CN106449246A - 一种具有心率检测功能的按键装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有心率检测功能的按键装置及电子设备，该按键装置，包括有盖板、框架、压力传感器及信号处理单元，信号处理单元用于处理压力传感器信号，所述压力传感器连接信号处理单元。电子设备应用有该按键装置。本发明可以有效地将心率测量功能整合到便携式电子设备的按键中，实现兼容电子设备原有结构和用户操作习惯的心率测量，同时降低整体成本和功耗。
Description
技术领域
本发明属于生理信号测量的技术领域，特别涉及一种具有心率测量功能的功能按键及相关的电子设备。
背景技术
随着集成电路和传感器技术的进步，电子设备越来越小型化，且功能愈加丰富。例如近年来兴起的穿戴式设备，如手环、智能手表等，可以在小小的体积里面实现诸如计步、心率测量等功能；越来越多的手机也集成了指纹识别、心率测量等功能。
在便携式设备上，当前主流的心率测量方案是采用光电容积脉搏波描记法来实现，通过绿色发光二极管照射人体血管、然后通过光电二极管接受反射或者投射的绿光，然后通过信号处理电路后得到心率的信号。该方案的有点在于体积小、测量准确度较高，因此被大量应用在手环、智能手表，以及手机上；缺点是功耗大(驱动发光管)，结构上需要开孔(需要发射接受光)；测量上需要特别的操作，不能和原有的操作习惯兼容，例如手机上，需要用户将手指按压到特别的透光窗口上完成测量；而且光电心率测量方案的功耗高，成本高。
另一方面，传统的方案中，还有用压敏传感器来实现心率测量的方案，例如将压敏电阻薄膜贴于手腕脉搏处，则脉搏通过使压敏电阻发生形变从而改变电阻值；信号处理电路检测压敏电阻值得变化则可以提取出脉搏、心率信号。该方案的优点是成本低，功耗也可以做低；缺点是不好集成在便携式设备上。例如，想在手环上集成压敏电阻传感器实现心率测量时，手环必须和手腕紧贴才能实现心率测量，否则提取不到心率信号。
如专利申请201520419379.X公开了一种运动健康手表，包括表体以及表带，在表体内设置有单片机、主控芯片和加速传感器，在表带内设置有高敏感度的压力传感器，在所述表体中设置有可连接电脑传输数据和进行充电USB接口。本发明在表带内设置有高敏感度的压力传感器，在感应脉搏跳动压力后将压力信号转换为电信号(如电压)，然后传入电路，电路由压力采样压力调理放大器、比较器、转换器、控制电路和数据处理系统等组成，比较处理后连接到单片机，以单片机为核心进行心率计数，并发送主控芯片处理。该专利申请虽然那个实现对心率的测量，但是不容易集成在便携式设备上，而且在实现心率测量时，压力传感器必须和手腕紧贴才能实现心率测量，否则提取不到心率信号。
发明内容
基于此，因此本发明的首要目地是提供一种具有心率检测功能的按键装置及电子设备，该按键装置及电子设备可以有效地将心率测量功能整合到便携式电子设备的按键中，实现兼容电子设备原有结构和用户操作习惯的心率测量，同时降低整体成本和功耗。
本发明的另一个目地在于提供一种具有心率检测功能的按键装置及电子设备，该按键装置实现简便，成本低廉，可广泛应用于各种电子设备中。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种具有心率检测功能的按键装置，包括有：
盖板，其外表面作为按键的正面，提供给用户按压表面；
框架，设置于所述盖板的周边或边缘，用于将所述按键固定在电子设备上，并使盖板具有一定的形变空间；
压力传感器，固定于盖板表面，用于感受用户按压导致的盖板形变；
信号处理单元，用于处理压力传感器信号，所述压力传感器连接信号处理单元。
所述信号处理单元，包括模拟数字转换单元、压力等级识别单元，和心率检测单元；压力传感器的输出接模拟数字转换单元，模拟数字转换单元将压力传感器的模拟信号转换为数字信号后送入处理器MCU；MCU包括两个处理单元，分别为压力等级识别单元和心率监测单元。
优选地，所述框架为一环状支撑架，所述盖板嵌设于所述框架中，框架一方面可以撑托盖板，使盖板下部在电子设备整机中具有弹性形变空间，另一方面框架可以与电子设备结合固定。
优选地，所述框架为一环形闭合的金属支撑架，以更好地支撑盖板。
优选地，压力传感器为薄膜式的压敏电阻元件，通过印刷或者光刻在基板上，然后通过胶粘贴合在盖板外表面相对的内表面；所述基板一般为柔性电路板(FPC)。
或者，压力传感器为薄膜式的压敏电阻元件，通过印刷或者光刻在盖板的内表面和/或外表面上；压敏电阻元件印刷或光刻在盖板外表面上，在通过注塑使外表面平坦化。
本发明提供一种具有心率检测功能按键的电子设备，包括：
外壳，用于对显示屏提供保护和支撑；
显示屏，安装在外壳的正面，用于信息显示；
主板，设置于外壳内，用于信息处理；
上述的按键装置，安装在设备外壳上，可被使用者按压。
优选地，所述按键设置于外壳上，位于显示屏的一侧，或者是外壳的一侧。
优选地，所述的电子设备为手机、平板电脑等移动终端，所述具有心率检测的功能的按键装置构成该电子设备的HOME键。
本发明所实现的具有心率检测功能的按键装置及电子设备，采用按键的形式测量心率，便于用户使用，同时按键及心率测量复用，无需特殊设置，实现成本低。
本发明可以有效地将心率测量功能整合到便携式电子设备的按键中，实现兼容电子设备原有结构和用户操作习惯的心率测量，同时降低整体成本和功耗。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的按键装置结构示意图。
图2是图1中所示按键装置A-A’的剖视图。
图3是本发明第二种实施方式的按键装置结构示意图。
图4是图3中所示按键装置A-A’的剖视图。
图5是本发明所实施的电子设备结构示意图。
图6是图1所示实施方式中压力传感器的等效电路图。
图7是本发明所实施信号处理单元的电路图。
图8是本发明所实施心率监测的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1、图2所示为本发明第一种实施方式所实现的具有心率测量功能的按键装置100，包括有框体101、盖板102、压力传感器103(包括4个压敏电阻1031～1034)和树脂材料104。其中，框体101是中空的圆环体结构，用于限定按键的空间和提供物理支撑作用；框体101上有支撑件1015，可以撑托盖板102。
盖板102实际上是用于提供按键的用户按压面的具有弹性形变的薄片，可以是金属、塑料或玻璃材料，其放置在支撑件1015上，下部具有形变空间。
压力传感器103包括4个压敏电阻，分别为1031～1034；压敏电阻采用印刷的方法印刷在盖板正背两面(正面指用户操作时接触用户手指一侧，背面是指和正面相对的一面)；在印刷了压敏电阻1033和1034后，正面可通过注塑工艺覆盖一层树脂材料104，使得盖板正面平坦化。采用这种结构可以使得压力传感器的灵敏度提高，从而实现心率测量功能。
图3、图4为本发明另一种实施方式所示的具有心率测量功能的按键装置200，其包括有框体201、盖板202和压力传感器模组203。框体201为中空的矩形体结构，用于限定按键的空间和提供物理支撑作用；框体201上有支撑件2015，可以撑托盖板202；盖板202实际上是用于提供按键的用户按压面的具有弹性形变的薄片，可以是金属、塑料或玻璃材料，其放置在支撑件2015上，下部具有形变空间。
和第一种实施方式的按键装置100不同在于，在该实施方式中，压力传感器模组203贴合在盖板202背面，从而简化了装配工艺。压力传感器模组203是由印刷在基板正背两面的四个压敏电阻组成，基板采用柔性的电路板材料(FPC)。
图5所示，是应用了具有心率监测功能的按键装置100的电子设备——手机300，手机300包括有外壳301、显示屏302及按键100，显示屏302安装在手机正面，显示屏302下方设置有按键100。按键100作为手机的HOME键，提供带压力感应的按键功能，以及基于用户手指测量心率的功能。
图6是图1所示实施方式中，压力传感器103的等效电路图，包括四个压敏电阻1031～1034，并且接成差分电桥方式，其中EPLUS为激励电压正端，EMINUS为激励电压负端；输出信号为差分信号对S+和S-。
图7所示为信号处理单元。压力传感器103的输出S+和S-接模拟数字转换器(ADC)106；ADC 106将压力传感器103的模拟信号转换为数字信号后送入处理器MCU 107；MCU 107包括两个处理单元，分别为压力等级识别单元，用于按键功能，以及心率监测单元，用于心率测量功能。
图8所示为心率监测单元1072，依次包括四个单元，单元1072A功能是去基线；单元1072B功能是带通滤波功能；单元1072C功能是心率信号波形的波峰波谷查找；单元1072D功能是对峰谷值进行计数，从而输出心率值。
因此，本发明可以有效地将心率测量功能整合到便携式电子设备的按键中，实现兼容电子设备原有结构和用户操作习惯的心率测量，同时降低整体成本和功耗。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有心率检测功能的按键装置，其特征在于该按键装置包括有：
盖板，其外表面作为按键的正面，提供给用户按压表面；
框架，设置于所述盖板的周边或边缘，用于将所述按键固定在电子设备上，并使盖板具有一定的形变空间；
压力传感器，固定于盖板表面，用于感受用户按压导致的盖板形变；
信号处理单元，用于处理压力传感器信号，所述压力传感器连接信号处理单元。
2.如权利要求1所述的具有心率检测功能的按键装置，其特征在于所述信号处理单元，包括模拟数字转换单元、压力等级识别单元，和心率检测单元；压力传感器的输出接模拟数字转换单元，模拟数字转换单元将压力传感器的模拟信号转换为数字信号后送入处理器MCU；MCU包括两个处理单元，分别为压力等级识别单元和心率监测单元。
3.如权利要求1所述的具有心率检测功能的按键装置，其特征在于所述框架为一环状支撑架，所述盖板嵌设于所述框架中，框架撑托盖板，使盖板下部在电子设备整机中具有弹性形变空间，同时框架与电子设备结合固定。
4.如权利要求3所述的具有心率检测功能的按键装置，其特征在于所述框架为一环形闭合的金属支撑架。
5.如权利要求1所述的具有心率检测功能的按键装置，其特征在于压力传感器为薄膜式的压敏电阻元件，印刷或者光刻在基板上，然后通过胶粘贴合在盖板外表面相对的内表面；所述基板为柔性电路板。
6.如权利要求1所述的具有心率检测功能的按键装置，其特征在于压力传感器为薄膜式的压敏电阻元件，印刷或者光刻在盖板的内表面和/或外表面上；当压敏电阻元件印刷或光刻在盖板外表面时，通过注塑使外表面平坦化。
7.一种具有心率检测功能按键的电子设备，其特征在于该电子设备包括有：
外壳，用于对显示屏提供保护和支撑；
显示屏，安装在外壳的正面，用于信息显示；
主板，设置于外壳内，用于信息处理；
按键装置，安装在设备外壳上，可被使用者按压。
8.如权利要求7所述的具有心率检测功能按键的电子设备，其特征在于所述按键设置于外壳上，位于显示屏的一侧，或者是外壳的一侧。
9.如权利要求7所述的具有心率检测功能按键的电子设备，其特征在于所述的电子设备为移动终端，所述具有心率检测的功能的按键装置构成该电子设备的HOME键。
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