CN115644837A - 一种智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括底壳以及开设于底壳的一光发射窗口以及一光检测窗口，光检测窗口内设置有光检测器，光发射窗口内设置有至少一组光发射模组，光发射模组包括第一光发射器、第二光发射器、第三光发射器以及第四光发射器，其中，第一光发射器与第二光发射器为绿光发射器，第三光发射器为红光发射器，第四光发射器为红外光发射器；两个绿光发射器与光检测器之间的距离不同，红光发射器与光检测器之间的距离等于红外光发射器与光检测器之间的距离。借此，智能穿戴设备设置较少的传感器窗口，并将光发射器集中设置能够降低生理检测传感器区域占用体积，有利于智能穿戴设备的小型化。

Description

一种智能穿戴设备

技术领域

本发明属于电子技术领域，更具体地说，是涉及一种智能穿戴设备。

背景技术

随着技术的发展和生活需求的提高，目前，智能手表、手环等智能穿戴电子产品越来越多被人们所喜爱，智能手表、智能手环等智能穿戴设备具有传统手表不具有的功能，例如显示、通讯、播放音乐、上网、生理监测等功能。

智能穿戴设备通常采用光电脉搏波描记法检测用户的生理参数，并且为提升检测精度，在设备内部配置多个光发射器以及光检测器，光发射器与光检测器之间配置不同的距离，并且需要在智能穿戴设备的壳体上开设多个透光窗口，将导致智能穿戴设备体积增大，不利于智能穿戴设备的小型化。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种智能穿戴设备，以解决现有技术中存在的智能穿戴设备存在生理检测传感器区域占用体积较大的问题，有利于智能穿戴设备的小型化。

为实现上述目的，本申请实施例提供的一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括底壳以及开设于底壳的一光发射窗口以及一光检测窗口，光检测窗口内设置有光检测器，光发射窗口内设置有至少一组光发射模组，光发射模组包括第一光发射器、第二光发射器、第三光发射器以及第四光发射器，其中，第一光发射器与第二光发射器为绿光发射器，第三光发射器为红光发射器，第四光发射器为红外光发射器；

第一光发射器与光检测器之间的距离小于第二光发射器与光检测器之间的距离；

第三光发射器与光检测器之间的距离大于第二光发射器与光检测器之间的距离，第四光发射器与光检测器之间的距离等于第三光发射器与光检测器之间的距离。

进一步的，光发射窗口内设置有两组与光检测器距离相同的光发射模组。

进一步的，智能穿戴设备还包括控制器，控制器被配置为在低功耗模式下控制第一光发射器发光以检测用户的心率，且在运动检测模式下控制第一光发射器及第二光发射器发光以用于检测用户的心率。

进一步的，智能穿戴设备还包括控制器，控制器被配置为在低功耗模式下控制两组光发射模组中的至少一第一光发射器发光以检测用户的心率，且在运动检测模式下控制两组光发射模组中的至少一第一光发射器及至少一第二光发射器发光以用于检测用户的心率。

进一步的，光发射窗口与光检测窗口呈矩形，且光发射窗口与光检测窗口的长边相互平行。

进一步的，光发射窗口与光检测窗口尺寸相同，且光发射窗口与光检测窗口关于底壳的中心对称。

进一步的，智能穿戴设备包括连接于底壳两端的带体，光发射窗口与光检测窗口的中心连线平行于带体的延伸方向。

进一步的，底壳中部具有外凸的球面部分，光发射窗口以及光检测窗口位于球面部分。

进一步的，球面部分还设置有两个充电触点。

进一步的，两个充电触点关于球面部分的中心对称，且两个充电触点之间的连线垂直于光发射窗口与光检测窗口的中心连线。

本发明提供的智能穿戴设备的有益效果在于，在智能穿戴设备底壳金开设一光发射窗口以及一光检测窗口，光检测窗口内置光检测器，光发射窗口内设置有至少一组光发射模组，光发射模组包括多个与光检测器距离不同的光发射器，用于提升生理参数检测精度。较少的传感器窗口设置，并将光发射器集中设置能够降低生理检测传感器区域占用体积，有利于智能穿戴设备的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的智能穿戴设备的立体图；

图2是本发明一种实施例提供的智能穿戴设备的后视图；

图3是本发明一种实施例提供的智能穿戴设备的局部后视图；

图4是本发明另一实施例提供的智能穿戴设备的局部后视图；

图5是本发明又一实施例提供的智能穿戴设备的局部后视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

智能穿戴设备常采用PPG(Photoplethysmography，光体积变化描记图法)传感器来检测人体的心率、血氧、血压等生理参数信息，PPG传感器通常包括光发射器以及光检测器，光发射器照射用户皮肤，光检测器接收从用户皮肤反射的光量以检测用户的生理参数信息。为实现不同参数信息的检测，光发射器可以配置为不同的波长。另外，向用户发射的光中，一部分光会透过用户皮肤，并经过用户血液吸收后反射回光电传感器，这部分光信号会与用户心跳相关，呈现波动性，为反射信号中的脉动分量(AC分量)；另一部分会直接由用户皮肤反射回光电传感器，这部分光信号将不会呈现波动性，为反射信号的非脉动分量(DC分量)。由于用户的运动、用户组织肌肉运动、设备的不正确佩戴以及环境光的影响将会导致PPG检测信号中具有较多的噪声。因此，在现有技术中，通常配置多个光发射器以及多个光检测器，多个光发射器配置于不同的光发射窗口中，多个光检测器配置于不同的光检测窗口中，来实现PPG信号噪声的去除以及实现多种生理参数的检测。基于此，PPG传感器在智能穿戴设备中所占用的体积较大，不利于智能穿戴设备的小型化。

本发明的实现思路是，仅仅设置一个光检测窗口以及一个光发射窗口，光检测窗口中配置光检测器，光发射窗口中集中配置至少一个光发射模组，光发射模组包括与光检测器距离不同的2个绿光发射发射器，以及1个红光发射器以及1个红外光发射器。从而可以实现在保证PPG传感器精度的同时，减小PPG传感器所占用的体积。

图1是本发明一种实施例提供的智能穿戴设备的立体图；图2是本发明一种实施例提供的智能穿戴设备的后视图。本公开实施例提供的智能穿戴设备是一种直接穿在身上或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备，智能穿戴设备可以包括但不限于为智能手表、智能手环、智能腕带等等。在本实施例中以智能手表为例进行说明。

如图1所示，智能穿戴设备100包括底壳102以及安装于底壳102上的显示屏104。智能穿戴设备100还包括连接于底壳102两端的带体106，带体106可用于将智能穿戴设备100绑缚至用户的腕部。

该底壳102根据智能穿戴设备100的整体形态进行配置，例如智能穿戴设备100为方形，则底壳102可以呈方形；例如智能穿戴设备100为圆形，则底壳102可以呈圆形。底壳10210的材质可以有多种，例如底壳102可由塑料、陶瓷、金属(例如，不锈钢、铝、钛合金等)、其他合适的材料，或者这些材料中任意两者或更多者的组合形成。底壳102可以利用一体式配置形成，在一体式配置中，底壳102可以通过机加工或模制成型，底壳102也可以采用多个结构组装成型，例如采用塑料内框与金属外壳组装成型。

显示屏104可以用于显示时间、健康指标、信息等多种信息。显示屏104可以为包括电容性触摸传感器、电阻性触摸传感器或其他触摸传感器部件的触摸屏显示屏104或者可为非触敏的显示屏104。

底壳102上开设有一光发射窗口120以及一光检测窗口122。光发射窗口120与光检测窗口呈矩形，且光发射窗口120与光检测窗口的长边相互平行。本领域的技术人员应当理解，传感器窗口呈矩形可以理解为传感器窗口为具有直角的矩形，可以是带有圆角的矩形，实际应用时，使用带有圆角的矩形更为美观。光发射窗口120与光检测窗口尺寸相同，且光发射窗口120与光检测窗口关于底壳102的中心对称。

一并参考图3，光检测窗口122内设置有光检测器124，光检测器124呈矩形，且光检测器124的尺寸略小于光检测窗口122，光检测器124的成本与其面积相关，在保证接收较多光线的同时，以做到成本最低。

光发射窗口120内设置有一组光发射模组130，光发射模组130包括第一光发射器132、第二光发射器134、第三光发射器136以及第四光发射器138，其中，第一光发射器132与第二光发射器134为绿光发射器，第三光发射器136为红光发射器，第四光发射器138为红外光发射器。其中，光检测器124、第一光发射器132、第二光发射器134、第三光发射器136以及第四光发射器138安装于智能穿戴设备100内部的电路板上，并分别位于光发射窗口120和光检测窗口122的下方。光发射窗口120以及光检测窗口122可以安装透明盖板以供光穿过。在一些实施例中，为达到聚光效果，使光发射器所发出的光能够更加聚焦向人体皮肤射入，并减少环境光进入光检测窗口122，可以在光发射窗口120以及光检测窗口122安装菲涅尔透镜或者光学准直透镜。在一些实施中，为减少环境光干扰对检测信号的干扰，也可将透明盖板配置为供部分波长的光通过，例如仅供绿光通过，或者仅供红光和红外光通过。光发射器可以采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，光检测器124可以采用光电二极管。在本实施例中，第一光发射器132与第二光发射器134之间的连线垂直于光检测器124的长边；第三光发射器136和第四光发射器138关于第一光发射器132与第二光发射器134之间的连线对称。

其中，第一光发射器132与光检测器124之间的距离小于第二光发射器134与光检测器124之间的距离。第三光发射器136与光检测器124之间的距离大于第二光发射器134与光检测器124之间的距离，第四光发射器138与光检测器124之间的距离等于第三光发射器136与光检测器124之间的距离。也既，在光发射模组130配置2个距离与光检测器124不同的绿光发射器，以及与光检测器124距离想等的红光发射器以及红外光发射器。光检测器124检测由绿光发射器发出并经人体反射的绿光反射信号，智能穿戴设备100可基于该绿光信号进行心率的识别；光检测器124检测由红光发射器和红外光发射器发出并经人体反射的红光及红外光反射信号，智能穿戴设备100可基于该红光和红外光信号进行血氧信息的识别。

在一些实施例中，第二光发射器134、第三光发射器136、第四光发射器138集成在一起，可采用绿光、红光、红外光三合一LED。

智能穿戴设备100还包括控制器，控制器被配置为在低功耗模式下控制第一光发射器132发光以检测用户的心率，且在运动检测模式下控制第一光发射器132及第二光发射器134同时发光以用于检测用户的心率。其中，绿光发射器与光检测器124之间不同的距离将会导致不同的信号质量，若绿光发射器距离光检测器124较近，则光检测器124能够检测到强度更高的反射信号；若绿光发射器距离光检测器124较远，绿光发射器发出的光经过人体内更长的距离后再被光检测器124检测到，检测信号的中的交流成分与直流成分的比值更大，光检测器124可以检测到携带人体血液脉动信息更多的信号，有助于提升心率检测精度。因此，本实施例配置2个距离与光检测器124不同的绿光发射器，当智能穿戴设备100处于低功耗模式下或者用户处于静止模式下，可以仅仅开启第一光发射器132进行心率检测，有利于降低功耗；当智能穿戴设备100处于运动检测模式(当智能穿戴设备100检测到用户处于运动状态时，启用该模式)，同时开启第一光发射器132和第二光发射器134，以保证心率信息的精度。

在一些实施例中，在生理参数信息的测量时，可以通过光检测器124分别检测由第一光发射器132和第二光发射器134发出并经人体反射的光，以去除环境光、人体运动所带来的噪声。因此，第一光发射器132和第二光发射器134不仅仅用于心率的检测，还可用于与其他波长的光发射器配合以识别用户的其他生理参数信息，例如血氧、血压、血糖等等，还可用于用户的佩戴检测。

在本实施例中，仅仅设置一个光检测窗口122以及一个光发射窗口120，光检测窗口122中配置光检测器124，光发射窗口120配置一个光发射模组130，光发射模组130包括与光检测器124距离不同的2个绿光发射发射器，以及1个红光发射器以及1个红外光发射器。从而可以实现在保证PPG传感器精度的同时，减小PPG传感器所占用的体积。

其中，光发射窗口120与光检测窗口122的中心连线平行于带体106的延伸方向。智能穿戴设备100绑缚与人体手臂，在手臂下垂时，智能穿戴设备100垂直于带体106延伸方向的一侧(智能穿戴设备100具有按钮108的一侧或者按钮108的相反侧)将因手表的自重关系与手臂之间具有较大的间隔，容易导致环境光进入传感器区域。在本实施例中，光发射窗口120与光检测窗口122呈矩形，且光发射窗口120与光检测窗口122的长边相互平行，将光发射窗口120与光检测窗口122的中心连线平行于带体106的延伸方向，在用户手臂下垂时，可以减少环境光对检测信号的影响。

如图2所示，在本实施例中，底壳102中部具有外凸的球面部分140，光发射窗口120以及光检测窗口122位于球面部分140。在底壳102中部的球面设计，智能穿戴设备100被佩戴时，球面部分140凸出于底壳102，能够始终与人体皮肤接触，将光发射窗口120以及光检测窗口122设置于球面部分140能够保证智能穿戴设备100在被佩戴时，光发射窗口120以及光检测窗口122与人体皮肤紧密接触，减少环境光影响，提升信号质量。本领域的技术人员应当知道，图2为智能穿戴设备100的后视图，该球面部分140显示为圆形。

球面部分140还设置有两个充电触点142。两个充电触点142关于球面部分140的中心对称，且两个充电触点142之间的连线垂直于光发射窗口120与光检测窗口122的中心连线。在现有技术中，智能穿戴设备的充电触点通常设置与PPG传感器区域之外，也既球面部分之外，充电触点与磁吸结构呈一字型排列，充电时采用一字型的小型磁吸充电座进行充电，当智能穿戴设备100的显示屏104朝上放置于桌面充电时，智能穿戴设备100与磁吸充电座之间的连接并不稳定。

本申请实施例中，由于PPG传感器所占体积减小，将充电触点142布局于壳体球面部分140，有利于进一步减小对智能穿戴设备100的空间占用，并且可以采用具有内凹球面的充电座，充电时，将智能穿戴设备100放置于充电座上，智能穿戴设备100的球面部分140能够与充电座的内凹球面较好的结合，提升充电连接的稳定性。

图4是本申请另一实施例提供的智能穿戴设备100的传感器布局示意图。区别于图3所示的是传感器布局方式，本实施例在光发射窗口120中配置有两组光发射模组：第一光发射模组130a、第二光发射模组130b。两组光发射模组间隔设置，并且两组光发射模组与光检测器124的距离相同。

采用两个光发射模组可以进一步提升光信号强度，提升光检测器124所检测到的光信号强度，有利于提升生理参数检测精度。

在一些实施例中，控制器被配置为在低功耗模式下控制两组光发射模组中的至少一第一光发射器132发光以检测用户的心率。例如，控制器可以控制第一光发射模组130a的第一光发射器132和第二光发射模组130b中的第一光发射器132依次发光，并控制来自不同光发射器所对应的人体反射光中选择其中信号质量较佳的检测信号进行心率计算，以在降低功耗的同时提升心率识别精度。例如，控制器可以首先控制第一光发射模组130a的第一光发射器和第二光发射模组130b中的第一光发射器132依次发光，再控制选择其中与质量较佳检测信号对应的两组光发射模组中的第一光发射器132持续发光，以达到提升心率识别精度的目的。又例如，控制器可以控制第一光发射模组130a的第一光发射器132和第二光发射模组130b中的第一光发射器132同时发光，以提升检测信号强度，快速识别用户心率。

在一些实施例中，控制器被配置为在运动检测模式下控制两组光发射模组中的至少一第一光发射器132及至少一第二光发射器134发光以用于检测用户的心率。例如，控制器可以控制第一光发射模组130a和第二光发射模组130b中的所有光发射器依次发光，并控制来自不同光发射器所对应的人体反射光中选择其中信号质量较佳的检测信号进行心率计算，并采用第一光发射器的发射光对应的光检测信号去除与第二光发射器的发射光对应的光检测信号中的直流分量及其他运动噪声，以提升心率识别精度。用户在运动过程中，光检测信号会受到用户运动，组织运动、环境光、汗液、毛发等因素影响，两组光发射器中所有光发射器与光检测器124之间位置关系和/或距离不同，选用来自不同光发射器的光检测信号，并进行去噪处理，能够提升心率信号的识别精度。

图5是本申请有一种实施例提供的智能穿戴设备100的传感器布局示意图。区别于图3和图2所示的传感器布局方式，本实施例在光检测窗口122中配置间隔设置的第一光检测器124a和第二光检测器124b，并在光发射窗口120中配置两个光发射模组：第一光发射模组130a、第二光发射模组130b。

其中，每个光检测器距离不同光发射模组的距离不同，可以根据光检测器检测到来自与不同的光发射模组中光发射器所发出的光，以减少环境光以及运动噪声对信号的影响。或者，根据两个光检测器所获取的不同质量的检测信号，控制选择其中质量较佳的信号进行生理参数的识别。

在一些实施例中，智能穿戴设备100可以设置有麦克风和物理按键等，显示屏104与底壳102围成的腔体内部可以设置有芯片、内部传感器、电池等部件，芯片可以作为智能穿戴设备的控制器用于控制光发射模组130发光，以及控制光检测器124接收经人体反射的光。

麦克风设置在底壳102侧部，麦克风可以将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路接收后转换为音频数据；音频电路也可以将音频数据转换为电信号，传输到扬声器，由扬声器转换为声音信号输出。

物理按键设置在底壳102侧部，物理按键可以为按压式的按键，也可以是旋转式的按键，该物理按键可以为用于控制音量的音量控制按键、用于点亮或熄灭显示屏104以及控制智能穿戴设备100开关机的开关按键，智能穿戴设备100可以接收物理按键输入，产生与智能穿戴设备100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

内部传感器包括陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器、触摸传感器等。陀螺仪传感器用于确定智能穿戴设备100的运动姿态；加速度传感器用于检测智能穿戴设备100在各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，当智能穿戴设备100静止时可检测出重力的大小及方向；温湿度传感器用于检测温度和湿度；触摸传感器也称“触控器件”，触摸传感器可以设置于显示屏104，由触摸传感器与显示屏104组成触摸屏，也称“触控屏”，触摸传感器用于检测作用于其上或附近的触摸操作。

芯片可以与各种传感器连接，可以将心率传感器检测到的信号转化得到相应得健康指标。芯片可以包括一个或多个处理单元，例如：其可以包括应用处理器(Applicationprocessor，AP)，调制解调处理器，存储器，数字信号处理器(Digital signalprocessor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(Neural-network processing unit，NPU)等。

电池能够为显示屏104、芯片中的控制器和处理器等部件提供电能，电池的种类包括但不限于锂电池、干电池、蓄电池等。

综上，在本申请实施例中，智能穿戴设备包括底壳以及开设于底壳的一个光发射窗口以及一个光检测窗口，光检测窗口内设置有光检测器，光发射窗口内设置有至少一组光发射模组，光发射模组包括多个与光检测器距离不同的光发射器，用于提升生理参数检测精度。较少的传感器窗口设置，并将光发射器集中设置能够降低生理检测传感器区域占用体积，有利于智能穿戴设备的小型化。

以上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 (10)

1.一种智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括底壳以及开设于所述底壳的一光发射窗口以及一光检测窗口，所述光检测窗口内设置有光检测器，所述光发射窗口内设置有至少一组光发射模组，所述光发射模组包括第一光发射器、第二光发射器、第三光发射器以及第四光发射器，其中，第一光发射器与所述第二光发射器为绿光发射器，所述第三光发射器为红光发射器，所述第四光发射器为红外光发射器；

所述第一光发射器与所述光检测器之间的距离小于所述第二光发射器与所述光检测器之间的距离；

所述第三光发射器与所述光检测器之间的距离大于所述第二光发射器与所述光检测器之间的距离，所述第四光发射器与所述光检测器之间的距离等于所述第三光发射器与所述光检测器之间的距离。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述光发射窗口内设置有两组与所述光检测器距离相同的所述光发射模组。

3.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备还包括控制器，所述控制器被配置为在低功耗模式下控制所述第一光发射器发光以检测用户的心率，且在运动检测模式下控制所述第一光发射器及所述第二光发射器发光以用于检测用户的心率。

4.根据权利要求2所述的智能穿戴设备，其特征在于，其特征在于，所述智能穿戴设备还包括控制器，所述控制器被配置为在低功耗模式下控制两组所述光发射模组中的至少一所述第一光发射器发光以检测用户的心率，且在运动检测模式下控制两组所述光发射模组中的至少一所述第一光发射器及至少一所述第二光发射器发光以用于检测用户的心率。

5.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述光发射窗口与所述光检测窗口呈矩形，且所述光发射窗口与所述光检测窗口的长边相互平行。

6.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述光发射窗口与所述光检测窗口尺寸相同，且所述光发射窗口与所述光检测窗口关于所述底壳的中心对称。

7.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括连接于所述底壳两端的带体，所述光发射窗口与所述光检测窗口的中心连线平行于所述带体的延伸方向。

8.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述底壳中部具有外凸的球面部分，所述光发射窗口以及所述光检测窗口位于所述球面部分。

9.根据权利要求8所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述球面部分还设置有两个充电触点。

10.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述两个充电触点关于所述球面部分的中心对称，且所述两个充电触点之间的连线垂直于所述光发射窗口与所述光检测窗口的中心连线。

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