智能胸帶的設(shè)計(jì)方案介紹

隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高，服裝除了保溫功能外還應(yīng)具有更多的功能，加之對(duì)個(gè)人健康和運(yùn)動(dòng)的日益重視，已經(jīng)出現(xiàn)了許多各種各樣的家用醫(yī)療監(jiān)護(hù)產(chǎn)品和健身產(chǎn)品，雖然這些監(jiān)護(hù)產(chǎn)品提高了人們的生活健康質(zhì)量，但它們也存在著不足，例如：產(chǎn)品功能比較單一；不能進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)，或需要用戶的過(guò)多參與；不便隨身攜帶或妨礙了人們的正常生活。如果能將一些監(jiān)測(cè)人體的儀器中的傳感器微型化、可穿戴化，通過(guò)貼身的服裝或胸帶并加以電子驅(qū)動(dòng)、軟件控制就可以采集人體各種生理信號(hào)，隨時(shí)檢測(cè)人體的生理狀況，比如即時(shí)控制病情或者制定運(yùn)動(dòng)計(jì)劃等。

由此而產(chǎn)生了智能胸帶，而人體生理參數(shù)采集和無(wú)線傳輸系統(tǒng)屬于生物遙測(cè)技術(shù)。所謂生物遙測(cè)，是指在一定距離內(nèi)(幾十到幾百米，甚至更遠(yuǎn))，通過(guò)有線或者無(wú)線的方法對(duì)生物體的生理參數(shù)如血壓、血流和溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)護(hù)。

1 智能服裝的概念及實(shí)現(xiàn)

智能服裝的智能化功能主要是通過(guò)以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)的：

(1)將具有感知和反應(yīng)功能的智能纖維與普通纖維交織或?qū)⒅悄芾w維編入普通纖維織物中，用這種含有智能纖維的面料做成智能服裝；

(2)對(duì)普通纖維進(jìn)行改性，使之具有智能纖維的性能，再以此種面料做成服裝；

(3)將某些特殊物質(zhì)用染整加工的方法結(jié)合到織物上，使普通織物具有智能特性，再做成服裝；

(4)將普通服裝與外加元件相結(jié)合，制成智能服裝，這些外加元件包括普通元件和高技術(shù)傳感器、檢測(cè)器、報(bào)警器等。

因此，智能服裝大體上分為兩個(gè)范疇。一是對(duì)服裝材料進(jìn)行改良，通過(guò)化學(xué)、物理手段改變紡織材料的結(jié)構(gòu)，使之具備普通材料所不具有的功能。另一個(gè)，可以簡(jiǎn)單理解為信息化的服裝，即通過(guò)在服裝中嵌入各種微小芯片、傳感器等設(shè)備，使服裝成為一個(gè)可穿戴計(jì)算機(jī)，它可以實(shí)時(shí)地與人體進(jìn)行交互，接收穿著者發(fā)出的命令或測(cè)量人體本身的信息。

2 智能服裝與胸帶的應(yīng)用及現(xiàn)狀

作為注重健康的現(xiàn)代人，對(duì)自己身體健康的關(guān)注度越來(lái)越高，能方便、快捷的了解自己的生理狀態(tài)則變得至關(guān)重要。因此，對(duì)于智能胸帶人體生理采集和無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究十分必要，具有重要的社會(huì)意義。智能服裝的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，軍工的需要，成為智能紡織品快速發(fā)展的一個(gè)主要原因。在民用方面，智能紡織品也有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ缍喙δ艿倪\(yùn)動(dòng)服、實(shí)時(shí)檢測(cè)人體生理指標(biāo)的安全服等?？赏ㄟ^(guò)在病人身上安放多個(gè)傳感器或其他醫(yī)療設(shè)備以檢測(cè)病人的體征；在家中部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以幫助老年人，特別是全球越來(lái)越多的60歲以上的老年人在家里得到更好的照顧，并幫助他們盡早檢測(cè)出疾病。

目前在國(guó)外已研制出較為先進(jìn)的智能胸帶，新西蘭Zephyr科技公司最近研制成功了一種生物智能胸帶。只要人們把這種生物胸帶戴在身上，它就會(huì)收集人體的心跳、體溫、身體姿勢(shì)、動(dòng)作和呼吸速率等信息。英國(guó)波爾頓大學(xué)材料研究和創(chuàng)新中心的科學(xué)家最近開發(fā)出一種可以檢測(cè)早期乳癌的智能胸罩。國(guó)內(nèi)對(duì)智能服裝的開發(fā)研究最早源于20世紀(jì)70年代末，當(dāng)時(shí)電子技術(shù)還較落后，所以智能服裝的發(fā)展也十分緩慢，主要應(yīng)用在航空航天等特殊行業(yè)領(lǐng)域。

智能胸帶采集人體生理參數(shù)的發(fā)展很有潛力，主要有以下幾個(gè)方向：

(1)利用因特網(wǎng)和先進(jìn)傳感器技術(shù)，使遠(yuǎn)程醫(yī)療更加普及。

(2)醫(yī)療儀器的二次開發(fā)，使舊儀器可直接利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人體生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)。

(3)利用先進(jìn)技術(shù)，提高人體生理參數(shù)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

(4)開發(fā)便攜式多通道生物遙測(cè)系統(tǒng)。

(5)實(shí)現(xiàn)人體生理參數(shù)實(shí)時(shí)采集和無(wú)線傳輸及監(jiān)護(hù)。

3 智能胸帶的研發(fā)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，服裝專業(yè)和其他學(xué)科的交叉與滲透以及生物醫(yī)學(xué)學(xué)科的進(jìn)步，面向智能胸帶的人體各項(xiàng)生理參數(shù)采集以及無(wú)線傳輸儀器將會(huì)有一個(gè)新的發(fā)展。

傳統(tǒng)的有線傳輸方式嚴(yán)重影響日常的起居生活，難以做到隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)，智能胸帶的可移動(dòng)性使用戶能夠在自由運(yùn)動(dòng)中使用，并具有可再編程能力、無(wú)線通信能力、操作和交互的連續(xù)性等特性，并且整個(gè)計(jì)算機(jī)同使用者融為一體，可以隨著穿戴者任意移動(dòng)。智能胸帶的研發(fā)是服裝功能性與舒適性的一個(gè)分支，是以智能胸帶的硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件編程進(jìn)行硬件操作，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的人體的生理參數(shù)即心率、壓力、溫度和濕度的采集，并且采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨褱y(cè)量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示設(shè)備或者計(jì)算機(jī)中，另外實(shí)現(xiàn)可視化功能，后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時(shí)查看與存儲(chǔ)。

3.1 傳感器的選擇

在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)無(wú)線傳輸采集系統(tǒng)中，需要很好地解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在采集系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r，確定溫度傳感器采用數(shù)字式，壓力、濕度傳感器采用電壓集成式。

3.2無(wú)線射頻芯片的確定

通過(guò)對(duì)單片機(jī)的工作原理及其接口技術(shù)的了解與掌握，通過(guò)對(duì)市面上的無(wú)線射頻模塊的研究選擇一個(gè)適合的芯片，即具備：無(wú)線收發(fā)器；內(nèi)含8051控制器及A／D轉(zhuǎn)化功能；可在低電壓下工作；內(nèi)有電壓調(diào)節(jié)器；所需外圍器件很少；設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。具備以上功能的射頻收發(fā)芯片nRF24E1即可作為參數(shù)采集硬件系統(tǒng)的主要芯片。

3.3 胸帶的研究

由于是面向智能胸帶的參數(shù)采集系統(tǒng)，所以對(duì)于胸帶的材料和款式進(jìn)行相應(yīng)的研究可以使此系統(tǒng)的開發(fā)避免因胸帶的原因而無(wú)法正常運(yùn)行，對(duì)于醫(yī)用或者運(yùn)動(dòng)專用等功能的智能胸帶，在胸帶的款式及材料的設(shè)計(jì)上需要更加簡(jiǎn)潔，尤其在款式上進(jìn)行研究使其具備易穿戴的、不同于傳統(tǒng)胸帶的功能，并且使款式、材料及軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行很好的結(jié)合，使之成為一體最終達(dá)到人機(jī)合一的狀態(tài)。