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  • RestOn智能睡眠监测仪
    新闻分类:新闻动态   作者:handler    发布于:2018-06-164    文字:【】【】【

    Sleepace RestOn 智能睡眠监测仪拆解:不需佩带在身体任何部位即可检测



          Sleepace(中文名称“享睡”)是深圳迈迪加科技发展有限公司的品牌,其产品RestOn智能睡眠监测仪是全球首款便携式非穿戴睡眠监测器,于2014年推出。这款睡眠监测仪可以实时检测心率、呼吸、体动等生理体征,分析睡眠状况。它没有与人体皮肤接触的电极,也不需要佩带在身体任何部位,而是通过一条长80cm,宽6.4cm,厚度只有约2mm的传感带来采集数据。使用时只需将这条传感带铺放在床单与床垫之间就可以进行监测。

    监测仪正面有一块可随时取下的盖板,靠磁力吸附在主体上。将盖板分离,可以看到操作方法的图示,盖板朝向起到开机关机控制的作用。

    活动盖板下面是监测仪的前盖,也是无螺丝孔的设计。为了拆解,笔者尝试了从后盖边的缝隙下手,强行撬开后盖,但最后还是通过撬开前盖才成功拆开机器。实际上前盖和后盖以多处卡扣相互扣在一起,并非分别和边框相扣。

    电路板除了与电池有连线之外,还有两条多股漆包线连接传感带。笔者从电路板上的测试点标记丝印推测这个监测仪使用ARM Cortex-m系列MCU作为主控,主要的元件都在电路板的另一面。除了双色LED,这一面还有一个SOT-23的元件,笔者推测它是一个霍尔(磁性)传感器,用来检测活动盖板的朝向。相应地,在活动盖板里面应该有五块磁铁,比前盖多一块,笔者推测其中四块磁铁与前盖实现对准定位,第五块磁铁当正向放置盖板时刚好位于霍尔传感器上方。
    很容易再卸下两颗螺丝,将电路板拆卸下来。



    在电路板的另一面的右边,有一个容易引人注目的PCB小模块,因为它使用了不同的颜色。笔者推测这是TI的CC2540低功耗蓝牙方案。在电路板中央位置是Freescale(已经合并入NXP)的器件,经查这是KL16Z128型号,ARM Cortex-M0+核心的MCU,具有128kB Flash, 16kB SRAM。 这个系列的MCU具有16-bit的SAR ADC,比一般MCU带的ADC转换位数要高。
    电路板上尺寸比较大的几块芯片还有:TI的TLV2764:低功耗低电压四运放;Microchip的MCP41100:100kΩ数字电位器;Holtek的HT1381:实时钟,旁边还有一颗晶振;Winbond的W25Q64:串行Flash,64Mbit容量。这几个芯片的用途笔者分析是:TLV2764结合MCP41100用于传感器信号放大,增益可控,放大后的模拟信号供给KL16Z MCU的ADC输入。HT1381用来记录时间,在关机状态下也要保持运行(至于为什么没有用MCU内部的RTC,也许是为了更低的功耗)。W25Q64用来存放睡眠数据,因为监测仪采集时不能依赖手机或网络,必须有自己的存储。
    电路板上还有不少小尺寸封装的芯片或者三极管,笔者没有查其型号,仅仅猜测它们主要用于电源管理,包括锂电池的保护和充电、数字系统和模拟前端的稳压电源。
    为了大致了解这个睡眠监测仪采集的信号是什么样的,笔者将数字示波器连到TLV2764的一个输出引脚进行观察。当人躺在传感带上面时,可以观察到一个随着呼吸起伏的波形。然而人眼不能直观判定是否有心跳的信号,原因可能是笔者测试的这一路信号将其滤除了,或者可能是心跳信号相对比较弱,需要算法处理提取。此外,人体的明显动作比如抬胳膊引起的信号幅度就很大,运放输出直接饱和
    为了解传感带是怎样产生信号的,笔者继续对传感带进行拆解。这条传感带两侧边有严密的缝线,然而拆去了一段缝线后,带子还是无法从侧面撑开。看来非破坏性的拆解不大可能了。然后,笔者又试图从头部拆起。将传感带的引线焊点焊开,并将后盖卸下后可以把传感带与监测仪主体分离。

    从监测仪过来的引线在传感带里还走了一段,另一端的焊接点夹在另外一块泡沫材料中间。不过从一块块条状的泡沫之间,已经可以看到露出来的传感器了。除去局部的覆盖材料,可断定传感器呈一长条薄膜状。

    剥离上层的泡沫材料之后可以看到传感器的引出线接头,不过在它上面还隔着一层半透明的薄膜。这层薄膜好象覆盖了整个传感带,不过由于与灰色的表层材料贴合太紧密,拆解过程中已经被撕破了多处。再将这里的薄膜去除掉,便可以清晰地观看传感器。

    拆解到这个程度,再继续就可以逐步地把传感器从传感带其它材料剥离了。其实剥离一段就足以预计它的全貌。这是一条宽度13mm,很薄的一条薄膜带子,中间不透明的部分应该是导电层,宽度9mm. 从接头的地方看来,导电层分为上下两层,因为太薄了笔者没有条件测量中间的介质厚度。

    虽然RestOn睡眠监测仪用的传感器尺寸与之有所差别,原理上应该是一致的。本次拆解对象所用的 TE 传感器,中间的PVDF(聚氟化乙烯)层厚度估计只有28微米,加上正负极的导电层和保护层,笔者用数显游标卡尺测量厚度读数为0.05mm. 这个5层结构的薄膜厚度竟然比普通A4打印纸还要薄,而且很软。
    TE网站上对这种材料介绍说,压电薄膜是PVDF(聚氟化乙烯)的薄而透明的薄膜; 它是一种柔韧性好,密度低,质量轻,机械韧性好的材料。该薄膜可制成多种厚度和较大面积。它可以直接贴附在机件表面而不会影响机件的机械运动, 压电薄膜具有宽频带,宽动态范围,高电压灵敏度的优点。它的另外一个主要优点就是它有低的声阻抗,其声阻抗更接近水,人体组织和其他有机材料的声阻抗。一个接近的阻抗匹配便于更有效地在水和人体组织中转导声音信号(>>数据来源)。
    笔者再将示波器探头和地线夹直接接在传感器两端,试试能否观察到信号输出。此时,传感器已经与监测仪电路脱离,不再有电路处理。


    当传感器受到振动,以及产生形变的瞬间,都可以从示波器上观察到明显的电压信号。这表明此传感器并不需要加电,而是基于压电效应,本身就能输出变化的电压信号。另外由于输出阻抗高,在这个简单实验条件下示波器也接收到了明显的工频干扰,所以图线上有50Hz扰动。
    那么RestOn睡眠监测仪为什么要把传感带做得那么复杂呢?笔者推测,原因一方面可能是为了更好地传导人体的压力和震动到传感器,另一方面可能是为了保护传感器,避免它承受拉力,也避免在局部出现极端的弯折、扭曲等形变。

    总结,通过压电薄膜传感器,将人体心跳、呼吸等生理体征引起的微弱压力变化转换成电信号,再经过睡眠监测仪内部模拟电路放大等处理,送给主控MCU内部的ADC转换成数字信号之后,即可进行信号滤波、数据记录、数据分析等处理。再通过低功耗蓝牙与手机APP进行数据交互,便可以由手机软件生成图形化的睡眠报告。借助手机或者远程服务器更强大的数据处理能力,就有可能实现更丰富的健康管理应用。

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    点击次数:1624  更新时间:2018-06-16  【打印此页】  【关闭

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