基于UHFRFID技术的无线脉搏血氧监测系统的制作方法

本发明基于符合iso/iec?18000—6c协议的uhf?rfid系统的无线通信、抗干扰能力强和低功耗等特点，同时结合光电脉搏血氧传感器和微处理器等电子设备，发明了一种可实时监测和记录患者脉搏血氧信息的生命特征监测系统。

背景技术：

1、近年来，随着我国基础建设向西部发展，我国大型基础设施建设成就令世界瞩目，尤其在铁路工程建设领域。铁路建设对促进工业化城镇化发展、保障经济发展运输动力、构建可持续综合交通体系等具有重要的战略地位。但铁路建设工程横跨地域广、地形复杂、地质条件极端、气候环境恶劣，施工人员安全事故高发、频发，施工人员安全监监测与智能风险管控问题备受国家和社会关注。

2、血氧脉搏信号是一个表征人体健康程度的重要参数。血氧饱和度表征人体血液的含氧量，能有效地反映人体循环系统和呼吸系统的生理状态，是人体新陈代谢的重要体征指标之一，也是人体呼吸系统和循环系统病理诊断的重要生理参数。很多疾病的临床表现都会引起人体相关组织和器官中的血氧饱和度变化，从而导致缺氧，甚至危及生命，所以安全有效地检测脉搏和血氧饱和度在施工人员健康监护方面发挥着积极的作用。

3、传统的血氧饱和度测量方法需要对患者进行采血检测，属于有创检测方法，除了给患者带来疼痛的不适感外，操作不规范也可能导致感染，且不能连续、实时地获得检测结果。此外，传统方法需要医护人员亲自操作，过度占用医护人员的时间和精力，从而导致医疗资源紧张。随着对脉搏和血氧饱和度测量研究的不断深入，以及蓝牙、zigbee、wifi等各种低功耗、短距离无线通信技术的发展，利用体表传感器采集监护信号，并通过上述方式将数据信息传输到终端设备上，从而替代传统的复杂电连线,给患者带来便利和更好的舒适度。

4、但蓝牙、zigbee和wifi技术存在一些弊端，例如：都需要电源支持，因而限制了仪器设备的尺寸和灵活性，并且上述技术的成本较高。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于uhf?rfid技术的无线脉搏血氧监测系统，该方法采用反射式检测方式实现无创、实时的血氧脉搏检测,避免了有创式检测方法给患者带来的伤害，为患者提供更好的医疗体验，同时基于复杂环境采用不同的通信方式，提高了通信的可靠性。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：一种基于uhf?rfid技术的无线脉搏血氧监测系统，包括天线、信号处理?？?、电源管理?？?、数字逻辑微控制器以及与天线相连接的无线收发?？?；信号处理?？榈男藕攀涑龆擞胧致呒⒖刂破餍藕攀淙攵讼嗔?，数字逻辑微控制器信号输出端与无线收发?？橄嗔?；电源管理?？橄蛐藕糯砟？楹褪致呒⒖刂破鞴┑?；还包括由电源管理?？楣┑绲穆霾醪杉？?，脉搏血氧采集?？樾藕攀涑龆擞胄藕糯砟？樾藕攀淙攵讼嗔?；电源管理?？榘ㄉ淦的芰渴占娲⒌缏泛湍芰抗芾淼缏?，能量管理电路包括电压检测电路；射频能量收集存储电路包括多级串联的dickson电荷泵，每个dickson电荷泵包括第一、第二电容以及一个场效应管，场效应管的栅极与第一电容的一端相连接，场效应管的漏极与第二电容的一端相连接，并作为dickson电荷泵的输出端与下一级的dickson电荷泵的场效应管的源极相连；第一级dickson电荷泵的场效应管的源极接地；每个dickson电荷泵的第一电容的另一端与天线相连接，每个dickson电荷泵的第二电容的另一端接地；最后一级dickson电荷泵的漏极分别与信号处理?？?、数字逻辑微控制器、脉搏血氧采集?？橐约暗缪辜觳獾缏废嗔?，电压检测电路对射频能量收集存储电路存储的电压进行检测，并根据检测结果实现对数字逻辑微控制器工作模式的切换。

3、所述的射频能量收集存储电路，改进了传统的dickson电荷泵，将二极管换为场效应管，实现了对转换器件的阈值电压进行补偿。脉搏血氧采集?？椴捎梅瓷涫?。

4、本发明具有对人体脉搏血氧信号进行无创采集、将微小信号进行放大滤波处理和对数据进行中短程无线收发等功能，为人体脉搏血氧信号的采集、处理、分析和中短程无线收发提供了技术支持。

5、进一步的，所述电压检测电路包括电压检测器与电平转换器，对射频能量收集存储电路中存储的电压进行检测，并通过supervisor端口实现对数字逻辑微控制器模式的切换，当检测到电压大于xv时，数字逻辑微控制器进入活跃模式，当检测到电压低于x?v时，数字逻辑微控制器将数据写入flash，当电压低于y?v时，数字逻辑微控制器进入低功耗模式，其中x>y。

6、进一步的，能量管理电路还包括信号探测电路，实现了对当前信号强度进行探测的功能。信号探测电路包括第一比较器、包络检波电路、峰值检测电路和均值检测电路；包络检波电路包括第一二极管、分别与第一二极管负极相连接的第一电阻和第一电容，第一电阻和第一电容均接地；第一二极管的正极与天线连接；

7、峰值检测电路包括第二比较器、第二二极管和第二电容；第二比较器同相输入端与第一二极管的负极相连接，第二比较器的输出端与第二二极管的正极相连接，第二二极管的负极通过第二电容接地，第二比较器的反相输入端与第二二极管负极相连接；

8、均值检测电路包括第二、第三电阻以及第三电容，第二电阻一端与第二二极管的负极相连接，另一端分别通过第三电阻和第三电容接地，第二电阻的另一端还与第一比较器的反向输入端相连接，第一二极管的负极与第一比较器的同相输入端相连接；第一比较器的输出端与数字逻辑微控制器信号输入端相连接。

9、无线收发?？樵谙蛟亩疗鞣⑺褪菔?，信号探测电路会先进行信号探测，并将探测到的信号强度信息传送给数字逻辑微控制器，数字逻辑微控制器根据环境中射频信号的强度选择通信技术，环境中射频信号强度高时采用被动通信，以降低系统整体功耗；信号强度弱时采用主动通信，提高系统的稳定性。

10、本发明有益效果有以下几方面：

11、(1)采用反射式检测方式，更易于将检测标签贴于人体组织表面，实现无创、实时的血氧脉搏检测，避免了有创式检测方法给患者带来的伤害，为患者提供更好的医疗体验。

12、(2)解决了wifi设备在同频段内易相互干扰且复杂度高，功耗高，成本高的问题。

13、(3)采用切换通信模式的方法解决了环境干扰时变问题导致的通信系统不稳定问题。

技术特征：

1.一种基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，包括天线、信号处理?？?、电源管理?？?、数字逻辑微控制器以及与天线相连接的无线收发?？?；信号处理?？榈男藕攀涑龆擞胧致呒⒖刂破餍藕攀淙攵讼嗔?，数字逻辑微控制器信号输出端与无线收发?？橄嗔?；电源管理?？橄蛐藕糯砟？楹褪致呒⒖刂破鞴┑?；其特征在于：还包括由电源管理?？楣┑绲穆霾醪杉？?，脉搏血氧采集?？樾藕攀涑龆擞胄藕糯砟？樾藕攀淙攵讼嗔?；电源管理?？榘ㄉ淦的芰渴占娲⒌缏泛湍芰抗芾淼缏?，能量管理电路包括电压检测电路；射频能量收集存储电路包括多级串联的dickson电荷泵，每个dickson电荷泵包括第一、第二电容以及一个场效应管，场效应管的栅极与第一电容的一端相连接，场效应管的漏极与第二电容的一端相连接，并作为dickson电荷泵的输出端与下一级的dickson电荷泵的场效应管的源极相连；第一级dickson电荷泵的场效应管的源极接地；每个dickson电荷泵的第一电容的另一端与天线相连接，每个dickson电荷泵的第二电容的另一端接地；最后一级dickson电荷泵的漏极分别与信号处理?？?、数字逻辑微控制器、脉搏血氧采集?？橐约暗缪辜觳獾缏废嗔?，电压检测电路对射频能量收集存储电路存储的电压进行检测，并根据检测结果实现对数字逻辑微控制器工作模式的切换。

2.如权利要求1所述的基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，其特征在于，所述电压检测电路包括电压检测器与电平转换器，对射频能量收集存储电路中存储的电压进行检测，并通过supervisor端口实现对数字逻辑微控制器模式的切换，当检测到电压大于xv时，数字逻辑微控制器进入活跃模式，当检测到电压低于x?v时，数字逻辑微控制器将数据写入flash，当电压低于y?v时，数字逻辑微控制器进入低功耗模式，其中x>y。

3.如权利要求2所述的基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，其特征在于，能量管理电路还包括信号探测电路，信号探测电路包括第一比较器、包络检波电路、峰值检测电路和均值检测电路；包络检波电路包括第一二极管、分别与第一二极管负极相连接的第一电阻和第一电容，第一电阻和第一电容均接地；第一二极管的正极与天线连接；

4.如权利要求3所述的基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，其特征在于，无线收发?？樵谙蛟亩疗鞣⑺褪菔?，信号探测电路会先进行信号探测，并将探测到的信号强度信息传送给数字逻辑微控制器，数字逻辑微控制器根据环境中射频信号的强度选择通信技术，环境中射频信号强度高时采用被动通信，信号强度弱时采用主动通信。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，其特征在于，所述脉搏血氧采集?？榘ê旃舛?、近红外光二极管和用于接受上述二极管发射光线反射光信号的光电探测器。

6.如权利要求1-4任一项所述的基于uhf?rfid?技术的无线脉搏血氧监测系统，其特征在于，信号处理?？椴捎萌朔沤峁故迪纸邮苄藕诺姆糯?。

技术总结
本发明基于符合ISO/IEC?18000—6C协议的UHF?RFID系统的无线通信、抗干扰能力强和低功耗等特点，同时结合光电脉搏血氧传感器和微处理器等电子设备，提出了一种可实时监测和记录患者脉搏血氧信息的生命特征监测系统。该系统具有对人体脉搏血氧信号进行无创采集、将微小信号进行放大滤波处理和对数据进行中短程无线收发等功能，为人体脉搏血氧信号的采集、处理、分析和中短程无线收发提供了技术支持。所述系统包括天线、信号处理?？?、电源管理?？?、数字逻辑微控制器以及与天线相连接的无线收发?？?；电源管理?？橄蛐藕糯砟？楹褪致呒⒖刂破鞴┑?；还包括由电源管理?？楣┑绲穆霾醪杉？?。

技术研发人员：贺雷刚,高晋,徐双,任广翔,赵菊敏,邱瑞
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>中铁十七局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6