CN104173062A - 一种应用于智能手机的健康监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于智能手机的健康监控方法，所述心率计和血氧计采用同一结构分时复用的方式：通过三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息；通过陀螺仪输出人体转角的角速率信息；通过DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；所述DSP处理器对转角数据、血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；蓝牙模块连接到所述DSP处理器，将转角数据、心率数据和血氧饱和度数据传输到智能手机。

Description

一种应用于智能手机的健康监控方法

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种应用于智能手机的健康监控方法。

背景技术

随着人们工作、生活节奏的加快，如何充分利用时间，对自己身体进行体育锻炼，是人们越来越关注的问题。

而现代人对手机的依赖程度越来越高，即使在健身房中也手机不离手，锻炼的时候时刻关注是否有来电或者信息，如何将用户和手机之间的联系通过便携装置实现，既不耽误锻炼也不漏接关键来电，并将运动数据便捷显示给用户的运动监控装置，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种应用于智能手机的健康监控方法，解决了将手机来电通过便携式装置进行提示的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于智能手机的健康监控方法，基于一手环，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘内嵌入蓝牙模块、微型振动器和音频播放器；所述仪表盘还包括心率计和血氧计；包括以下步骤：

所述心率计和血氧计采用同一结构分时复用的方式：血氧检测模式，两个LED灯输出固定波长的光束，感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；心率检测模式，两个LED发出光照，感光元件接收反射光，DSP处理器的计数器对感光元件输出的电信号的频率进行计数，以获得心率值；

通过三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息；

通过陀螺仪输出人体转角的角速率信息；

通过DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1  (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2    (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述DSP处理器对转角数据、血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；

蓝牙模块连接到所述DSP处理器，将转角数据、心率数据和血氧饱和度数据传输到智能手机。

可选地，所述蓝牙模块为蓝牙4.0(BLE)通信模块。

可选地，还包括DSP处理器，DSP处理器与所述蓝牙模块相连接。

可选地，还包括DSP处理器为TMS320F2812DSP处理器。

本发明的有益效果是：

(1)应用于智能手机的健康监控方法佩戴在手腕，方便佩戴；

(2)外层包覆EVA材质，防水、无毒、无味；

(3)内置DSP处理器，便于系统的更新。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明应用于智能手机的健康监控方法的结构示意图；

图2为本发明应用于智能手机的健康监控方法的电路控制框图；

图3为本发明运动检测模块的电路控制框图；

图4是本发明应用于智能手机的健康监控方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种应用于智能手机的健康监控方法，如图1、图2所示，基于一手环，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘内嵌入蓝牙模块、微型振动器和音频播放器；所述仪表盘还包括心率计和血氧计。

如图3和图4所示，本发明的方法包括以下步骤：

所述心率计和血氧计采用同一结构分时复用的方式：血氧检测模式，两个LED灯输出固定波长的光束，感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；心率检测模式，两个LED发出光照，感光元件接收反射光，DSP处理器的计数器对感光元件输出的电信号的频率进行计数，以获得心率值；

通过三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息；

通过陀螺仪输出人体转角的角速率信息；

通过DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1  (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2  (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述DSP处理器对转角数据、血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；

蓝牙模块连接到所述DSP处理器，将转角数据、心率数据和血氧饱和度数据传输到智能手机。

蓝牙模块与手机蓝牙建立连接，可以保证近距离无线通信，接收到来电信息后，根据手机中设置的提示音方式，微型振动器和/或音频播放器动作，提示用户有来电。同时，蓝牙模块将心率值和血氧饱和度数据上传至手机进行统计并输出。

优选地，所述蓝牙模块为蓝牙4.0(BLE)通信模块。蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案，可广泛用于卫生保健、体育健身、家庭娱乐、安全保障等诸多领域。

蓝牙4.0(BLE)通信模块支持两种部署方式：双模式和单模式。双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或再在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。

单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层(LinkLayer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。

优选地，本发明的应用于智能手机的健康监控方法还包括DSP处理器，DSP处理器与所述蓝牙模块相连接。内置DSP处理器，便于后期系统的更新，DSP处理器可对软件更新有很强的兼容性。

优选地，DSP处理器为TMS320F2812DSP处理器。

本发明的应用于智能手机的健康监控方法佩戴在手腕，方便佩戴；外层包覆EVA材质，防水、无毒、无味；内置DSP处理器，便于系统的更新。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于智能手机的健康监控方法，基于一手环，环中位置内嵌仪表盘，仪表盘内嵌入蓝牙模块、微型振动器和音频播放器；所述仪表盘还包括心率计和血氧计；其特征在于，包括以下步骤：

所述心率计和血氧计采用同一结构分时复用的方式：血氧检测模式，两个LED灯输出固定波长的光束，感光元件对经过皮肤、组织、血液漫反射回的光进行采集，将代表血氧饱和度值的光强度转换为电信号；心率检测模式，两个LED发出光照，感光元件接收反射光，DSP处理器的计数器对感光元件输出的电信号的频率进行计数，以获得心率值；

通过三轴重力加速度传感器输出X、Y、Z轴加速度数据信息；

通过陀螺仪输出人体转角的角速率信息；

通过DSP处理器的积分器将陀螺仪输出的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述滤波及优化模块包括第一子滤波器、第二子滤波器、第三子滤波器和主滤波器，第一子滤波器处理X轴加速度数据信息，并给出状态估计x1和估计误差的协方差矩阵p1；第二子滤波器处理Y轴加速度数据信息，给出状态估计x2和估计误差的协方差矩阵p2；第三子滤波器处理Z轴加速度数据信息，给出状态估计x3和估计误差的协方差矩阵p3；所述状态估计x1，x2，x3及估计误差的协方差矩阵p1，p2，p3送到主滤波器，并同主滤波器的状态估计一起按式(1)和式(2)进行融合，得到全局最优估计和协方差矩阵：

${\hat{x}}_g=p_g\left(\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}{\hat{x}}_i\right)---\left(1\right)$

$p_g=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{-1}---\left(2\right)$

式中，i＝1，2，3；

主滤波器的最优估计值对3个子滤波器的状态估计进行重置，即

${\hat{x}}_i={\hat{x}}_g---\left(3\right)$

$p_i={\mathrm{\β}}_i^{-1}{p}_g---\left(4\right)$

以重力垂直向下方位即Y轴作为分析基准量，自动调整p值的大小，具体的自适应算法为：

β₁,β₂,β₃满足β₁+β₂+β₃＝1  (5)

${\mathrm{\β}}_1=\left\{\begin{array}{c}0.99,p\≤2\\ 2/p,2\≤p\≤5\\ 1/p,5\≤p\≤10\\ 2/p,p\≥10\end{array}\right.---\left(6\right)$

β₂＝β₃＝(1-β₁)/2   (7)

所述DSP处理器根据全局最优估计和协方差矩阵输出运动模式及运动统计，根据陀螺仪输出人体转角的角速率信息积分得到人体的相对转角；

所述DSP处理器对转角数据、血氧饱和度值和计数器输出的心率值进行处理，输出经过调制的标准格式的心率数据和血氧饱和度数据；

蓝牙模块连接到所述DSP处理器，将转角数据、心率数据和血氧饱和度数据传输到智能手机。

2.如权利要求1所述的应用于智能手机的健康监控方法，其特征在于，所述蓝牙模块为蓝牙4.0(BLE)通信模块。

3.如权利要求1所述的应用于智能手机的健康监控方法，其特征在于，还包括DSP处理器，DSP处理器与所述蓝牙模块相连接。

4.如权利要求3所述的应用于智能手机的健康监控方法，其特征在于，所述DSP处理器为TMS320F2812 DSP处理器。