CN201710350U

CN201710350U - 腕式心率表

Info

Publication number: CN201710350U
Application number: CN2009202247361U
Authority: CN
Inventors: 徐国栋; 骆科学; 张永超; 赵杰; 张亮; 毛文杰; 张钢岭; 田恩国; 段化鹏; 党永; 李秋
Original assignee: 徐国栋; 骆科学
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-08-21

Abstract

一种实时测量心率的腕式心率表。它在表体内包含有敏感单元、显示单元、滤波单元、电源单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元；电源单元分别与敏感单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元连接，敏感单元与滤波单元连接，微控制单元分别与滤波单元、键盘单元、报警单元和显示单元连接。电源单元给敏感单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元提供工作电压，敏感单元把微弱的脉搏信号实时的转化成模拟电压信号，经滤波单元输出给微控制单元，微控制单元集成了高精度放大器、模/数转换器、液晶屏驱动器、实时时钟，结合心率测量算法，实现对人体心率的实时精确的测量显示，还能设定心率上下限，心率超出此范围时，报警单元自动报警。

Description

腕式心率表

一.所属技术领域

本实用新型涉及一种测量心率的装置，尤其是能戴在手腕上实时精确的测量并显示心率的腕式心率表。

二.背景技术

目前，公知的心率检测设备大多采用了集成度比较低的单片机和一些复杂的独立的外围电路来实现前端的数据采集和中心数据处理，对工频和低频干扰都是用模拟滤波器去除，虽然价格比较低廉。但是，整个系统的集成度低，容易引入干扰，模拟滤波器的精度相对数字滤波器较低，同时不便于集成，系统性能低，不能进行复杂的数据处理和运算，虽然有些已经实现了便携式的电池供电，但体积仍然较大，不方便运动时随身携带，同时功耗大，待机时间短。医疗产品中用于临床的脉搏采集基本以光电传感器采集脉搏方法为主，该方法主要的依据是：血液是一种高度不透明的液体，血液中含有大量的血红细胞，这种细胞具有很强的吸收红外线的能力，当人体动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张时，动脉血管内血液容积会变化，动脉所在部分的人体组织对于红外光的投射性就会发生变化，通过测量人体组织对红外光的投射程度来采集心脏搏动信号，具有体积小，灵敏度高、使用简单的优点。但是，这种投射现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显，因此光电式传感器的测量部位通常在人体的手指尖，这种测量方式不适合在运动的同时测脉搏，要测脉搏时必须先停下来，不能实现运动时的实时测量和报警功能，同时功耗大不适合做微型便携式产品。

三.发明内容

为了克服现有的心率检测设备集成度低、系统性能差、抗干扰能力差、功耗大、不方便随身携带和不能在运动的同时实时测量心率的不足，本实用新型提供一种腕式心率表，该腕式心率表不仅能提高系统的集成度和性能，降低系统功耗，而且能方便的随身携带，能在运动的同时实时的测量并显示心率，并进行实时报警。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在表体内包含有敏感单元、显示单元、滤波单元、电源单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元；电源单元分别与敏感单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元连接，敏感单元与滤波单元连接，微控制单元分别与滤波单元、键盘单元、报警单元和显示单元连接。电源单元给敏感单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元提供工作电压；敏感单元能模拟中医切脉时所取寸、关、尺三部，按浮、中、沉三种诊法检测脉搏信号，把微弱的脉搏信号实时的转化成模拟电压信号；微控制单元集成了的高精度仪表放大器、16阶数字FIR高通数字滤波器、模/数转换器、液晶屏驱动器、实时时钟，提高了系统的集成度；显示单元将微控制单元处理后的心率数值实时显示，同时微控制单元还会控制显示单元准确显示时钟、闹钟和日历；键盘单元设定心率上下限和时钟、闹钟和日历；报警单元在测得的心率值超出设定的心率上下限范围后，自动报警。本实用新型采用硬件滤波和数字滤波相结合，以数字滤波为主，微控制单元内集成了高精度仪表放大器，能很好的抑制了元器件噪声，由于人体微动和呼吸引起的基线飘移，其频率低于1Hz，属于超低频信号，不适合用模拟高通滤波滤除，本实用新型采用了16阶数字FIR高通滤波器来滤除这些直流和低频分量，由于脉搏信号的频率下限为0.05Hz，为了不损失其低频分量，高通滤波器的截止频率一般定为0.03HZ，由于供电线路几乎无所不在，人体处在复杂的电磁环境中，通过各种途径拾取工频干扰，使之常常成为脉搏测量中主要的干扰源。所以采集电路输出的脉搏信号中仍然不可避免地混有较强的工频干扰，若不滤除将大大影响测量精度。传统的模拟电路滤波器在精度方面无法与数字滤波器相比。因此本实用新型发明采用16阶50HZ陷波器滤除工频干扰，通过实践证明运用数字滤波技术结合能进行复杂数字运算的微控制单元，滤波效果更好。

本实用新型的设计特点及有益效果表现在：

敏感单元能模拟中医切脉时所取寸、关、尺三部，按浮、中、沉三种诊法检测脉搏信号，把微弱的脉搏信号实时的转化成模拟电压信号，经过滤波单元使脉搏信号反映的病理性特征信息得到完整的保留的同时滤除高频干扰，并输出给微控制单元，微控制单元集成了高精度仪表放大器、模/数转换器、液晶屏驱动器、实时时钟和通用串行总线接口，提高了系统集成度，降低了系统的功耗，结合微控制单元的心率测量算法，实现对人体心率的实时精确的测量并通过显示单元实时显示，还能通过键盘单元进行设定心率上下限，当心率超出这个范围时，由报警单元发出报警。

1.本实用新型设计了高集成度的微控制单元，提高了系统的集成度，降低了系统的功耗，满足了腕式心率表的需要。

2.本实用新型设计了敏感单元，能模拟中医切脉时所取寸、关、尺三部，按浮、中、沉三种诊法检测脉搏信号，将微弱的脉搏信号实时转化成模拟电压信号，结合微控制单元的心率测量算法，保证了人体心率的实时精确测量。

3.本实用新型采用硬件滤波和数字滤波相结合，以数字滤波为主，用16阶数字FIR高通滤波器滤除直流分量和低频分量，用16阶50HZ陷波器来滤除工频干扰，滤波效果更好，提高了心率测量的准确度。

四.附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

五.具体实施方式

附图为本实用新型的一个实施例，本实施例包含有敏感单元1、显示单元2、滤波单元3、电源单元4、微控制单元5、键盘采集单元6和报警单元7；敏感单元1与电源单元4和微控制单元5连接，显示单元2与微控制单元5连接，滤波单元3与敏感单元1和微控制单元5连接，电源单元4与敏感单元2和微控制单元5连接，键盘单元7和报警单元7都与微控制单元5连接。

电源单元4含有一块电池，一端与开关K1相连，再通过开关K1接到敏感单元的压电膜传感器BP上，另一端接到微控制单元5内的控制芯片A1的AVSS和DVSS端口，为敏感单元1和微控制单元5提供正常的工作电压，输出电压为3伏，本实施例电池型号设置为2032纽扣电池。

敏感单元1包含有压电膜传感器BP和开关K1，开关K1一端接压电膜传感器BP，另外一端接电池的正极，开关K1控制是否给压电膜传感器BP通电，从而控制压电膜传感器BP是否采集脉搏信号，当不测心率时给压电膜传感器BP断电，以节省系统功耗，当不采集脉搏信号时，本实用新型可以当普通的电子表使用，压电膜传感器BP一端接到滤波单元3的电阻R1上，另一端接地，压电膜传感器BP把微弱的脉搏信号转化成模拟电压信号，输出给滤波单元进行滤波处理。本实施例的压电膜传感器BP设置为聚偏二氟乙烯压电薄膜敏传感器。

滤波单元3包含有电阻R1和R2、电容C1和C2，R1的一端接压电膜传感器BP，另一端接电容C1和C2，电容C1的另一端接地，电容C2的另一端电阻R2，电阻R2的另一端接地，滤波单元由R1和C1组成，上限截止频率约为1000Hz，以使脉搏信号的高次谐波能通过，让脉搏信号反映的病理性特征信息得到完整的保留。同时该上限截止频率和时间常数电路(由C2和R2组成)还会决定性地影响脉搏波形的失真度。如果电路的时间常数选得过小，会造成信号的低频分量严重衰减和移相。实验表明，当时间常数当τ＝3s，即下限截止频率为0.053Hz时，可以保证脉搏波的低频分量不会失真。

微控制单元5包含有微控制芯片A1和电阻R4，微控制芯片A1有端口DVDD、AVCC、OAOO、COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、PORT0、PORT1、PORT2、AVSS和DVSS，端口DVDD通过电阻R4接到电池的正极，端口AVCC分别接到电阻R6、R7、R8和微型扬声器B1上，电阻R6的另一端接到端口PORT2和按键S1的公共结点上，电阻R7的另一端接到端口PORT1和按键S2的公共结点上，电阻R8的另一端接到端口PORT0和按键S3的公共结点上，端口OAOO接到电容C2和电阻R2的公共结点上，端口COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18都分别接到液晶屏L1上，端口DAC接到电阻R5上，端口POTR0接到电阻R8和按键S3的公共接点上，端口PORT1接到电阻R7和按键S2的公共接点上，端口PORT1接到电阻R6和按键S1的公共接点上，端口AVSS和DVSS公同接到电池的负极。本实用实施例的微控制芯片A1型号设置为MSP430FG4616。

显示单元2包含有液晶显示屏L1，液晶显示屏L1分别接到微控制芯片A1的端口COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18上，由微控制芯片A1将处理后的心率数值通过端口COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18传给液晶显示屏L1，并控制液晶显示屏L1实时显示心率值，同时微控制芯片A1还会控制液晶显示屏L1准确显示时钟、闹钟和日历。本实施例的显示单元2设置为超低功耗的80段的段式液晶，尺寸为1寸的液晶显示屏。

键盘采集单元6包含有电阻R6、R7和R8、按键S1、S2和S3，电阻R6、R7和R8的一端分别接到微控制芯片A1的端口AVCC，电阻R6的另一端接到端口PORT2和按键S1的公共结点上，按键S1的另外一端接地，电阻R7的另一端接到端口PORT1和按键S2的公共结点上，按键S2的另外一端接地，电阻R8的另一端接到端口PORT0和按键S3的公共结点上，按键S3的另外一端接地，按键S1是弹起式按键，用于功能选择，主要选择时钟日历或心率测量功能，及在时钟日历中年、月、日、时、分、秒的设置选择和心率上下限的设置选择，按键S2用于在按键S1功能选择的前提下进行加1设置，按键S3用于在按键S1功能选择的前提下进行减1设置，按键S2和S3在按键S1没有功能选择的情况下不起作用。本实施例的按键设置为普通电子表使用的按键。

报警单元7包含有三极管Q1微型扬声器B1和电阻R5，电阻R5的一端接微控制芯片A1的端口DAC，另一端接在三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，集电极接微型扬声器B1的一端，微型扬声器B1的另一端接微控制芯片A1的端口DACC，当测量心率在设置的正常心率范围内时，微控制芯片A1的端口DAC输出低电平时三极管Q1截止，扬声器不响；当测量心率低于设置心率的下限或高于设置心率的上限时输出高电平，三极管Q1处于饱和状态，扬声器响，自动报警。本实施例的三极管Q1型号设置为9014，微型扬声器B1的型号设置为SMD5020A的贴片式电磁蜂鸣器。

电源单元4给敏感单元1、微控制单元5、键盘采集单元6和报警单元7提供工作电压，保证系统正常工作，敏感单元1能模拟中医切脉时所取寸、关、尺三部，按浮、中、沉三种诊法检测脉搏信号，把微弱的脉搏信号实时的转化成模拟电压信号，经过滤波单元3使脉搏信号反映的病理性特征信息得到完整的保留，并输出给微控制单元5，微控制单元5集成了高精度仪表放大器、模/数转换器、段式液晶屏驱动器、实时时钟和通用串行总线接口，提高了系统集成度，降低了系统的功耗，结合微控制单元5的心率测量算法，实现对人体心率的实时精确的测量并通过显示单元实时显示，还能通过键盘单元6进行设定心率上下限，在心率超出设定范围时，由报警单元7发出报警。

Claims

1.一种腕式心率表，在表体中含有电源单元(4)、显示单元(2)、键盘采集单元(6)和报警单元(7)，其特征是：还包含有敏感单元(1)、滤波单元(3)和微控制单元(5)；电源单元分别与敏感单元、微控制单元、键盘采集单元和报警单元连接，敏感单元与滤波单元连接，微控制单元分别与滤波单元、键盘单元、报警单元和显示单元连接。

2.根据权利要求1所述的腕式心率表，其特征是：所述的敏感单元(1)包含有压电膜传感器BP和开关K1，开关K1一端接压电膜传感器BP，另外一端接电池的正极，开关K1控制压电膜传感器BP是否工作，当不测心率时给压电膜传感器BP断电，以节省系统功耗，压电膜传感器BP一端接到滤波单元(3)的电阻R1上，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的腕式心率表，其特征是：滤波单元(3)包含有电阻R1和R2、电容C1和C2，R1的一端接压电膜传感器BP，另一端接电容C1和C2，电容C1的另一端接地，电容C2的另一端接电阻R2，电阻R2的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的腕式心率表，其特征是：微控制单元(5)包含有高精度仪表放大器、16阶数字FIR高通数字滤波器、模/数转换器、数/模转换器、液晶屏驱动器和实时时钟。

5.根据权利要求1所述的腕式心率表，其特征是：微控制单元(5)包含有微控制芯片A1和电阻R4，微控制芯片A1有端口DVDD、AVCC、OAO0、COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、PORT0、PORT1、PORT2、AVSS和DVSS，端口DVDD通过电阻R4接到电池的正极，端口AVCC分别接到电阻R6、R7、R8和微型扬声器B1上，电阻R6的另一端接到端口PORT2和按键S1的公共结点上，电阻R7的另一端接到端口PORT1和按键S2的公共结点上，电阻R8的另一端接到端口PORT0和按键S3的公共结点上，端口OAO0接到电容C2和电阻R2的公共结点上，端口COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18都分别接到液晶屏L1上，端口DAC接到电阻R5上，端口POTR0接到电阻R8和按键S3的公共接点上，端口PORT1接到电阻R7和按键S2的公共接点上，端口PORT1接到电阻R6和按键S1的公共接点上，端口AVSS和DVSS公同接到电池的负极。