CN112002119B - 一种生理数据超低功耗采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种生理数据超低功耗采集系统，包括电源管理模块，所述电源管理模块具有时序供电功能，用于对供电进行管理，并按照时序管理对其他模块供电；定时器，用于产生定时信号；传感采集模组，用于采集生物体的生理数据；滤阻模块用于接收传感采集模组发送来的采集数据；滤阻模块上还运行有滤波处理程序，用于对干扰信号滤波和阻断。处理器，一方面用于处理滤阻模块发送来的采集数据；另一方面控制所述生理数据超低功耗采集系统进入休眠、低功耗或正常工作模式；存储模块，用于接收及存储所述处理器发送来的采集数据；通信模块，用于接收处理器发送的唤醒指令和数据，并将数据发送给第三方。本申请可最大限度降低功耗，提高续航能力。
Description
本发明为申请名称为“一种生理数据超低功耗采集系统”，申请号为“2020103697982”的发明专利的分案申请。
技术领域
本申请属于计算机领域，具体涉及一种生理数据超低功耗采集系统。
背景技术
生理数据的随身采集是健康大数据采集分析的必须途径，低功耗长续航对于生理数据的随身采集设备的重要性不言而喻。由于生理信号具有幅值微弱、易受干扰、数据量大等特点，现有的生理数据采集装置和方法在保证必要数据采集频率的前提下，功耗大大的影响了便携式生理数据采集设备的续航性，而续航性不佳将进一步阻碍用户佩戴采集设备的积极性。因此需要一种超低功耗的生理数据采集系统。
发明内容
本发明提供一种生理数据超低功耗采集系统，以解决目前生理数据采集设备功耗大、续航性不佳的技术问题，实现在保证生理数据随身采集频率的前提下，降低功耗，提高续航能力的效果。
本发明具体技术方案如下：
一种生理数据超低功耗采集系统，包括：
电源管理模块，所述电源管理模块，具有时序供电功能，用于对供电进行管理，并按照时序管理对其他模块供电；
定时器，与所述电源管理模块通过线路连接，用于产生定时信号；
传感采集模组，与所述电源管理模块通过线路连接，用于采集生物体的生理数据；滤阻模块，与所述电源管理模块通过线路连接，与所述传感采集模组相连接，用于接收传感采集模组发送来的采集数据；
处理器，与所述电源管理模块通过线路连接，分别与所述定时器及所述滤阻模块通信连接，一方面用于处理滤阻模块发送来的采集数据；另一方面控制所述生理数据超低功耗采集系统进入休眠、低功耗或正常工作模式；
存储模块，与所述电源管理模块通过线路连接，与所述处理器通信连接，用于接收以及存储所述处理器发送来的采集数据；
通信模块，与所述电源管理模块通过线路连接，与所述处理器通信连接，用于接收处理器发送的唤醒指令和数据，并将数据发送给第三方。
进一步，所述滤阻模块上还运行有滤波处理程序，用于对干扰信号滤波和阻断。
进一步，所述电源管理模块对供电进行管理的具体管理过程如下：
A.电源管理模块向定时器和处理器常态化供电；时序化向传感采集模块、滤阻模块、存储模块以及通信模块供电，时序化信号由所述定时器提供；
B.通过所述定时器设置传感数据的采样周期Ts，计时Ts时刻到，所述定时器向所述电源管理模块发送时序信号，所述电源管理模块向所述传感采集模组和所述滤阻模块供电；所述定时器还设置有窗口周期Tw，计时Tw时刻到，所述电源管理模块中止向所述传感采集模组和所述滤阻模块供电，在一个供电窗口周期Tw内，若所述传感采集模组和所述滤阻模块还有尚未处理完的数据则会强制放弃；C.当所述处理器需要向所述存储模块发送存储数据时，所述处理器先向所述定时器发送启动存储指令，所述定时器向所述电源管理模块发送存储时序指令，所述电源管理模块向所述存储模块供电，所述处理器接收到所述存储模块发来的存储完成指令后，再向所述定时器发送存储完成指令，所述定时器向所述电源管理模块发送存储结束时序指令，所述电源管理模块停止向所述存储模块供电；
D.当所述处理器需要向所述通信模块发送数据时，所述处理器先向所述定时器发送启动通信传输指令，所述定时器向所述电源管理模块发送通信传输时序指令，所述电源管理模块向所述通信模块供电，所述处理器接收到所述通信模块发来的通信完成指令后，再向所述定时器发送通信完成指令，所述定时器向所述电源管理模块发送通信结束时序指令，所述电源管理模块停止向所述通信模块供电。
进一步，所述滤阻模块对采集到的数据进行滤波处理，具体处理步骤如下：
S1.设采集到的生理信号为x(n)，n为离散时间域，通过有限脉冲响应对信号进行差分处理：
Y(n)＝h(n)*x(n)
其中，h(n)是单位冲击响应，即滤波系数，*表示卷积运算；对上式进行z转移变换，得到频率响应方程：
其中，H(ejw)反应了频率特性，H(z)是系统函数，N是单位冲击响应的长度，ejw是信号x(n)的转移变换；
S2.根据频率响应方程，构建一个带阻数字滤波器；
采样频率是200Hz，需要在0Hz、50Hz、100Hz相应的频率点设置通带，三点的带通中心频率分别设置在w＝0处、
处、w＝π处，并在
频率响应的幅值lim为：
全通滤波器的转移函数和频率响应分别为：HA＝50z-98和HA＝50z-j98w，得到带阻滤波器：
从而实现对信号的带阻滤波处理。
本申请技术方案至少具备以下有益效果：
1、本申请的供电管理方式可最大限度的保证系统在数据采集、处理、存储及通信过程中，始终维持最小系统状态，不会有多余的模块浪费能耗。
2、采用设置窗口周期Tw的方式进行时序化供电管理，可防止系统繁忙时造成等待能耗，进一步降低数据采集和处理过程的能耗。
3、采用滤波处理，可防止工频干扰、肌电干扰等干扰信号的处理唤醒处于休眠状态的生理数据采集系统，大大降低生理数据采集系统的唤醒频率，降低系统能耗。
附图说明
图1本发明所述的一种生理数据超低功耗采集系统框图；
图2本发明所述的带阻滤波器结构框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图及实施例对本发明的技术方案进行详细说明：
参照图1，本发明所述的一种生理数据超低功耗采集系统包括以下部分：
电源管理模块10，定时器20，传感采集模组30，滤阻模块40，处理器50，存储模块60，通信模块70。
所述电源管理模块10，具有时序供电功能，用于对供电进行管理，并按照时序管理对其他模块的供电。电源管理模块10通过总线连接有定时器20。
所述定时器20，用于产生定时信号，并将定时信号发送给电源管理模块10和处理器50，定时器20与处理器50通过总线相连接。
所述传感采集模组30，主要用于采集生物体的生理数据，由一种或多种生理数据采集传感器组成。传感采集模组30通过总线连接有滤阻模块40。
所述滤阻模块40，一方面用于接收传感采集模组30发送来的采集数据；另一方面，滤阻模块40上运行有滤波处理程序，用于对干扰信号例如肌电干扰、工频干扰等滤波和阻断，可防止干扰信号的处理唤醒处于休眠状态的生理数据采集系统，大大降低生理数据采集系统的唤醒频率。滤阻模块40通过数据总线与处理器50相连。
所述处理器50上运行有超低功耗生理数据处理程序，一方面用于处理滤阻模块40发送来的采集数据；另一方面控制本发明所述生理数据超低功耗采集系统进入休眠、低功耗或正常工作模式。处理器50通过数据总线连接有存储模块60和通信模块70。
所述存储模块60用于接收处理器50发送来的采集数据，并存储。
所述通信模块70用于接收处理器50发送的唤醒指令和数据，并将数据发送给第三方。
上述系统中供电电路通过电源管理模块10管理系统中各模块的供电，具体管理过程如下：
A.电源管理模块10向定时器20和处理器50常态化供电；时序化向传感采集模块30、滤阻模块40、存储模块60以及通信模块70供电，时序化信号由定时器20提供。
B.通过定时器20设置传感数据的采样周期Ts，计时Ts时刻到，定时器20向电源管理模块10发送时序信号，电源管理模块10向传感采集模组30和滤阻模块40供电。定时器20还设置有窗口周期Tw，计时Tw时刻到，电源管理模块10将中止向传感采集模组30和滤阻模块40供电，在一个供电窗口周期Tw内，若传感采集模组30和滤阻模块40还有尚未处理完的数据则会强制放弃。采用设置窗口周期的方式进行时序化供电管理，可防止系统繁忙时造成等待能耗，进一步降低数据采集和处理过程的能耗。
C.当处理器50需要向存储模块60发送存储数据时，处理器50先向定时器20发送启动存储指令，定时器20向电源管理模块10发送存储时序指令，电源管理模块10向存储模块60供电，处理器50接收到存储模块60发来的存储完成指令后，再向定时器20发送存储完成指令，定时器20向电源管理模块10发送存储结束时序指令，电源管理模块10停止向存储模块60供电。
D.当处理器50需要向通信模块70发送数据时，处理器50先向定时器20发送启动通信传输指令，定时器20向电源管理模块10发送通信传输时序指令，电源管理模块10向通信模块70供电，处理器50接收到通信模块70发来的通信完成指令后，再向定时器20发送通信完成指令，定时器20向电源管理模块10发送通信结束时序指令，电源管理模块10停止向通信模块70供电。
采用上述供电管理处理可最大限度的保证系统在数据采集、处理、存储及通信过程中，始终维持最小系统状态，不会有多余的模块浪费能耗。
当电源管理模块10向传感采集模组30和滤阻模块40供电时，传感采集模组30感知生物体的生理数据，因生理数据采集容易受到工频干扰、肌电干扰，为了防止干扰信号的处理唤醒处于休眠状态的生理数据采集系统，大大降低生理数据采集系统的唤醒频率，传感采集模组30感知的生理数据先发送给滤阻模块40，滤阻模块40对采集到的数据进行滤波处理，处理过程如下：
S1.设采集到的生理信号为x(n)，n为离散时间域，通过有限脉冲响应对信号进行差分处理：
Y(n)＝h(n)*x(n)
其中，Y(n)表示对有限脉冲响应信号x进行差分处理后的结果,h(n)是单位冲击响应，即滤波系数，*表示卷积运算。对上式进行z转移变换，得到频率响应方程：
其中，H(ejw)反应了频率特性，H(z)是系统函数，N是单位冲击响应的长度，ejw是信号x(n)的转移变换。
S2.根据频率响应方程，构建一个带阻数字滤波器。
如图2所示的带阻滤波器，设本实施例中需要滤出的频率成分为低于0.5Hz的肌电干扰信号和50Hz的工频干扰信号。采样频率是200Hz，需要在0Hz、50Hz、100Hz相应的频率点设置通带，三点的带通中心频率分别设置在w＝0处、
频率响应的幅值lim为：
全通滤波器的转移函数和频率响应分别为：HA＝50z-98和HA＝50z-j98w，得到带阻滤波器：
其中yA(n)表示对信号x进行全通滤波处理。yB(n)表示对信号x进行带通滤波处理，y(n)表示带阻滤波处理结果。从而实现对信号的带阻滤波处理。
采用上述滤波处理可防止工频干扰、肌电干扰等干扰信号的处理唤醒处于休眠状态的生理数据采集系统，大大降低生理数据采集系统的唤醒频率，降低系统能耗。
经滤阻模块40滤波后的信号数据，由滤阻模块40发送给处理器50，处理器50进入高主频处理的正常工作模式，将接收到的信号数据处理和打包后，根据存储或通信传输的需要，向定时器20发送存储指令或通信传输指令，定时器20向电源管理模块10发送存储时序指令或通信传输时序指令，电源管理模块10向存储模块60或通信模块70供电，启动存储或通信传输，当存储完成或通信传输完成后，处理器50向定时器20发送存储完成指令或通信传输完成指令，定时器20再向电源管理模块10发送存储完成时序指令或通信传输完成时序指令，电源管理模块10中止向存储模块60或通信模块70供电，处理器50进入休眠状态。
当计时Tw时刻到，电源管理模块10将中止向传感采集模组30和滤阻模块40供电，在一个供电窗口周期Tw内，若传感采集模组30和滤阻模块40还有尚未处理完的数据则会强制放弃，并且不会发送给处理器50，处理器50仍处于休眠状态。
综上，便实现了本发明所述的一种生理数据超低功耗采集系统。
可以理解的是，以上仅是本发明的较佳实施例，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种生理数据超低功耗采集系统，其特征在于，包括：
电源管理模块(10)，所述电源管理模块(10)，具有时序供电功能，用于对供电进行管理，并按照时序管理对其他模块供电；
定时器(20)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，用于产生定时信号；
传感采集模组(30)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，用于采集生物体的生理数据；
滤阻模块(40)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，与所述传感采集模组(30)相连接，用于接收传感采集模组(30)发送来的采集数据；
处理器(50)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，分别与所述定时器(20)及所述滤阻模块(40)通信连接，一方面用于处理滤阻模块(40)发送来的采集数据；另一方面控制所述生理数据超低功耗采集系统进入休眠、低功耗或正常工作模式；
存储模块(60)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，与所述处理器(50)通信连接，用于接收以及存储所述处理器(50)发送来的采集数据；
通信模块(70)，与所述电源管理模块(10)通过线路连接，与所述处理器(50)通信连接，用于接收处理器(50)发送的唤醒指令和数据，并将数据发送给第三方；
所述电源管理模块(10)对供电进行管理的具体管理过程如下：
A.电源管理模块(10)向定时器(20)和处理器(50)常态化供电；时序化向传感采集模组(30)、滤阻模块(40)、存储模块(60)以及通信模块(70)供电，时序化信号由所述定时器(20)提供；
B.通过所述定时器(20)设置传感数据的采样周期Ts，计时Ts时刻到，所述定时器(20)向所述电源管理模块(10)发送时序信号，所述电源管理模块(10)向所述传感采集模组(30)和所述滤阻模块(40)供电；所述定时器(20)还设置有窗口周期Tw，计时Tw时刻到，所述电源管理模块(10)中止向所述传感采集模组(30)和所述滤阻模块(40)供电，在一个供电窗口周期Tw内，若所述传感采集模组(30)和所述滤阻模块(40)还有尚未处理完的数据则会强制放弃；
C.当所述处理器(50)需要向所述存储模块(60)发送存储数据时，所述处理器(50)先向所述定时器(20)发送启动存储指令，所述定时器(20)向所述电源管理模块(10)发送存储时序指令，所述电源管理模块(10)向所述存储模块(60)供电，所述处理器(50)接收到所述存储模块(60)发来的存储完成指令后，再向所述定时器(20)发送存储完成指令，所述定时器(20)向所述电源管理模块(10)发送存储结束时序指令，所述电源管理模块(10)停止向所述存储模块(60)供电；
D.当所述处理器(50)需要向所述通信模块(70)发送数据时，所述处理器(50)先向所述定时器(20)发送启动通信传输指令，所述定时器(20)向所述电源管理模块(10)发送通信传输时序指令，所述电源管理模块(10)向所述通信模块(70)供电，所述处理器(50)接收到所述通信模块(70)发来的通信完成指令后，再向所述定时器(20)发送通信完成指令，所述定时器(20)向所述电源管理模块(10)发送通信结束时序指令，所述电源管理模块(10)停止向所述通信模块(70)供电；
所述滤阻模块(40)上还运行有滤波处理程序，用于对干扰信号滤波和阻断；
所述滤阻模块(40)对采集到的数据进行滤波处理，具体处理步骤如下：
S1.设采集到的生理信号为x(n)，n为离散时间域，通过有限脉冲响应对信号进行差分处理：
Y(n)＝h(n)*x(n)
其中，h(n)是单位冲击响应，即滤波系数，*表示卷积运算；对上式进行z转移变换，得到频率响应方程：
其中，H(ejw)反应了频率特性，H(z)是系统函数，N是单位冲击响应的长度，ejw是信号x(n)的转移变换；
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处、w＝π处，并在
处设置
极点，从而得到频率响应方程为：
频率响应的幅值lim为：
全通滤波器的转移函数和频率响应分别为：HA＝50z-98和HA＝50z-j98w，得到带阻滤波器：
从而实现对信号的带阻滤波处理。
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Granted publication date: 20210611 |