一种用于户外极限运动人员安全监控的可穿戴设备   0    0

本实用新型公开了一种用于户外极限运动人员安全监控的可穿戴设备，本实用新型包括电源管理模块、生理参数采集模块、环境参数采集模块、GPS定位模块、GPRS传输模块和处理器模块；本实用新型设备体积和质量小，携带便捷，可移动性强，具有良好的舒适性，设备抗干扰能力强，与网络连接稳定可靠，数据传输纠错能力强；设备使用方便，监测信息稳定可靠，设备使用范围广，不受时间地域限制，实时采集用户生理参数、环境参数以及定位信息，通过GPRS技术远距离传输。

1.一种用于户外极限运动人员安全监控的可穿戴设备，包括电源管理模块、生理参数采集模块、环境参数采集模块、GPS定位模块、GPRS传输模块和处理器模块；
其特征在于：生理参数采集模块包括人体体温参数采集单元、血氧饱和度和脉搏参数采集单元；环境参数采集模块包括环境温湿度采集单元、环境大气压参数采集单元；
所述电源管理模块包括VCC7.4V可充电式锂电池、VCC5.0V电压转换电路、VCC4.0V电压转换电路、VCC3.3V电压转换电路；7.4V可充电式锂电池JS-7.4V-2.2AH为VCC5V.0电压转换电路提供电源；VCC5.0V电压转换电路的核心为AMS1117-5.0低压差线性稳压电源芯片，其输出供给VCC4.0V电压转换电路、VCCC3.3V电压转换电路、人体体温参数采集单元、血氧饱和度和脉搏参数采集单元、环境大气压参数采集单元、GPS定位模块；4.0V电压转换电路的核心为FDS9435-MOSFET功率管、LM3485迟滞开关功率转换器，其输出为GPRS模块提供电源，VCC3.3V电压转换电路的核心为AMS1117-3.3低压差线性稳压电源芯片，其输出为环境温湿度采集单元、处理器模块主芯片STM32F103RBT6、JTAG接口提供电源；
电源管理模块包括：7.4V锂电池、7.4V锂电池接口J1、自锁开关K1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电压转换芯片AMS1117-5.0、第二电压转换芯片AMS1117-3.3、第一MOSFET功率管FDS9435、第一迟滞开关功率转换器LM3485、第一电解电容C1、第一钽电容C2、第二钽电容C3、第二电解电容C4、第三电解电容C5、第三钽电容C6、第四钽电容C7、第四电解电容C8、第五钽电容C9、第五电解电容C10、第六电解电容C11、第六钽电容C12、第七钽电容C13、第七电解电容C14、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电源指示灯DS1、第一电感L1；
所述7.4V锂电池的负极接地，7.4V锂电池的正极连接自锁开关K1的第一引脚，自锁开关K1的2引脚和第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极连接VCC7.4V电压输出端；
VCC7.4V电压输出端与VCC5.0V电压转换电路中的第一电解电容C1的正极、第一钽电容C2的一端、第一电压转换芯片AMS1117-5.0的3引脚连接，第一电解电容C1的负极连接第一钽电容C2的另一端、第一电压转换芯片AMS1117-5.0的1引脚、第二钽电容C3的一端、第二电解电容C4的负极、第二二极管D2的阳极、第三电解电容C5的负极、第三钽电容C6的一端到地，第一电压转换芯片AMS1117-5.0的2引脚连接第二钽电容C3的另一端、第二电解电容C4的正极、第二二极管D2的阴极、第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第三电解电容C5的正极、第三钽电容C6的另一端到5V电压转换电路的输出端；
VCC5.0V电压转换电路的输出端与VCC3.3V电压转换电路中的第二电压转换芯片AMS1117-3.3的3引脚、第四钽电容C7的一端、第四电解电容C8的阳极连接，第四钽电容C7的另一端连接第四电解电容C8的阴极、第二电压转换芯片AMS1117-3.3的1引脚、第五钽电容C9的一端、第五电解电容C10的阴极到地，第一电压转换芯片AMS1117-3.3的2引脚连接第五钽电容C9的另一端、第五电解电容C10的阳极和第一电阻R1的一端到VCC3.3V的电压输出端，第一电阻R1的另一端连接第一电源指示灯DS1的阳极，第一电源指示灯DS1的阴极接地；
VCC5.0V电压转换电路的输出端与VCC4.0V电压转换电路中的第六电解电容C11的阳极、第一MOSFET功率管FDS9435的1引脚、2引脚、3引脚和第一迟滞开关功率转换器LM3485的8引脚连接，第一MOSFET功率管FDS9435的4引脚连接第一迟滞开关功率转换器LM3485的7引脚，第一MOSFET功率管FDS9435的5引脚、6引脚、7引脚、8引脚连接第四二极管D4的阴极、第一迟滞开关功率转换器LM3485的1引脚、第一电感L1的一端，第四二极管D4的阳极连接GND，第一迟滞开关功率转换器LM3485的2引脚、6引脚连接GND，第一迟滞开关功率转换器LM3485的5引脚连接第二电阻R2的一端、第六钽电容C12的一端，第六钽电容C12的另一端连接第二电阻R2到第一迟滞开关功率转换器LM3485的8引脚，第一迟滞开关功率转换器LM3485的3引脚架空，第一迟滞开关功率转换器LM3485的4引脚连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第七钽电容C13的一端，第三电阻R3的另一端连接GND，第四电阻R4的另一端连接第七钽电容C13的另一端、第七电解电容C14的阳极、第一电感L1的另一端到VCC4.0V的电压输出端，第七电解电容C14的阴极连接GND；
所述生理参数采集模块包括人体体温参数采集单元、血氧饱和度和脉搏参数采集单元；人体体温参数采集单元采用TSIC506数字式高精度体温传感器和处理器模块的24引脚相连，数据读取采用Tsic ZAC总线通信协议，电源端和5.0V电压转换电路相连；血氧饱和度和脉搏参数采集单元YS2000和处理器模块的通用异步收发接口UART3相连，电源端和
5.0V电压转换电路相连；所述的血氧饱和度和脉搏参数采集单元包括CY8C5566L高速处理器单元、电压转换电路和稳压滤波电路，输出的信号和处理器的UART3相连；
血氧饱和度和脉搏参数采集单元电路包括：连接端子P1、连接端子P2，第八钽电容C15；
连接端子P2的RX脚连接连接端子P1的一个RX脚，连接端子P2的2脚连接连接端子P1的一个TX脚，连接端子P2的TX脚连接GND，连接端子P2的电源脚连接VCC5.0V的电压输出端、第八钽电容C15的一端，第八钽电容C15的另一端连接GND，连接端子P1的另一个RX脚连接处理器STM32F103RBT6的PB10引脚，连接端子P1的另一个TX脚连接处理器STM32F103RBT6的PB11引脚；
人体体温参数采集单元电路包括：连接端子P3，第五电阻R5，第九钽电容C16；人体体温参数采集单元的连接端子P3的电源引脚连接第五电阻R5的一端、第九钽电容C16的一端，第五电阻的另一端连接VCC5.0V的电压输出端，连接端子P3的IO引脚连接处理器STM32F103RBT6的PC0引脚，连接端子P3的GND引脚接地；
所述的环境参数采集模块包括环境温湿度采集单元、环境大气压采集单元；环境温湿度采集单元采用SHT11数字式高精度温湿度传感器和处理器的PB0、PB1引脚相连，数据读取采用类IIC总线协议，电源端与VCC3.3V电压输出端相连；环境大气压采集单元采用BMP085数字式高精度大气压采集芯片和处理器的PC引脚相连，电源端和VCC5.0V电压输出端相连；
环境温湿度采集单元包括：第十钽电容C17，第六电阻R6，模块连接端子P4；连接端子P1的SDA脚连接第六电阻R6的一端、处理器模块STM32F103RBT6的PB1引脚，第六电阻R6的另一端连接VCC3.3V电压输出端电路，模块连接端子P4的电源引脚连接第十钽电容C17的一端、VCC3.3V电压输出端电路，第十钽电容C17的另一端连接模块连接端子P6的GND引脚接地，连接端子P6的SCL引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PB0引脚；
环境大气压采集单元包括：第十一钽电容C18，模块连接端子P6，端子P5；连接端子P6的电源引脚连接第十一钽电容C18的一端、VCC5.0V电压输出端，模块连接端子P6的SCL引脚连接端子P5的SCL引脚，模块连接端子P6的SDA引脚连接端子P5的SDA引脚，模块连接端子P6的XCLR引脚连接端子P5的XCLR引脚，模块连接端子P6的NC引脚连接端子P5的NC引脚，模块连接端子P6的GND引脚接地，端子P5的SCL引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PC0引脚，端子P5的SDA引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PC1引脚，端子P5的XCLR引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PC2引脚，端子P5的NC引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PC3引脚；
GPS定位模块包括：模块连接端子P7，第十二钽电容C19；模块连接端子P7的电源引脚连接第十二钽电容C19的一端、VCC5.0V电压输出端，模块连接端子P7的GND引脚接地，模块连接端子P7的TX引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PA3引脚，模块连接端子P7的RX引脚连接处理器模块STM32F103RBT6的PA2引脚；
所述GPRS传输模块KS-97和处理器模块的通用异步收发Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART接口UART1相连，电源端和VCC4.0V电压转换电路输出端相连，VCC4.0V电压转换电路的输入端电压可达50V，转换电路充分考虑电磁干扰，VCC4.0V输出电压稳定可靠，波纹小，为GPRS模块提供电源；GPRS传输模块电路图包括：第十三钽电容C20、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二发光二极管DS2、第三发光二极管DS3、第四发光二极管DS4、GPRS核心单元KS97，连接端子P8，第二按键K2；
GPRS传输模块电路中的核心单元KS97的1引脚、2引脚、11引脚、20引脚连接GND，GPRS的核心单元KS97的3引脚、4引脚相连至VCC4.0V输出电压端，GPRS核心单元KS97的5引脚和连接端子P8的1引脚相连，连接端子P8的1引脚连接处理器STM32F103RBT6的PA9引脚，GPRS核心单元KS97的6引脚和连接端子P8的3引脚相连，连接端子P8的3引脚连接处理器STM32-64的PA10引脚，GPRS核心单元KS97的9引脚连接第二按键K2的3引脚，第二按键K2的1引脚连接GND，GPRS核心单元KS97的10引脚连接第七电阻R7，第七电阻R7连接第二发光二极管的阳极，第二发光二极管的阴极连接GND，GPRS核心单元KS97的18引脚连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接第三发光二极管DS3的阳极，第三发光二极管DS3的阴极连接GND，GPRS核心单元KS97的19引脚连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端连接第四发光二极管DS4的阳极，第四发光二极管DS4的阴极连接GND，GPRS核心单元KS97的其他引脚都架空；
所述处理器模块以处理器STM32F103RBT6为核心，在其外围分别搭建了复位电路、晶振电路、JTAG接口电路、RS-232收发器电路、退耦电路；并且对处理器的各电源引脚进行了退藕处理；处理器的电源端连接VCC3.3V电压输出端；处理器模块中的三个UART接口分别和GPRS传输模块、GPS定位模块、血氧饱和度和脉搏参数采集单元相连；其中RS-232收发器电路包括：第十四钽电容C21、第十五钽电容C22、第十六钽电容C23、第十七钽电容C24，第一串口插件COM1、第一RS-232收发器芯片MAX3232；主处理器单元电路包括：主芯片STM32F103RBT6、第十八钽电容C25、第十九钽电容C26、第二十钽电容C27、第二十一钽电容C28、第二十二钽电容C29、第二十三钽电容C30、第二十四钽电容C31、第二十五钽电容C32、第二十六钽电容C33、第二十七钽电容C34、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键K3、第五发光二极管DS5、第十电阻R10、第十一电阻R11；JTAG接口电路包括：JTAG接插件JTAG_20、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二十八钽电容C35；
RS-232电路主芯片MAX3232中的1引脚连接第十六钽电容C23的一端，第十六钽电容C23的另一端连接MAX3232的3引脚，MAX3232中的4引脚连接第十七钽电容C24的一端，第十七钽电容C24的另一端连接MAX3232的5引脚，MAX3232中的2引脚连接第十四钽电容C21的一端，第十四钽电容C21的另一端连接GND，MAX3232中的2引脚连接第十五钽电容C22的一端，第十五钽电容C22的另一端连接GND，MAX3232中的13引脚连接第一串口插口COM1的3引脚，MAX3232中的14引脚连接第一串口插口COM1的2引脚，MAX3232中的
11引脚连接主处理器芯片STM32F103RBT6的PA9，MAX3232中的12引脚连接主处理器芯片STM32F103RBT6的PA10，MAX3232中的16引脚连接VCC5.0V电压输出端，MAX3232中的15引脚连接GND，MAX3232中的其他引脚都架空，第一串口插件COM1的5引脚连接GND；
处理器模块的主芯片STM32F103RBT6的7引脚连接复位电路中的第二十七钽电容C34的一端、第十电阻R10的一端、第三按键K3的3引脚，第三按键K3的1引脚连接第二十七钽电容C34的另一端到GND；第十电阻R10的另一端连接第十一电阻R11的一端、VCC3.3V电压输出端，第十一电阻R11的另一端连接第五发光二极管DS5的阳极，第五发光二极管DS5的阴极连接处理器芯片STM32F103RBT6的53引脚；处理器芯片STM32F103RBT6的5引脚连接第一晶振Y1的一端、第二十三钽电容C30的一端，处理器芯片STM32F103RBT6的
6引脚连接第一晶振Y1的另一端、第二十四钽电容C31的一端，第二十三钽电容C30的另一端和第二十四钽电容C31的另一端均接地；处理器芯片STM32F103RBT6的3引脚连接第二晶振Y2的一端、第二十五钽电容C32的一端，处理器芯片STM32F103RBT6的4引脚连接第二晶振Y2的另一端、第二十六钽电容C33的一端，第二十三钽电容C32的另一端和第二十四钽电容C33的另一端均接地；如果晶振电路起振不理想，可以在晶振Y1和Y2两端分别并联一个电阻；处理器芯片STM32F103RBT6的13引脚连接第十八钽电容C25的一端，第十八钽电容C25的另一端连接处理器芯片STM32F103RBT6的12引脚到GND；处理器芯片STM32F103RBT6的19引脚连接第十九钽电容C26的一端，第十九钽电容C26的另一端连接处理器芯片STM32F103RBT6的18引脚到GND；处理器芯片STM32F103RBT6的32引脚连接第二十钽电容C27的一端，第二十钽电容C27的另一端连接处理器芯片STM32F103RBT6的
31引脚到GND；处理器芯片STM32F103RBT6的48引脚连接第二十一钽电容C28的一端，第二十一钽电容C28的另一端连接处理器芯片STM32F103RBT6的47引脚到GND；处理器芯片STM32F103RBT6的64引脚连接第二十二钽电容C29的一端，第二十二钽电容C29的另一端连接处理器芯片STM32F103RBT6的63引脚到GND；
JTAG接口电路中的接插件JTAG_20的3引脚连接处理器芯片STM32F103RBT6的56引脚、第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接VCC3.3V电压输出端；接插件JTAG_20的5引脚连接处理器芯片STM32F103RBT6的50引脚、第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端连接VCC3.3V电压输出端；接插件JTAG_20的7引脚连接处理器芯片STM32F103RBT6的46引脚、第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端连接VCC3.3V电压输出端；接插件JTAG_20的9引脚连接处理器芯片STM32F103RBT6的49引脚、第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端连接GND；接插件JTAG_20的13引脚连接处理器芯片STM32F103RBT6的55引脚、第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端连接VCC3.3V电压输出端；接插件JTAG_20的1引脚、2引脚连接VCC3.3V电压输出端，接插件JTAG_20的2引脚连接第二十八钽电容C35的一端，第二十八钽电容C35的另一端连接接插件JTAG_20的4引脚、6引脚、8引脚、10引脚、12引脚、14引脚、16引脚、18引脚、20引脚，接插件JTAG_20的其他引脚均架空。