，第一MOSFET功率管FDS9435的4引腳連接第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的7引腳，第一MOSFET功率管FDS9435的5引腳、6引腳、7引腳、8引腳連接第四二極管D4的陰極、第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的1引腳、第一電感L1的一端，第四二極管D4的陽極連接GND，第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的2引腳、6引腳連接GND，第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的5引腳連接第二電阻R2的一端、第六鉭電容C12的一端，第六鉭電容C12的另一端連接第二電阻R2到第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的8引腳，第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的3引腳架空，第一遲滯開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器LM3485的4引腳連接第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端、第七鉭電容C13的一端，第三電阻R3的另一端連接GND，第四電阻R4的另一端連接第七鉭電容C13的另一端、第七電解電容C14的陽極、第一電感L1的另一端到VCC4.0V的電壓輸出端，第七電解電容C14的陰極連接GND；

所述生理參數(shù)采集模塊包括人體體溫參數(shù)采集單元、血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元；人體體溫參數(shù)采集單元采用TSIC506數(shù)字式高精度體溫傳感器和處理器模塊的24引腳相連，數(shù)據(jù)讀取采用Tsic?ZAC總線通信協(xié)議，電源端和5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路相連；血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元YS2000和處理器模塊的通用異步收發(fā)接口UART3相連，電源端和5.0V電壓轉(zhuǎn)換電路相連；所述的血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元包括CY8C5566L高速處理器單元、電壓轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓濾波電路，輸出的信號和處理器的UART3相連；

血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元電路包括：連接端子P1、連接端子P2，第八鉭電容C15；

連接端子P2的RX腳連接連接端子P1的一個RX腳，連接端子P2的2腳連接連接端子P1的一個TX腳，連接端子P2的TX腳連接GND，連接端子P2的電源腳連接VCC5.0V的電壓輸出端、第八鉭電容C15的一端，第八鉭電容C15的另一端連接GND，連接端子P1的另一個RX腳連接處理器STM32F103RBT6的PB10引腳，連接端子P1的另一個TX腳連接處理器STM32F103RBT6的PB11引腳；

人體體溫參數(shù)采集單元電路包括：連接端子P3，第五電阻R5，第九鉭電容C16；人體體溫參數(shù)采集單元的連接端子P3的電源引腳連接第五電阻R5的一端、第九鉭電容C16的一端，第五電阻的另一端連接VCC5.0V的電壓輸出端，連接端子P3的IO引腳連接處理器STM32F103RBT6的PC0引腳，連接端子P3的GND引腳接地；

所述的環(huán)境參數(shù)采集模塊包括環(huán)境溫濕度采集單元、環(huán)境大氣壓采集單元；環(huán)境溫濕度采集單元采用SHT11數(shù)字式高精度溫濕度傳感器和處理器的PB0、PB1引腳相連，數(shù)據(jù)讀取采用類IIC總線協(xié)議，電源端與VCC3.3V電壓輸出端相連；環(huán)境大氣壓采集單元采用BMP085數(shù)字式高精度大氣壓采集芯片和處理器的PC引腳相連，電源端和VCC5.0V電壓輸出端相連；

環(huán)境溫濕度采集單元包括：第十鉭電容C17，第六電阻R6，模塊連接端子P4；連接端子P1的SDA腳連接第六電阻R6的一端、處理器模塊STM32F103RBT6的PB1引腳，第六電阻R6的另一端連接VCC3.3V電壓輸出端電路，模塊連接端子P4的電源引腳連接第十鉭電容C17的一端、VCC3.3V電壓輸出端電路，第十鉭電容C17的另一端連接模塊連接端子P6的GND引腳接地，連接端子P6的SCL引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PB0引腳；

環(huán)境大氣壓采集單元包括：第十一鉭電容C18，模塊連接端子P6，端子P5；連接端子P6的電源引腳連接第十一鉭電容C18的一端、VCC5.0V電壓輸出端，模塊連接端子P6的SCL引腳連接端子P5的SCL引腳，模塊連接端子P6的SDA引腳連接端子P5的SDA引腳，模塊連接端子P6的XCLR引腳連接端子P5的XCLR引腳，模塊連接端子P6的NC引腳連接端子P5的NC引腳，模塊連接端子P6的GND引腳接地，端子P5的SCL引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PC0引腳，端子P5的SDA引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PC1引腳，端子P5的XCLR引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PC2引腳，端子P5的NC引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PC3引腳；

GPS定位模塊包括：模塊連接端子P7，第十二鉭電容C19；模塊連接端子P7的電源引腳連接第十二鉭電容C19的一端、VCC5.0V電壓輸出端，模塊連接端子P7的GND引腳接地，模塊連接端子P7的TX引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PA3引腳，模塊連接端子P7的RX引腳連接處理器模塊STM32F103RBT6的PA2引腳；

所述GPRS傳輸模塊KS-97和處理器模塊的通用異步收發(fā)Universal?Asynchronous?Receiver/Transmitter，UART接口UART1相連，電源端和VCC4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端相連，VCC4.0V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端電壓可達(dá)50V，轉(zhuǎn)換電路充分考慮電磁干擾，VCC4.0V輸出電壓穩(wěn)定可靠，波紋小，為GPRS模塊提供電源；GPRS傳輸模塊電路圖包括：第十三鉭電容C20、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第二發(fā)光二極管DS2、第三發(fā)光二極管DS3、第四發(fā)光二極管DS4、GPRS核心單元KS97，連接端子P8，第二按鍵K2；

GPRS傳輸模塊電路中的核心單元KS97的1引腳、2引腳、11引腳、20引腳連接GND，GPRS的核心單元KS97的3引腳、4引腳相連至VCC4.0V輸出電壓端，GPRS核心單元KS97的5引腳和連接端子P8的1引腳相連，連接端子P8的1引腳連接處理器STM32F103RBT6的PA9引腳，GPRS核心單元KS97的6引腳和連接端子P8的3引腳相連，連接端子P8的3引腳連接處理器STM32-64的PA10引腳，GPRS核心單元KS97的9引腳連接第二按鍵K2的3引腳，第二按鍵K2的1引腳連接GND，GPRS核心單元KS97的10引腳連接第七電阻R7，第七電阻R7連接第二發(fā)光二極管的陽極，第二發(fā)光二極管的陰極連接GND，GPRS核心單元KS97的18引腳連接第八電阻R8的一端，第八電阻R8的另一端連接第三發(fā)光二極管DS3的陽極，第三發(fā)光二極管DS3的陰極連接GND，GPRS核心單元KS97的19引腳連接第九電阻R9的一端，第九電阻R9的另一端連接第四發(fā)光二極管DS4的陽極，第四發(fā)光二極管DS4的陰極連接GND，GPRS核心單元KS97的其他引腳都架空；

所述處理器模塊以處理器STM32F103RBT6為核心，在其外圍分別搭建了復(fù)位電路、晶振電路、JTAG接口電路、RS-232收發(fā)器電路、退耦電路；并且對處理器的各電源引腳進(jìn)行了退藕處理；處理器的電源端連接VCC3.3V電壓輸出端；處理器模塊中的三個UART接口分別和GPRS傳輸模塊、GPS定位模塊、血氧飽和度和脈搏參數(shù)采集單元相連；其中RS-232收發(fā)器電路包括：第十四鉭電容C21、第十五鉭電容C22、第十六鉭電容C23、第十七鉭電容C24，第一串口插件COM1、第一RS-232收發(fā)器芯片MAX3232；主處理器單元電路包括：主芯片STM32F103RBT6、第十八鉭電容C25、第十九鉭電容C26、第二十鉭電容C27、第二十一鉭電容C28、第二十二鉭電容C29、第二十三鉭電容C30、第二十四鉭電容C31、第二十五鉭電容C32、第二十六鉭電容C33、第二十七鉭電容C34、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按鍵K3、第五發(fā)光二極管DS5、第十電阻R10、第十一電阻R11；JTAG接口電路包括：JTAG接插件JTAG_20、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第二十八鉭電容C35；

RS-232電路主芯片MAX3232中的1引腳連接第十六鉭電容C23的一端，第十六鉭電容C23的另一端連接MAX3232的3引腳，MAX3232中的4引腳連接第十七鉭電容C24的一端，第十七鉭電容C24的另一端連接MAX3232的5引腳，MAX3232中的2引腳連接第十四鉭電容C21的一端，第十四鉭電容C21的另一端連接GND，MAX3232中的2引腳連接第十五鉭電容C22的一端，第十五鉭電容C22的另一端連接GND，MAX3232中的13引腳連接第一串口插口COM1的3引腳，MAX3232中的14引腳連接第一串口插口COM1的2引腳，MAX3232中的11引腳連接主處理器芯片STM32F103RBT6的PA9，MAX3232中的12引腳連接主處理器芯片STM32F103RBT6的PA10，MAX3232中的16引腳連接VCC5.0V電壓輸出端，MAX3232中的15引腳連接GND，MAX3232中的其他引腳都架空，第一串口插件COM1的5引腳連接GND；

處理器模塊的主芯片STM32F103RBT6的7引腳連接復(fù)位電路中的第二十七鉭電容C34的一端、第十電阻R10的一端、第三按鍵K3的3引腳，第三按鍵K3的1引腳連接第二十七鉭電容C34的另一端到GND；第十電阻R10的另一端連接第十一電阻R11的一端、VCC3.3V電壓輸出端，第十一電阻R11的另一端連接第五發(fā)光二極管DS5的陽極，第五發(fā)光二極管DS5的陰極連接處理器芯片STM32F103RBT6的53引腳；處理器芯片STM32F103RBT6的5引腳連接第一晶振Y1的一端、第二十三鉭電容C30的一端，處理器芯片STM32F103RBT6的6引腳連接第一晶振Y1的另一端、第二十四鉭電容C31的一端，第二十三鉭電容C30的另一端和第二十四鉭電容C31的另一端均接地；處理器芯片STM32F103RBT6的3引腳連接第二晶振Y2的一端、第二十五鉭電容C32的一端，處理器芯片STM32F103RBT6的4引腳連接第二晶振Y2的另一端、第二十六鉭電容C33的一端，第二十三鉭電容C32的另一端和第二十四鉭電容C33的另一端均接地；如果晶振電路起振不理想，可以在晶振Y1和Y2兩端分別并聯(lián)一個電阻；處理器芯片STM32F103RBT6的13引腳連接第十八鉭電容C25的一端，第十八鉭電容C25的另一端連接處理器芯片STM32F103RBT6的12引腳到GND；處理器芯片STM32F103RBT6的19引腳連接第十九鉭電容C26的一端，第十九鉭電容C26的另一端連接處理器芯片STM32F103RBT6的18引腳到GND；處理器芯片STM32F103RBT6的32引腳連接第二十鉭電容C27的一端，第二十鉭電容C27的另一端連接處理器芯片STM32F103RBT6的31引腳到GND；處理器芯片STM32F103RBT6的48引腳連接第二十一鉭電容C28的一端，第二十一鉭電容C28的另一端連接處理器芯片STM32F103RBT6的47引腳到GND；處理器芯片STM32F103RBT6的64引腳連接第二十二鉭電容C29的一端，第二十二鉭電容C29的另一端連接處理器芯片STM32F103RBT6的63引腳到GND；

JTAG接口電路中的接插件JTAG_20的3引腳連接處理器芯片STM32F103RBT6的56引腳、第十二電阻R12的一端，第十二電阻R12的另一端連接VCC3.3V電壓輸出端；接插件JTAG_20的5引腳連接處理器芯片STM32F103RBT6的50引腳、第十三電阻R13的一端，第十三電阻R13的另一端連接VCC3.3V電壓輸出端；接插件JTAG_20的7引腳連接處理器芯片STM32F103RBT6的46引腳、第十四電阻R14的一端，第十四電阻R14的另一端連接VCC3.3V電壓輸出端；接插件JTAG_20的9引腳連接處理器芯片STM32F103RBT6的49引腳、第十五電阻R15的一端，第十五電阻R15的另一端連接GND；接插件JTAG_20的13引腳連接處理器芯片STM32F103RBT6的55引腳、第十六電阻R16的一端，第十六電阻R16的另一端連接VCC3.3V電壓輸出端；接插件JTAG_20的1引腳、2引腳連接VCC3.3V電壓輸出端，接插件JTAG_20的2引腳連接第二十八鉭電容C35的一端，第二十八鉭電容C35的另一端連接接插件JTAG_20的4引腳、6引腳、8引腳、10引腳、12引腳、14引腳、16引腳、18引腳、20引腳，接插件JTAG_20的其他引腳均架空。