CN109984737A - 心率检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种心率检测装置，包括：心率采集电路、心率放大电路、心率比较电路、主控电路和采集控制电路，心率采集电路包括红外发射管和红外接收管；所述心率放大电路包括信号放大器；所述心率比较电路包括信号比较器；主控电路包括主控芯片；采集控制电路包括热释电红外传感器。本发明通过所述采集控制模块的设计，以采用热释电红外传感器的方式自动进行是否触发心率的采集，进而无需用户手动的进行心率采集的触发控制，方便了用户操作，提高了用户体验，通过所述心率采集电路、所述心率放大电路和所述心率比较电路的设计，能有效的自动进行心率的采集、心率的放大和心率的比较，有效的提高了整体电路结构的稳定性，提高了心率检测的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及心率检测技术领域，特别涉及一种心率检测装置。
背景技术
随着经济的快速发展，人们对生活质量的要求也迅速提高，而身体健康问题也因此越来越受到社会的关注，而对身体检测与身体的健康有很大的联系，是了解身体健康状况的最直接的手段。而人的心率作为反映人体健康状况的重要指标之一，对心率的检测显得尤为重要，因而心率检测设备成为家庭生活中不可或缺的日常用品。
现有的心率检测装置使用过程中，需要用户主动的触发控制进行用户心率的采集，进而导致用户的操作繁琐，降低了用户体验，且现有的心率检测设备使用过程中，其电路结构稳定性差，进而导致心率检测精准度低，降低了心率检测装置的检测效率。
发明内容
基于此，本发明实施例的目的在于提供一种电路结构稳定性强、心率检测精准度高的心率检测装置。
一种心率检测装置，包括：
心率采集电路，包括红外发射管和红外接收管，所述心率采集电路用于采用红外信号检测的方式对用户进行心率采集；
心率放大电路，与所述心率采集电路的信号输出端电性连接，所述心率放大电路包括信号放大器，所述信号放大器用于对所述心率采集电路采集到的心率信号进行放大处理；
心率比较电路，与所述心率放大电路的信号输出端电性连接，所述心率比较电路包括信号比较器，所述信号比较器用于将经过所述信号放大器放大后的所述心率信号与预设信号强度进行比较，并输出比较结果；
主控电路，包括主控芯片，所述主控芯片的信号输出端与所述心率采集电路电性连接，所述主控芯片的信号输入端与所述心率比较电路电性连接；
采集控制电路，包括热释电红外传感器，所述热释电红外传感器与所述主控芯片电性连接，所述热释电红外传感器用于检测是否存在待测用户，以使通过所述主控芯片对应控制所述心率采集电路的开关状态；
电源电路，分别与所述心率采集电路、所述心率放大电路、所述心率比较电路、所述主控电路和所述采集控制电路电性连接，所述电源电路用于为所述心率检测装置中的各个电路模块提供工作电压。
上述心率检测装置，通过所述采集控制模块的设计，以采用热释电红外传感器的方式自动进行是否触发心率的采集，进而无需用户手动的进行心率采集的触发控制，方便了用户操作，提高了用户体验，通过所述心率采集电路、所述心率放大电路和所述心率比较电路的设计，能有效的自动进行心率的采集、心率的放大和心率的比较，有效的提高了整体电路结构的稳定性，提高了心率检测的精准度，通过所述电源电路的设计，有效的为所述心率检测装置中的各个电路模块提供工作电压，进一步的提高了所述心率检测装置的整体电路结构的稳定性。
进一步地，所述心率采集电路包括与所述红外发射管串联的第一电阻和第一电容、与所述第一电容串联的第二电阻和与所述红外接收管串联的第三电阻，所述第三电阻和所述第一电阻的输入端均分别与所述电源电路电性连接，所述第一电容的输出端与所述心率放大电路电性连接。
进一步地，所述心率放大电路包括分别与所述信号放大器串联的第一滑动变阻器、第四电阻、第二电容和第三电容，所述第四电阻与所述第二电容相并联，所述第二电容分别与所述第一滑动变阻器和所述第三电容相串联。
进一步地，所述心率比较电路包括分别与所述信号比较器电性连接的第五电阻、第六电阻、第一指示灯和第七电阻，所述第五电阻分别与所述第六电阻和所述第七电阻相串联，所述第七电阻与所述第一指示灯相串联。
进一步地，所述电源电路包括电源稳压芯片和分别与所述电源稳压芯片电性连接的开关按键、二极管、第八电阻及与所述第八电阻串联的第二指示灯。
进一步地，所述心率检测装置还包括：
时钟电路，与所述主控芯片的信号输入端口电性连接，所述时钟电路用于为所述主控芯片提供时钟信号，所述时钟电路包括时钟控制芯片和与所述控制芯片电性连接的晶振，所述控制芯片分别与所述主控芯片及所述电源电路电性连接。
进一步地，所述心率检测装置还包括：
显示电路，包括显示屏和与所述显示屏电性连接的第二滑动变阻器，所述第二滑动变阻器分别与所述电源电路和所述显示屏的VSS引脚、VDD引脚及VEE引脚电性连接。
进一步地，所述心率检测装置还包括：
报警电路，包括蜂鸣器、与所述蜂鸣器电性连接的三极管和与所述三极管电性连接的第九电阻，所述第九电阻的输入端与所述主控芯片的P2.0引脚电性连接。
进一步地，所述三极管采用NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述电源电路的输出端电性连接，所述三极管的基极与所述第九电阻相串联，所述三极管的发射极与所述蜂鸣器电性连接。
进一步地，所述主控芯片上电性连接有一上拉电阻，所述上拉电阻的一端与所述电源电路电性连接，另一端与所述主控芯片的AD0引脚、AD1引脚、AD2引脚、AD3引脚、AD4引脚、AD5引脚、AD6引脚和AD7引脚电性连接。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的心率检测装置的电路结构示意图；
图2为图1中心率采集电路的电路结构示意图；
图3为图1中心率放大电路的电路结构示意图；
图4为图1中心率比较电路的电路结构示意图；
图5为图3和图4中LM358芯片的引脚结构示意图；
图6为本发明第一实施例提供的主控芯片的引脚结构示意图；
图7为图1中采集控制电路的工作效果示意图；
图8为图1中电源电路的电路结构示意图；
图9为图1中时钟电路的电路结构示意图；
图10为图9中时钟控制芯片的引脚结构示意图；
图11为图1中按键控制电路的电路结构示意图；
图12为图1中显示电路的电路结构示意图；
图13为本发明第二实施例提供的心率检测装置的电路结构示意图；
图14为图13中报警电路的电路结构示意图；
主要元素符号说明
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种心率检测装置100，包括心率采集电路10、心率放大电路11、心率比较电路12、主控电路13和采集控制电路14，其中：
心率采集电路10，包括红外发射管D2和红外接收管D3，所述心率采集电路10用于采用红外信号检测的方式对用户进行心率采集；
心率放大电路11，与所述心率采集电路10的信号输出端电性连接，所述心率放大电路11包括信号放大器U3，所述信号放大器U3用于对所述心率采集电路10采集到的心率信号进行放大处理；
心率比较电路12，与所述心率放大电路11的信号输出端电性连接，所述心率比较电路12包括信号比较器U2，所述信号比较器U2用于将经过所述信号放大器U3放大后的所述心率信号与预设信号强度进行比较，并输出比较结果；
主控电路13，包括主控芯片，所述主控芯片的信号输出端与所述心率采集电路10电性连接，所述主控芯片的信号输入端与所述心率比较电路12电性连接，请参阅图6，其中，所述主控芯片采用制成STC89C52单片机，该STC89C52单片机包含了以下几个性能指标：1、它具有两种可以自主选定的省电模式，一种是掉电模式另一种为空闲模式；2、最高运作频率35Mhz，6T/12T可选；3、一个6向量2级中断结构，全双工串行口。4、存在4组八位的并行口可供给输入输出，分别为P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7，最多32个输入/输出；5、内部包含了三个的定时器/计数器可供单片机通过程序挑选，专用复位电路以及看门狗定时的功能；
采集控制电路14，包括热释电红外传感器，所述热释电红外传感器与所述主控芯片电性连接，所述热释电红外传感器用于检测是否存在待测用户，以使通过所述主控芯片对应控制所述心率采集电路10的开关状态，具体的，请参阅图7，其中，为了达到的低负荷运行功能，本实施例使用了采集控制电路14来控制电路的压力，该采集控制电路14是由红外感应技术研发制成的一种可以自动分析的模块。广泛的应用于各类自动感应电器设备，比如楼道里的自动感应灯。它的功耗很小，用干电池就可以为它供电。在本实施例中它是通过热释电红外传感器检测是否存在待测人体，若没有待测人体则DS1302实时时钟采集，降低了心率计的功率，即低负荷运行。若有待测人体则开始对人体进行心率测量，这大大的减少了部分电路的工作时间，缓解了电路的压力；达到了低负荷运行。当人出现在感应范围在两米以内时，心率计将会自动唤醒；
电源电路15，分别与所述心率采集电路10、所述心率放大电路11、所述心率比较电路12、所述主控电路13和所述采集控制电路14电性连接，所述电源电路15用于为所述心率检测装置100中的各个电路模块提供工作电压。
请参阅图2，所述心率采集电路10包括与所述红外发射管D2串联的第一电阻R13和第一电容C6、与所述第一电容C6串联的第二电阻14和与所述红外接收管D3串联的第三电阻R12，所述第三电阻R12和所述第一电阻R13的输入端均分别与所述电源电路15电性连接，所述第一电容C6的输出端与所述心率放大电路11电性连接，其中，本实施例采用两只5MM的红外对管以组成红外传感器，其中红外发射管D2用于发出一个信号，红外接收管D3用于接收一个信号。由于红外传感器所接收到的心率特性相对来说特别的渺小，而且接收到的频率特性也很低，并且加上各种高频信号和噪声的干扰，所以设计了所述第一电容C6和所述第二电阻14以达到低通滤波的效果，使得允许比硬件设定的最高频率小的电压经过，而比最高频率大的信号将不可以通过这个低通滤波电路，有效的去除了高频干扰，阻止了噪声信号的加入，有效的提高了电路结构的稳定性。
请参阅图3，所述心率放大电路11包括分别与所述信号放大器U3串联的第一滑动变阻器RV2、第四电阻R7、第二电容C4和第三电容C5，所述第四电阻R7与所述第二电容C4相并联，所述第二电容C4分别与所述第一滑动变阻器RV2和所述第三电容C5相串联，其中，第一滑动变阻器RV2与第四电阻R7之比为放大器的放大倍数，信号从同相端输入，第一滑动变阻器RV2为输入电阻，第四电阻R7为反馈电阻，其闭环放大倍数为A＝1+RV2/R7，输出为输入的A倍，本实施例中第一滑动变阻器RV2可以用于改变电压的放大倍数，从而达到信号放大的效果。第二电容C4为耦合电容，起到隔直通交的作用，为了让所有的信号通过，所以使用的是1uF的电容。
请参阅图4至图5，所述心率比较电路12包括分别与所述信号比较器U2电性连接的第五电阻R8、第六电阻R9、第一指示灯D1和第七电阻R10，所述第五电阻R8分别与所述第六电阻R9和所述第七电阻R10相串联，所述第七电阻R10与所述第一指示灯D1相串联，其中，第五电阻R8与第六电阻R9之间的点电压为总的输入到电路中电压的一半传给反相端，而信号放大之后的电压传给同相端。本实施例中可以比较LM358两端的电压值，若同相端的电压较大时，产生一个为正脉冲，第一指示灯D1亮一次；若反相端的电压大时，产生一个为负脉冲，第一指示灯D1不亮。这可以有效的避免出现的干扰信号，形成了由0V到5V的方波。
具体的，LM358引脚功能包括：1脚、输出端；2脚、反相输入端；3脚、同相输入端；4脚、负电源(双电源工作时)或接地(单电源工作时)；5脚、同相输入端；6脚、反相输入端；7脚、输出端；8脚、正电源；
优选的，LM358芯片内部1、2、3脚组成一个运放的通道，5、6、7脚组成另一运放的通道，LM358的特性：1、低输入偏流；2、内部频率补偿；3、单位增益频带宽(约1MHz)；4、直流电压增益高(约100dB)；5、低输入失调电压和失调电流；6、低功耗电流，适合于电池供电；7、输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)；8、共模输入电压范围宽，包括接地；9、差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；
请参阅图8，所述电源电路15包括电源稳压芯片U4和分别与所述电源稳压芯片U4电性连接的开关按键S1、二极管D4、第八电阻R15及与所述第八电阻R15串联的第二指示灯D5，其中当开开关按键S1处于打开状态时，所述第二指示灯D5处于一直闪烁的状态，这表明了整个电路已经处于工作的状态，然后利用电源稳压芯片U4让整个电路个电压处于稳定状态，是为了使系统电路电压值在整个电路中为5V电压。其次，在电源稳压芯片U4的输出口放置所述二极管D4，所述二极管D4的作用是设法避免系统电路的模块在使用时不小心将电源的正极和负极接错地方后使得系统瘫痪。
请参阅图9至图10，所述心率检测装置100还包括：
时钟电路16，与所述主控芯片的信号输入端口电性连接，所述时钟电路16用于为所述主控芯片提供时钟信号，所述时钟电路16包括时钟控制芯片U5和与所述控制芯片电性连接的晶振X3，所述控制芯片分别与所述主控芯片及所述电源电路15电性连接，其中，在本实施例中采用DS1302作为时钟电路16的控制芯片，这一款时钟电路16芯片它的内部具有一个实时时钟和一个日历，它可以稳定的获取到实时时钟，并通过单片机的程序设定它的输出，为了更好的观测时间，使用LCD来显示获取到的时钟信号。在这款芯片中它具备了两个电源入口可供使用者选择。具体的，DS1302引脚功能：电源正极管脚-VCC1,VCC2；晶振X3管脚-X1，X2；电源负极-GND；复位脚-RST；数据传输口-I/O；串行时钟-SCLK。
请参阅图11，其中，本实施例为了适合于不同人群，设计了一控制电路按键电路。设计采用线性键盘，四个引脚通过按键接地，加上拉电阻是为了提升按键电路的抗干扰能力。4个按键分别接到单片机的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4上，当心率计处于无人检测状态时，进入时间模式；通过按键可以调节时间和日期；当心率计处于有人检测状态时，进入测心率模式；通过按键来设定初始不同人群不同的正常心率限度，用于控制超出限制时电路报警提示心率不正常，当不同人群进行测量时应当采取不同的心率限度进行测试。当电路板处于时钟模式时，S2为选择键，S3为时间加键，S4为时间减键，S5为确定键。当电路板处于测心率模式时，S2为选择键，S3为报警定值加键，S4为报警定值减键，S5为确定键。
请参阅图12，所述心率检测装置100还包括：
显示电路18，包括显示屏LED1和与所述显示屏LED1电性连接的第二滑动变阻器RV1，所述第二滑动变阻器RV1分别与所述电源电路15和所述显示屏LED1的VSS引脚、VDD引脚及VEE引脚电性连接，其中，该心率计的时间和心率的显示功能是靠LCD1602显示屏LED1来实现的。单片机获取各个模块输出的数据后，利用程序进行处理，传递给LCD显示屏LED1直接传递出来，以方便用户的信息查看，具体的，当有人测试时，单片机进入测心率模式，LCD1602显示心率值。当无人测试时，单片机进入时钟显示模式，LCD1602显现出时间和日期，提供时间，方便大家查询时间或日期。本实施例中可以通过调节第二滑动变阻器RV1来控制LCD1602的背光，使用户可以清楚的看到显示内容。优选的，由于单片机芯片里的P0口缺少上拉电阻，因此，所述主控芯片上电性连接有一上拉电阻，所述上拉电阻的一端与所述电源电路15电性连接，另一端与所述主控芯片的AD0引脚、AD1引脚、AD2引脚、AD3引脚、AD4引脚、AD5引脚、AD6引脚和AD7引脚电性连接，所述上拉电阻用于起到将P0口的电平处于高电平的状态的作用。
进一步地，所述三极管Q1采用NPN型三极管Q1，所述三极管Q1的集电极与所述电源电路15的输出端电性连接，所述三极管Q1的基极与所述第九电阻R11相串联，所述三极管Q1的发射极与所述蜂鸣器LS1电性连接。
本实施例中，通过所述采集控制模块的设计，以采用热释电红外传感器的方式自动进行是否触发心率的采集，进而无需用户手动的进行心率采集的触发控制，方便了用户操作，提高了用户体验，通过所述心率采集电路10、所述心率放大电路11和所述心率比较电路12的设计，能有效的自动进行心率的采集、心率的放大和心率的比较，有效的提高了整体电路结构的稳定性，提高了心率检测的精准度，通过所述电源电路15的设计，有效的为所述心率检测装置100中的各个电路模块提供工作电压，进一步的提高了所述心率检测装置100的整体电路结构的稳定性。
请参阅图13至图14，本发明第二实施例提供一种心率检测装置100a，该第二实施例与第一实施例的结构大抵相同，其区别在于，本实施例中，所述心率检测装置100a还包括：
报警电路19，包括蜂鸣器LS1、与所述蜂鸣器LS1电性连接的三极管Q1和与所述三极管Q1电性连接的第九电阻R11，所述第九电阻R11的输入端与所述主控芯片的P2.0引脚电性连接，其中，选取NPN三极管Q1在电路中产生放大信号的功能。当心率值超出范围时，单片机的P2.0口就会给三极管Q1的基极B发送信号，集电极C和发射机E之间产生放大后触发蜂鸣器LS1进行报警，因此，本实施例中通过所述报警电路19的设计，有效的对用户起到了报警提示效果，提高了用户体验。
上述实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种心率检测装置，其特征在于，包括：
心率采集电路，包括红外发射管和红外接收管，所述心率采集电路用于采用红外信号检测的方式对用户进行心率采集；
心率放大电路，与所述心率采集电路的信号输出端电性连接，所述心率放大电路包括信号放大器，所述信号放大器用于对所述心率采集电路采集到的心率信号进行放大处理；
心率比较电路，与所述心率放大电路的信号输出端电性连接，所述心率比较电路包括信号比较器，所述信号比较器用于将经过所述信号放大器放大后的所述心率信号与预设信号强度进行比较，并输出比较结果；
主控电路，包括主控芯片，所述主控芯片的信号输出端与所述心率采集电路电性连接，所述主控芯片的信号输入端与所述心率比较电路电性连接；
采集控制电路，包括热释电红外传感器，所述热释电红外传感器与所述主控芯片电性连接，所述热释电红外传感器用于检测是否存在待测用户，以使通过所述主控芯片对应控制所述心率采集电路的开关状态；
电源电路，分别与所述心率采集电路、所述心率放大电路、所述心率比较电路、所述主控电路和所述采集控制电路电性连接，所述电源电路用于为所述心率检测装置中的各个电路模块提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率采集电路包括与所述红外发射管串联的第一电阻和第一电容、与所述第一电容串联的第二电阻和与所述红外接收管串联的第三电阻，所述第三电阻和所述第一电阻的输入端均分别与所述电源电路电性连接，所述第一电容的输出端与所述心率放大电路电性连接。
3.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率放大电路包括分别与所述信号放大器串联的第一滑动变阻器、第四电阻、第二电容和第三电容，所述第四电阻与所述第二电容相并联，所述第二电容分别与所述第一滑动变阻器和所述第三电容相串联。
4.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率比较电路包括分别与所述信号比较器电性连接的第五电阻、第六电阻、第一指示灯和第七电阻，所述第五电阻分别与所述第六电阻和所述第七电阻相串联，所述第七电阻与所述第一指示灯相串联。
5.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述电源电路包括电源稳压芯片和分别与所述电源稳压芯片电性连接的开关按键、二极管、第八电阻及与所述第八电阻串联的第二指示灯。
6.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率检测装置还包括：
时钟电路，与所述主控芯片的信号输入端口电性连接，所述时钟电路用于为所述主控芯片提供时钟信号，所述时钟电路包括时钟控制芯片和与所述控制芯片电性连接的晶振，所述控制芯片分别与所述主控芯片及所述电源电路电性连接。
7.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率检测装置还包括：
显示电路，包括显示屏和与所述显示屏电性连接的第二滑动变阻器，所述第二滑动变阻器分别与所述电源电路和所述显示屏的VSS引脚、VDD引脚及VEE引脚电性连接。
8.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述心率检测装置还包括：
报警电路，包括蜂鸣器、与所述蜂鸣器电性连接的三极管和与所述三极管电性连接的第九电阻，所述第九电阻的输入端与所述主控芯片的P2.0引脚电性连接。
9.根据权利要求8所述的心率检测装置，其特征在于，所述三极管采用NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述电源电路的输出端电性连接，所述三极管的基极与所述第九电阻相串联，所述三极管的发射极与所述蜂鸣器电性连接。
10.根据权利要求1所述的心率检测装置，其特征在于，所述主控芯片上电性连接有一上拉电阻，所述上拉电阻的一端与所述电源电路电性连接，另一端与所述主控芯片的AD0引脚、AD1引脚、AD2引脚、AD3引脚、AD4引脚、AD5引脚、AD6引脚和AD7引脚电性连接。
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- 2019-03-07 CN CN201910172449.9A patent/CN109984737A/zh active Pending
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