CN107485380A - 腕戴式心率监测装置及心率监测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种腕戴式心率监测装置及心率监测控制方法，该装置包括光电式心率监测单元、六轴加速度传感器、处理单元、皮电检测单元、提醒单元；皮电检测单元包括两个或两个以上的皮电检测用电极对和皮电检测传感器；电极对设于该装置的皮肤贴合面，各电极对的两个电极交叉设置，进行对角线交叉检测；处理单元依据电极对采集的皮电信号按预设条件检测该装置是否佩戴正确，并发送提醒指令；提醒单元接收指令并提醒；处理单元基于六轴加速度传感器采集的空间运动坐标参数，依据预设条件分析该装置的运动状态。通过本发明可及时发现手环佩戴时与皮肤贴合不良状态并进行提醒，间接避免了运动时该装置移位或佩戴不牢造成的数据采集不准确的问题。

Description

腕戴式心率监测装置及心率监测控制方法

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及一种腕戴式心率监测装置及心率监测控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高以及生活工作节奏的加快，人们对自身身体健康越来越关注，对自身身体参数的监测需求也越来越高，心率是一个重要的身体参数，它既可以作为评定运动负荷适宜与否，也可以作为心脏机能健康状态的指标和依据。

目前较为便捷的心率采集装置为心率采集手环，通过其中装设的光电式心率传感器在用户佩戴时通过腕部进行心率采集，但采集的数据噪声较多，所采集的数据仅仅用于粗略的了解心率的大致情况，已不能满足目前人们对心率参数的高准确度的要求。

通过对现有心率采集手环及使用状态的分析，发现当前采用的光电式心率传感器的自身的采集精度完全能够满足市场需求，但是由于手环佩戴时(特别是运动时)造成的手环监测部位没有与皮肤良好贴合而影响到了数据采集的质量，而且心率监测只有长时间的准确数据的获取对使用者才有意义。

因此，如果能及时发现手环佩戴时与皮肤贴合不良的状态，并提醒使用者及时调整，可以极大降低不良、或者无效数据的采集，提升监测时段内的所采集心率数据的质量。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，即为了解决手环佩戴时与皮肤贴合不良状态不易发现的问题，本发明的一方面，提出了一种腕戴式心率监测装置，包括皮电检测单元、光电式心率监测单元、用于数据处理的处理单元，用于进行空间动作定位的六轴加速度传感器，用于数据处理的处理单元，还包括提醒单元；

所述皮电检测单元包括皮电检测传感器和皮电检测用电极对；所述皮电检测用电极对为两个或两个以上，设置于所述腕戴式心率监测装置的皮肤贴合面；各皮电检测用电极对的两个电极交叉设置，进行对角线交叉检测；

所述六轴加速度传感器，用于采集所述腕戴式心率检测装置的空间运动坐标参数进行空间动作定位；

所述处理单元，用于依据所述皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号，按照预设判断条件检测所述腕戴式心率监测装置是否佩戴正确，并发送提醒指令；所述处理单元还用于基于所述六轴加速度传感器所采集的空间运动坐标参数，依据预设的分析条件分析所述腕戴式心率检测装置的运动状态；

所述提醒单元，用于接收提醒指令并进行提醒。

优选地，所述提醒单元包括振动马达，所述振动马达用于依据所述提醒指令进行振动提醒。

优选地，所述处理单元还用于依据所述皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号、所述腕戴式心率监测装置的运动状态，按照预设判断条件进行所述腕戴式心率监测装置处于佩戴状态的判断，若判断为未佩戴状态则关闭功能电路部分；所述功能电路部分包括光电式心率监测单元。

优选地，所述的腕戴式心率监测装置还包括无线通信单元，用于从处理单元中获取心率监测数据并发送。

优选地，所述皮电检测用电极对为两个，两个皮电检测用电极对中的四个电极连线可构成一个矩形。

优选地，所述的腕戴式心率监测装置还包括充电单元；所述充电单元包括充电电池；

所述充电单元用于对所述充电电池进行充电；所述充电单元的充电接头为所述皮电检测用电极对中的电极。

优选地，所述的皮电检测用电极对中的电极为磁性凸起电极。

优选地，所述的腕戴式心率监测装置还包括有线式数据通信单元，该单元用于处理单元与外部连接设备之间的信息交互；

所述有线式数据通信单元的数据接口为所述皮电检测用电极对中的电极，所述皮电检测用电极对中的电极还可以用于原程序代码烧写。

本发明的另一方面，还提供一种心率监测控制方法，包括以下步骤：

步骤1，依据皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集电流信号，判断所述腕戴式心率监测装置是否佩戴正确，若是则执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，通过光电式心率监测单元进行心率信号的采集；

步骤3，通过提醒单元进行提醒。

优选地，所述心率监测控制方法，还包括停止心率监测的判断方法：通过六轴加速度传感器检测所述腕戴式心率监测装置的空间运动坐标参数，以及各皮电检测用电极对采集的皮电信号；若通过所述空间运动坐标参数判断所述腕戴式心率监测装置为静止状态，且各皮电检测用电极对均未采集到电流信号，则所述腕戴式心率监测装置为未佩戴状态，停止心率监测。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过皮电检测单元中电极对以及提醒单元的设置，可以在腕戴式心率监测装置佩戴不正确时及时发现并进行提醒，间接避免了运动过程中腕戴式心率监测装置移位或佩戴不牢固造成的数据采集不准确的问题；

(2)通过对皮电检测单元中的电极电流信号以及六轴加速度传感器空间运动坐标参数的综合判断腕戴式心率监测装置是否处于佩戴状态，提高了佩戴状态检测的准确度；

(3)在非佩戴状态下可以控制功能电路部分关闭，进而对电源控制进行优化，避免了不必要的能源消耗，节省电能，延长了腕戴式心率监测装置的使用时间；

(4)通过将皮电检测单元中的电极可以作为充电单元的充电接头、和/或有线式数据通信单元的数据接口，简化腕戴式心率监测装置外部接口设置，方便了使用，节省了成本。

(5)电极设置为磁性凸起电极，在充电连接时，和/或线式数据通信连接时，不用人为对准，即可通过磁力吸合的方式快速连接，方便了使用，而且实现了腕戴式心率监测装置的全封闭式设计，具有较好的防尘防水功能。

附图说明

图1是本发明实施例的腕戴式心率监测装置结构示意图；

图2是本发明实施例的腕戴式心率监测装置的皮肤贴合面布局示意图；

图3是本发明实施例的腕带式心率监测装置的元件设置示意图；

附图中的标记为：1-腕戴式心率监测装置，2-腕带腔，3-腕带，11-皮电检测单元，12-光电心率监测单元，13-六轴加速度传感器，14-处理单元，15-无线通信单元，16-提醒单元，17-有线式数据通信单元，18-充电单元，111-电极，121-LED灯。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

为了更清晰的对本发明技术方案进行描述，对本发明的一个优选实施例进行详细展开说明。

本发明的一种实施例的腕戴式心率监测装置1，如图1所示，包括皮电检测单元11、光电式心率监测单元12、六轴加速度传感器13、处理单元14、无线通信单元15、提醒单元16、有线式数据通信单元17、充电单元18。如图2所示，腕戴式心率监测装置1与腕带腔2分离设置，在使用时可以将腕戴式心率监测装置1压入腕带腔2中，腕戴式心率监测装置1的皮肤贴合面裸露以便于进行皮电检测和心率监测，通过腕带3实现腕戴式心率监测装置1的佩戴。

图3对本发明一种实施的例腕带式心率监测装置1的元件设置进行布局示意，包括腕带3、腕带腔2、以及关键元件；该实施例中关键元件分层设置，第一层设置有六轴加速度传感器13、处理单元14、无线通信单元15、充电单元18的核心部分，第二层设置皮电检测单元11、提醒单元16、光电式心率监测单元12的核心部分，第三层设置有光电式心率监测单元12的1-3颗LED灯121、皮电检测单元11中的电极111。图3仅仅为元件布局示意图，为了清楚地对布局进行展示，部分元件进行特殊展示，如LED灯121、电极111等。

皮电检测单元11包括皮电传感器和四个磁性凸起的电极111，四个磁性凸起的电极111呈对角线设置为两对，皮电传感器分别通过两对磁性凸起的电极111进行皮电检测。本实施例中四个磁性凸起电极的连线可以构成一个矩形，且分布在腕戴式心率监测装置与皮肤贴合面的边缘部位。

光电式心率监测单元12包括光电式心率传感器、LED灯121。光电式心率监测单元12通过光电透射测量法配合皮电检测单元进行心率信号的采集。该光电式心率监测单元12裸露1-3颗LED灯121用于发射光信号至使用者手腕皮肤然后接收光信号。采用多颗LED灯121发射光信号的配合更能保障接收的准确性，避免因为运动原因造成较大误差。

六轴加速度传感器13，由三轴加速器与三轴螺旋仪组成，用于采集腕戴式心率监测装置1的空间运动坐标参数进行空间动作定位，还可以用于获取腕戴式心率监测装置的运动状态数据，具有唤醒功能和测量使用者空间坐标功能。

处理单元14包括处理器及周边电路，用于获取检测皮电检测单元11、光电式心率监测单元12、六轴加速度传感器13等信号采集单元采集的信号，并进行数据分析和处理，控制提醒单元16进行提醒动作，并与无线通信单元15、有线式数据通信单元17进行数据交互。

无线通信单元15用于处理单元14与外部的无线数据交互。

提醒单元16为振动马达，振动马达接收处理单元14发出的提醒指令从而产生振动。

有线式数据通信单元17的用于处理单元14与外部的有线数据交互。有线式数据通信单元17的数据接口为磁性凸起的电极111，在连接时通过吸合的方式。

充电单元18包括充电电池以及充电电路，充电电路中充电接头为磁性凸起的电极111。

本实施例中，腕戴式心率监测装置1的佩戴状态的检测方法为：

(1)通过六轴加速度传感器13检测腕戴式心率监测装置1的空间运动参数，以及各皮电检测用电极对采集的皮电信号；

(2)若通过空间运动坐标参数判断所述腕戴式心率监测装置1为静止状态，且各皮电检测用电极对均未采集到电流信号，则腕戴式心率监测装置1为未佩戴状态。

本实施例中，还提供一种心率监测控制方法，包括以下步骤：

步骤1，依据皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集电流信号，判断腕戴式心率监测装置是否佩戴正确(即判断是否与皮肤贴合)，若是则执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，通过光电式心率监测单元进行心率信号的采集，采集结果传送至处理单元，协同皮电传感器进行数据优化和误差处理；

步骤3，若通过六轴加速度传感器13检测到心率监测装置处于非运动状态，系统无线通信单元15处于休眠状态，不发出震动提醒，若检测到心率监测装置处于运动状态，则通过提醒单元进行提醒。

本实施例中，腕戴式心率监测装置1佩戴正确与否的检测方法为：四个磁性凸起的电极111均与皮肤贴合时，皮电传感器可以通过每一对磁性凸起的电极111均可获取皮电信号，此时可以判断为腕戴式心率监测装置1的监测面与皮肤良好贴合，腕带式心率监测装置1佩戴正确；四个磁性凸起的电极111任一个未与皮肤贴合时，皮电传感器无法从包含该电极111的电极对获取皮电信号，此时可以判断为腕戴式心率监测装置1的监测面未与皮肤良好贴合，腕带式心率监测装置佩戴不正确。

本实施例中，腕戴式心率监测装置1还具有电源优化管理功能，为了便于对该功能的描述，将腕戴式心率监测装置1分为功能电路部分、检测电路部分、处理单元部分、能源供给部分，其中，功能电路部分包括光电式心率监测单元12、提醒单元16、无线通信单元15、有线式数据通信单元17，检测电路部分包括皮电检测单元11和六轴加速度传感器13；处理单元部分包括处理单元14；能源供给部分包括充电单元18。当通过本实施例中腕戴式心率监测装置1的佩戴状态的检测方法检测到腕戴式心率监测装置1为未佩戴状态时，通过处理单元14的设置关闭功能电路部分一项或多项，即可以关闭光电式心率监测单元和无线通信单元，以减少不必要的能源消耗，

通过具体使用的例子进一步对本发明技术方案进行描述。

实时或周期性的通过六轴加速度传感器13、皮电检测单元11，利用上述实施例所描述的腕戴式心率监测装置1的佩戴状态的检测方法判断腕戴式心率监测装置1的佩戴状态；

处于佩戴状态时，通过腕戴式心率监测装置1的监测面与皮肤贴合状态的检测方法，对腕戴式心率监测装置1的监测面与皮肤贴合状态进行实时或周期性检测；当检测到腕戴式心率监测装置1的监测面与皮肤良好贴合时，通过光电式心率监测单元12进行心率监测；当检测到腕戴式心率监测装置1的监测面与皮肤未贴合良好时，处理单元14向提醒单元16发送提醒指令，提醒单元16中振动马达启动，进行振动提醒，以便使用者及时发现并对佩戴状态进行调整。

当处于非佩戴状态时，依据本实施例中腕戴式心率监测装置1的电源优化管理功能的设定，通过处理单元14的设定关闭功能电路部分一项或多项，以减少不必要的能源消耗。

在上述技术描述的基础上，还可以通过以下实施例对本发明要求保护的技术方案进行描述：

本发明一种实施例的腕戴式心率监测装置1，包括光电式心率监测单元12、皮电检测单元11、用于进行空间动作定位的六轴加速度传感器13、用于数据处理的处理单元14，还包括提醒单元16；

皮电检测单元11包括皮电检测传感器和皮电检测用电极对；皮电检测用电极对为两个或两个以上，设置于该腕戴式心率监测装置1的皮肤贴合面；各皮电检测用电极对的两个电极交叉设置，进行对角线交叉检测；

六轴加速度传感器13，用于采集腕戴式心率监测装置的空间运动坐标参数进行空间动作定位；

处理单元14，用于依据皮电检测单元11中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号，按照预设判断条件进行腕戴式心率监测装置1是否贴合皮肤的判断，并发送提醒指令；处理单元14还用于基于所述六轴加速度传感器13所采集的空间运动坐标参数，依据设定的分析条件分析所述腕戴式心率监测装置的运动状态。

提醒单元14，用于接收提醒指令并进行提醒。

本实施例中，提醒单元16包括振动马达，该振动马达用于依据所述提醒指令进行振动提醒。此外，提醒单元16也可以采用声音提醒、光信号提醒、显示屏文字图案等提醒方式进行提醒。

本实施例中，处理单元14还用于依据所述皮电检测单元11中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号、所述腕戴式心率监测装置1的运动状态，按照预设判断条件进行所述腕戴式心率监测装置1处于佩戴状态的判断，若判断为未佩戴状态则关闭功能电路部分；所述功能电路部分包括光电式心率监测单元12。在进行佩戴状态的判断时，只用区分腕戴式心率监测装置1的运动状态为运动或静止即可。

本实施例的腕戴式心率监测装置1还包括无线通信单元15，用于从处理单元中获取心率监测数据并发送，以实现与手机、远程服务器等设备的数据交互。

本实施例中，皮电检测用电极对优选地为两个，两个皮电检测用电极对中的四个电极连线可构成一个矩形。此外，皮电检测传感器中电极111的分布还可以优选为：均匀分布于特定圆的圆周上，该特定圆的直径为皮电检测用电极对中两个电极的之间的距离。

本实施例中腕戴式心率监测装置1还包括充电单元18；充电单元18包括充电电池；充电单元18用于对所述充电电池进行充电；充电单元18的充电接头为所述皮电检测用电极对中的电极111。

本实施例中，皮电检测用电极对中的电极111为磁性凸起电极。

本实施例中腕戴式心率监测装置1还包括有线式数据通信单元17，该单元用于处理单元14与外部连接设备之间的信息交互；有线式数据通信单元17的数据接口为所述皮电检测用电极对中的电极111，皮电检测用电极对中的电极111还可以用于原程序代码烧写。

本实施例中，皮电检测用电极对中的电极111为磁性凸起电极，凸起的设置可以更好的与皮肤进行接触，磁性的设计可以实现作为充电接头、或数据接口时通过吸合的方式快速与附近的连接头进行连接，使用更加方便。另外有线式数据通信单元17的数据接口、充电单元的充电接头采用皮电检测用电极对中的电极实现，可以实现腕戴式心率监测装置1的全封闭式设计，具有较好的防尘防水功能。

本发明的一种实施例的心率监测控制方法，基于上述心率监测装置1，包括以下步骤：

步骤1，依据皮电检测单元11中各皮电检测用电极对所采集电流信号，判断所述心率监测装置1是否佩戴正确，若是则执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，通过光电式心率监测单元12进行心率信号的采集；

步骤3，通过提醒单元16进行提醒。

本实施例的心率监测控制方法还包括停止心率监测的判断方法：

通过六轴加速度传感器13检测所述心率监测装置1的运动参数，以及各皮电检测用电极对采集的皮电信号；

若通过所述运动参数判断所述心率监测装置为静止状态，且各皮电检测用电极对未采集到电流信号，则所述心率监测装置1为未佩戴状态，停止心率监测。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腕戴式心率监测装置，包括皮电检测单元、光电式心率监测单元，用于进行空间动作定位的六轴加速度传感器，用于数据处理的处理单元，其特征在于，还包括提醒单元；

所述皮电检测单元包括皮电检测传感器和皮电检测用电极对；所述皮电检测用电极对为两个或两个以上，设置于所述腕戴式心率监测装置的皮肤贴合面；各皮电检测用电极对的两个电极交叉设置，进行对角线交叉检测；

所述六轴加速度传感器，用于采集所述腕戴式心率检测装置的空间运动坐标参数进行空间动作定位；

所述处理单元，用于依据所述皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号，按照预设判断条件检测所述腕戴式心率监测装置是否佩戴正确，并发送提醒指令；所述处理单元还用于基于所述六轴加速度传感器所采集的空间运动坐标参数，依据设定的分析条件分析所述腕戴式心率监测装置的运动状态；

所述提醒单元，用于接收提醒指令并提醒。

2.根据权利要求1所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，所述提醒单元包括振动马达，所述振动马达用于依据所述提醒指令进行振动提醒。

3.根据权利要求1所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，所述处理单元还用于依据所述皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集的皮电信号、所述腕戴式心率监测装置的运动状态，按照预设判断条件进行所述腕戴式心率监测装置处于佩戴状态的判断，若判断为未佩戴状态则关闭功能电路部分；

所述功能电路部分包括光电式心率监测单元。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，还包括无线通信单元，用于从处理单元中获取心率监测数据并发送。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，皮电检测用电极对为两个，两个皮电检测用电极对中的四个电极连线可构成一个矩形。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，还包括充电单元；所述充电单元包括充电电池；

所述充电单元用于对所述充电电池进行充电；所述充电单元的充电接头为所述皮电检测用电极对中的电极。

7.根据权利要求6所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，所述的皮电检测用电极对中的电极为磁性凸起电极。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的腕戴式心率监测装置，其特征在于，还包括有线式数据通信单元，该单元用于处理单元与外部连接设备之间的信息交互；

所述有线式数据通信单元的数据接口为所述皮电检测用电极对中的电极，所述皮电检测用电极对中的电极还可以用于原程序代码烧写。

9.一种心率监测控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述腕戴式心率监测装置，包括以下步骤：

步骤1，依据皮电检测单元中各皮电检测用电极对所采集电流信号，判断所述腕戴式心率监测装置是否佩戴正确，若是则执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，通过光电式心率监测单元进行心率信号的采集；

步骤3，通过提醒单元进行提醒。

10.根据权利要求9所述的心率监测控制方法，其特征在于，还包括停止心率监测的判断方法：

通过六轴加速度传感器检测所述腕戴式心率监测装置的空间运动坐标参数，以及各皮电检测用电极对采集的皮电信号；

若通过所述空间运动坐标参数判断所述腕戴式心率监测装置为静止状态，且各皮电检测用电极对均未采集到电流信号，则所述腕戴式心率监测装置为未佩戴状态，停止心率监测。