基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，包括心電采集器、集成模擬前端、混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，心電采集器包括第一心電傳感器和第二心電傳感器，第一心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置的背面，第二心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置正面或邊框；心電采集器與集成模擬前端相連，集成模擬前端與混合信號(hào)微控制器相連，藍(lán)牙模塊分別與混合信號(hào)微控制器、外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為檢測(cè)裝置中相關(guān)部件供電。本發(fā)明體積小，結(jié)果準(zhǔn)確，功耗極低，可利用太陽能充電，便于進(jìn)行戶外運(yùn)動(dòng)或者心血管疾病的心電隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)。
【專利說明】基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生命體征參數(shù)檢測(cè)裝置研宄領(lǐng)域，具體是指一種基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，心血管疾病已成為危害人類健康的主要疾病，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上每年有幾百萬人死于心血管疾病，因此心血管疾病的預(yù)防和診斷顯得格外重要。目前心電圖是測(cè)量和診斷異常心臟節(jié)律的最好方法，通過心電圖可診斷心電傳導(dǎo)組織受損時(shí)心臟的節(jié)律異常以及由于電解質(zhì)平衡失調(diào)引起的心臟節(jié)律的改變。然而，在傳統(tǒng)的心電監(jiān)測(cè)儀中，各硬件裝置間主要通過通信線纜連接，其操作平臺(tái)也基于有線裝置，這類傳統(tǒng)裝置因有線連接，使其可用范圍大大受到限制，不方便移動(dòng)，還會(huì)給被檢測(cè)者帶來心理壓力，從而使檢測(cè)結(jié)果失真。
[0003]隨著人們生活水平的提高，人們的健康意識(shí)日益增強(qiáng)，希望能隨時(shí)隨地檢測(cè)生理參數(shù)，近幾年，發(fā)展迅速的可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品正是滿足這種需求的理想產(chǎn)品。將心電檢測(cè)功能移植到可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品上，一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心血管疾病，方便使用者進(jìn)行自我健康狀況評(píng)估，及時(shí)獲得發(fā)病信息，從而及早獲得救治，增加生存機(jī)會(huì)，同時(shí)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)心電、心率的變化，也可從變化趨勢(shì)中獲得有用的信息，從而有益于指導(dǎo)疾病的預(yù)防和診療。另一方面，能夠?yàn)闃O限運(yùn)動(dòng)、高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)提供參考，有利于根據(jù)心電圖形和心率數(shù)值實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，制定、修改運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，及早檢測(cè)到心臟的節(jié)律異常，在出現(xiàn)健康危害、生命危險(xiǎn)前停止運(yùn)動(dòng)。
[0004]雖然目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一系列可穿戴式心電監(jiān)測(cè)裝置，但大部分都采取將粘貼電極粘貼在人體的特征部位，通過導(dǎo)線將電極與控制器、顯示器相連，不僅使用不方便，而且不利于長(zhǎng)期佩戴，粘貼電極和導(dǎo)線都會(huì)極大影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)裝置的使用，這些局限都會(huì)很大程度地限制心電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和穩(wěn)定性，從而影響到監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。此夕卜，現(xiàn)有心電檢測(cè)裝置電源幾乎全部采用電池供電或電源充電的方式，這種供電方式使檢測(cè)裝置可使用時(shí)間受到很大程度的限制，不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，該裝置是設(shè)置于現(xiàn)有的可穿戴式設(shè)備上，例如智能手表、智能手環(huán)等，具有體積小巧、使用方便、使用時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，包括心電采集器、集成模擬前端、混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，所述心電采集器包括第一心電傳感器和第二心電傳感器，第一心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置外殼的背面，與皮膚接觸，第二心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置外殼正面或邊框；心電采集器與集成模擬前端相連，集成模擬前端通過SPI(SerialPeripheral Interface,串行外設(shè)接口 )與混合信號(hào)微控制器相連，藍(lán)牙模塊通過UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收發(fā)傳輸器)與混合信號(hào)微控制器相連，藍(lán)牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為心電檢測(cè)裝置中集成模擬前端、混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、指示燈供電；顯示裝置、輸入裝置、指示燈分別與混合信號(hào)微控制器相連，并由混合信號(hào)微控制器控制工作，所述輸入裝置用于啟動(dòng)可穿戴裝置的心電檢測(cè)功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置當(dāng)前所處的心電檢測(cè)功能狀態(tài)。
[0007]優(yōu)選的，所述電源管理模塊包括太陽能充電電路、太陽能放電電路、太陽能充電控制器、太陽能放電控制器、太陽能接口、蓄電池接口、負(fù)載接口和蓄電池，其中太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池還設(shè)有接口用于與外部充電電源連接；負(fù)載接口與所述混合信號(hào)微控制器連接；太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能電池通過太陽能充電電路向蓄電池充電；太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作，蓄電池通過太陽能放電電路向心電檢測(cè)裝置中混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、指示燈供電。
[0008]優(yōu)選的，由所述太陽能充電電路和所述太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由所述太陽能放電電路和所述太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨(dú)立，充電和放電過程獨(dú)立進(jìn)行。從而可以大幅度降低功耗，進(jìn)一步延長(zhǎng)待機(jī)、使用時(shí)間。
[0009]更進(jìn)一步的，所述太陽能電池采用多晶硅薄膜型太陽能電池。該電池是由高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型光電材料得到的，因此具有體積小、供電時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]優(yōu)選的，所述藍(lán)牙模塊包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊、傳感器接口模塊和天線，所述主控制模塊用于接收、存儲(chǔ)混合信號(hào)微控制器傳來的信號(hào)，并在信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，將信號(hào)傳入射頻核心模塊，主控制模塊包括導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG (Joint Test Act1n Group，聯(lián)合測(cè)試工作組)接口、ROM (Read-Only Memory，只讀存儲(chǔ)器)、閃存、SRAM;所述射頻核心模塊用于在信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，接收主控制模塊傳入的信號(hào)，并將信號(hào)由天線向外傳輸，射頻核心模塊包括導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器，放大器與天線相連接；所述天線用于將信號(hào)發(fā)送到外部移動(dòng)終端，并接收移動(dòng)終端反饋結(jié)果，并將反饋結(jié)果發(fā)送到顯示裝置顯示；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的i2c、uart和SPI組成；傳感器接口模塊包括導(dǎo)線相連的傳感器控制器、ADC(Analog to Digital Converter,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)和比較器；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
[0011]更進(jìn)一步的，所述主控制模塊在將信號(hào)傳到射頻核心模塊后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。從而可以大大降低藍(lán)牙模塊的功耗。
[0012]更進(jìn)一步的，所述傳感器控制器用于感知外接心電采集器的工作狀態(tài)，若外接心電采集器沒有進(jìn)行信號(hào)采集，則控制藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。從而可以大大降低藍(lán)牙模塊的功耗。
[0013]更進(jìn)一步的，所述藍(lán)牙模塊采用藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)V4.0，用以將wif 1、UWB無線射頻技術(shù)納入藍(lán)牙技術(shù)。從而將高速傳輸和超低功耗有機(jī)地結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，進(jìn)行信息共享。
[0014]具體的，所述集成模擬前端選用TI公司的ADS1293芯片，用于對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波、自動(dòng)增益、AD轉(zhuǎn)換。
[0015]具體的，所述混合信號(hào)微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，在這里采集到的心電信號(hào)采用低通平滑的算法實(shí)現(xiàn)低通濾波，采用基于奇異值分解方法的濾波法去除肌電干擾和運(yùn)動(dòng)干擾，采用自適應(yīng)相干模板法抑制采集過程中和采集后的工頻干擾，采用多項(xiàng)式插值方法中的三次樣條函數(shù)差值法對(duì)基線漂移進(jìn)行糾正，最后采用小波變換法進(jìn)行信號(hào)消噪、數(shù)據(jù)壓縮和奇異點(diǎn)檢測(cè)，并利用小波變換在多尺度下具有的濾波器組特性，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的QRS波與其他波形的區(qū)分。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0017](I)本發(fā)明的心電檢測(cè)裝置基于可穿戴裝置，克服了傳統(tǒng)心電檢測(cè)裝置中有線連接帶來的使用局限性，并且通過可穿戴裝置可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的心電檢測(cè)。體積小巧，可穿戴，結(jié)果準(zhǔn)確，功耗極低，可利用太陽能充電，便于進(jìn)行戶外運(yùn)動(dòng)或者心血管疾病的心電隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)，最大程度地降低心臟節(jié)律異常對(duì)機(jī)體的損害和生命危險(xiǎn)。
[0018](2)本發(fā)明心電采集器包括2個(gè)心電傳感器，一個(gè)心電傳感器置于可穿戴裝置的背板，與皮膚接觸，另一個(gè)心電傳感器置于可穿戴裝置外殼正面或邊框，使用時(shí)，將本發(fā)明所述的可穿戴裝置戴于手腕處，使其背板與皮膚接觸，另一只手的手指搭在可穿戴裝置外殼正面或邊框上，構(gòu)成心電檢測(cè)的回路，獲取心電信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，突破了導(dǎo)線和電極的束縛，使用方便，體積小巧，便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)中心電和心率的監(jiān)測(cè)。
[0019](3)本發(fā)明的藍(lán)牙模塊，一方面配有自主的超低功耗傳感器控制器，可以自主感知外接心電采集器的工作狀態(tài)，若外接心電采集器沒有進(jìn)行信號(hào)采集，則藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若外接心電采集器進(jìn)行信號(hào)采集，則藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)；另一方面采用更細(xì)致的分區(qū)管理，將數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)向外傳輸分離，以便獨(dú)立管理和運(yùn)行，由混合信號(hào)微控制器傳來的信號(hào)首先在主控制模塊中進(jìn)行接收、存儲(chǔ)，主控制模塊由主控制器控制工作，此時(shí)射頻核心模塊暫不工作，當(dāng)信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，在主控制器作用下將信號(hào)傳輸入射頻核心模塊，主控制模塊隨即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在協(xié)控制器控制下，經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器和放大器處理，由天線將此信號(hào)向外傳輸發(fā)送。相比于現(xiàn)有技術(shù)，以上兩個(gè)方面可以很大程度地降低藍(lán)牙模塊的功耗，從而延長(zhǎng)待機(jī)和使用時(shí)間。
[0020](4)本發(fā)明采用的藍(lán)牙模塊，相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以很大程度上降低功耗，延長(zhǎng)待機(jī)和使用時(shí)間，同時(shí)支持藍(lán)牙、wif1、UWB無線射頻技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，不僅可以將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到智能終端，進(jìn)一步計(jì)算得到健康參數(shù)，更可以為遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷提供有力支持，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更廣泛的適用范圍，可以獲得更豐富的監(jiān)測(cè)信息，從而給使用者帶來更好的、更準(zhǔn)確的、更實(shí)用的可穿戴醫(yī)療體驗(yàn)。
[0021](5)本發(fā)明的電源管理模塊采取太陽能充電和充電電源充電兩種供電模式。其中的電源管理模塊的太陽能充電模式，采用高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型太陽能電池，這種新型光電材料制得的太陽能電池一方面可以減小電池體積，從而帶來更良好的可穿戴體驗(yàn)，另一方面其高光電轉(zhuǎn)換率保證了本發(fā)明的持久供電性能，與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)通過充電電源獲得的電量耗盡后，可再利用太陽能電池高效能轉(zhuǎn)換來的電量繼續(xù)進(jìn)行心電的檢測(cè)，突破了現(xiàn)有技術(shù)中心電檢測(cè)受電池電量限制的局限。同時(shí)，電源管理模塊的太陽能充電模式采取充電模塊和放電模塊彼此獨(dú)立的結(jié)構(gòu)和工作方式，充電和放電過程不必同時(shí)進(jìn)行，相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以大幅度降低功耗，進(jìn)一步延長(zhǎng)待機(jī)、使用時(shí)間。多晶硅薄膜型太陽能電池的使用還可以大幅度降低成本，增加本發(fā)明的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0022](6)本發(fā)明采用集成模擬前端，使得信號(hào)處理效率更高，穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)?？朔艘酝鶛z測(cè)裝置中測(cè)試裝置復(fù)雜，需要使用大量電子元件，不易于實(shí)現(xiàn)便攜化的缺點(diǎn)，此外，現(xiàn)有技術(shù)中心電米集器米集到心電信號(hào)后以模擬電壓信號(hào)的方式向下一級(jí)傳輸，直到A/D轉(zhuǎn)換處才實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，這個(gè)過程中信號(hào)極易受到外界的干擾而引入噪聲，本發(fā)明通過采用集成模擬前端，克服了這個(gè)缺陷，極大提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)施例的硬件框圖。
[0024]圖2(a)是本實(shí)施例智能手表的正面示意圖。
[0025]圖2(b)是本實(shí)施例智能手表的背板示意圖。
[0026]圖3是本實(shí)施例的藍(lán)牙模塊的組成結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖4是本實(shí)施例的電源管理模塊組成圖。
[0028]圖5(a)是本實(shí)施例電源管理模塊中太陽能充電控制器的電路圖。
[0029]圖5(b)是本實(shí)施例電源管理模塊中太陽能充電控制器的蓄電池反接保護(hù)電路圖。
[0030]圖6是本實(shí)施例電源管理模塊中太陽能放電控制器的電路圖。
[0031]圖7是本實(shí)施例電源管理模塊中太陽能充電電路的電路圖。
[0032]圖8是本實(shí)施例電源管理模塊中太陽能放電電路的電路圖。
[0033]圖9是本實(shí)施例混合信號(hào)微控制器的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖1所示，本實(shí)施例的硬件組成包括心電采集器、集成模擬前端、混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置(即液晶顯示器)、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置(即按鍵)和指示燈。心電采集器與集成模擬前端相連，集成模擬前端通過SPI與混合信號(hào)微控制器相連，混合信號(hào)微控制器通過藍(lán)牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接，藍(lán)牙模塊通過UART與混合信號(hào)微控制器相連，電源管理模塊與太陽能電池相連，為心電檢測(cè)裝置中混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、液晶顯示器、指示燈供電，液晶顯示器、按鍵和指示燈與混合信號(hào)微控制器相連，并由混合信號(hào)微控制器控制工作，所述按鍵用于啟動(dòng)可穿戴裝置的心電檢測(cè)功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置處于心電檢測(cè)功能狀態(tài)。圖1中黑色實(shí)線箭頭表示電流走向，中空箭頭表示采集到的心電信號(hào)走向，虛線箭頭表示控制指令走向。
[0037]具體的，本實(shí)施例中所述集成模擬前端選用TI公司ADS1293芯片，在這里采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波、自動(dòng)增益、AD轉(zhuǎn)換。
[0038]具體的，本實(shí)施例所述混合信號(hào)微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，該微控制器為超低功耗型，在這里對(duì)采集到的心電信號(hào)采用低通平滑的算法實(shí)現(xiàn)低通濾波，采用基于奇異值分解方法的濾波法去除肌電干擾和運(yùn)動(dòng)干擾，采用自適應(yīng)相干模板法抑制采集過程中和采集后的工頻干擾，采用多項(xiàng)式插值方法中的三次樣條函數(shù)差值法對(duì)基線漂移進(jìn)行糾正，最后采用小波變換法進(jìn)行信號(hào)消噪、數(shù)據(jù)壓縮和奇異點(diǎn)檢測(cè)，并利用小波變換法在多尺度下的濾波器組特性實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的QRS波與其他波形的區(qū)分，從而得到準(zhǔn)確的心電圖波形和心率數(shù)值。
[0039]以圖2(a)、(b)所示智能手表為例，本實(shí)施例心電采集器包括2個(gè)心電傳感器，第一心電傳感器2置于智能手表的背板，與皮膚接觸，第二心電傳感器I置于智能手表液晶顯示器周圍的邊框，使用時(shí)，將智能手表戴于手腕處，使其背板與皮膚接觸，另一只手的手指搭在智能手表液晶顯示器周圍的邊框上，構(gòu)成心電檢測(cè)的回路，獲取心電信號(hào)。
[0040]如圖3所示，本實(shí)施例的藍(lán)牙模塊，包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊。其中主控制模塊由導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG、ROM、閃存、SRAM組成；射頻核心模塊由導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器組成，放大器與天線相接；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的I2C、UART和低功耗SPI組成；傳感器接口模塊由導(dǎo)線相連的超低功耗傳感器控制器、ADC和低功耗比較器組成；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
[0041]具體的，所述藍(lán)牙模塊通過如下方式達(dá)到功耗超低水平:
[0042](I)所述藍(lán)牙模塊配有自主的超低功耗傳感器控制器，可以自主感知外接心電采集器的工作狀態(tài)，若外接心電采集器沒有進(jìn)行信號(hào)采集，則藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若外接心電采集器進(jìn)行信號(hào)采集，則藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。睡眠狀態(tài)時(shí)藍(lán)牙模塊中只有中斷檢測(cè)程序運(yùn)行，此時(shí)功耗極低，幾乎可忽略不計(jì)。若超低功耗傳感器控制器檢測(cè)到外接心電采集器進(jìn)行信號(hào)采集，立即向藍(lán)牙模塊中主控制器傳送中斷指令，喚醒藍(lán)牙模塊中主控制模塊運(yùn)行。
[0043](2)該藍(lán)牙芯片采用更細(xì)致的分區(qū)管理，將數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)向外傳輸分離，以便獨(dú)立管理和運(yùn)行，由混合信號(hào)微控制器傳來的信號(hào)首先在主控制模塊中進(jìn)行接收、存儲(chǔ)，主控制模塊由主控制器控制工作，此時(shí)射頻核心模塊暫不工作，當(dāng)信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，在主控制器作用下將信號(hào)傳輸入射頻核心模塊，主控制模塊隨即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在協(xié)控制器控制下，經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器和放大器處理，由天線將此信號(hào)向外傳輸發(fā)送，
[0044]該藍(lán)牙模塊除具備超低功耗的特性外，還利用最新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)V4.0提供一個(gè)平臺(tái)，用以將wif 1、UffB無線射頻技術(shù)納入藍(lán)牙技術(shù)，將高速傳輸和超低功耗有機(jī)地結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例與其他來自全球制造商不同設(shè)備之間的信息交互，進(jìn)行信息共享。此外，利用本實(shí)施例采集得到的心電信號(hào)不僅可以在可穿戴裝置的液晶顯示器上顯示心電圖波形和心率數(shù)值，也可以通過藍(lán)牙模塊發(fā)送到移動(dòng)終端，進(jìn)一步計(jì)算其他健康參數(shù)，并將結(jié)果發(fā)送回可穿戴裝置的液晶顯示器上進(jìn)行顯示，同時(shí)，也可以將檢測(cè)結(jié)果和計(jì)算得到的健康參數(shù)通過移動(dòng)終端的無線網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心和醫(yī)院，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療。
[0045]本實(shí)施例的電源管理模塊采取太陽能充電和充電電源充電兩種供電模式。電源管理模塊的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由太陽能充電電路(見圖7)、太陽能放電電路(見圖8)、太陽能充電控制器(見圖5 (a)和圖5 (b))、太陽能放電控制器(見圖6)、太陽能接口、蓄電池接口、負(fù)載接口、蓄電池組成。太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池也可以與外部充電電源相接，負(fù)載接口與所述混合信號(hào)微控制器相接。太陽能充電電路實(shí)現(xiàn)太陽能電池向蓄電池的充電過程，太陽能放電電路實(shí)現(xiàn)蓄電池向心電檢測(cè)裝置中混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、液晶顯示器、指示燈的放電過程，太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作。太陽能電池置于本實(shí)施例中可穿戴裝置的腕帶或手環(huán)上。電源管理模塊采取太陽能充電模式時(shí)，由太陽能充電電路和太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由太陽能放電電路和太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨(dú)立，充電和放電過程獨(dú)立進(jìn)行，從而可以大幅度降低功耗，進(jìn)一步延長(zhǎng)待機(jī)、使用時(shí)間。電源管理模塊的太陽能充電模式中，采用高效能、高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜型太陽能電池，這種多晶硅薄膜型太陽能電池在保持高光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，使得太陽能電池得以薄膜化，一方面減小了太陽能電池的體積，提供更舒適的可穿戴體驗(yàn)，另一方面，降低了太陽能電池的生產(chǎn)成本，提高了本實(shí)施例的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0046]具體的，所述太陽能充電控制器的電路圖如圖5(a)所示，U2起電壓比較和震蕩作用，其中U2A是核心控制元件，VD3為紅綠雙色指示LED燈，用于指示充電工作狀態(tài)，由U2B驅(qū)動(dòng)，根據(jù)充電電池的參數(shù)指標(biāo)，通過精密電位器RVl設(shè)定浮充電壓，RTl為熱敏電阻，用于微調(diào)不同溫度時(shí)的浮充電壓值。當(dāng)偶爾發(fā)生電池過充時(shí)，將開關(guān)SW2接通可設(shè)置更高的浮充電壓，起到補(bǔ)償均衡的作用。VT2為電源開關(guān)，VD4為肖特基二極管，防止蓄電池向太陽能電池方向放電，VD5起蓄電池保護(hù)反接作用(見圖5(b))，當(dāng)極性接反時(shí)熔斷器熔絲燒斷，保護(hù)電路其余部分免遭損壞。當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的浮充電壓時(shí)，U2A輸出高電平，LED指示紅色，光耦導(dǎo)通使能開關(guān)管VT2，太陽能電池向蓄電池充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定浮充電壓值時(shí)進(jìn)入浮充狀態(tài)，LED進(jìn)入雙色閃爍指示狀態(tài)。
[0047]具體的，所述太陽能放電控制器的電路圖如圖6所示，將開關(guān)SI切換至開位置時(shí)，供電激活集成運(yùn)放工作，此時(shí)，如果蓄電池電壓高于低電壓指令(Low VoltageDirective, LVD)電壓值，電壓比較器輸出低電壓，VT5截止，上半部分電路驅(qū)動(dòng)VT3，蓄電池為負(fù)載正常供電，如果蓄電池電壓低于LVD電壓值，VT5導(dǎo)通使得通斷控制端輸出低電壓將VT3關(guān)斷，切斷負(fù)載電源，為避免負(fù)載在LVD電壓值附近反復(fù)地進(jìn)行通斷操作，此時(shí)，將開關(guān)SI切換至關(guān)位置以自鎖，同時(shí)關(guān)斷放電控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，發(fā)光二極管VD14用以提示電池電壓接近LVD電壓值，調(diào)節(jié)電位器RV2可調(diào)節(jié)LVD電壓值。
[0048]具體的，所述太陽能充電電路圖如圖7所示，由單相橋式整流電路D和電感L濾波電路組成濾波單元，D可使太陽能電池始終向蓄電池充電而蓄電池不會(huì)向太陽能電池供電，且太陽能電池在光線驟變時(shí)產(chǎn)生交流電流或與蓄電池反接時(shí)，只能向蓄電池充電，濾波電路濾波整流后輸出電壓的穩(wěn)波，使充電電流更穩(wěn)定。
[0049]具體的，所述太陽能放電電路圖如圖8所示，采取兩級(jí)電保護(hù)裝置，以防外界短路或其他情況造成的電流驟增而損壞蓄電池以及其他電子元件，第一級(jí)保護(hù)采集高精密電阻R兩段電壓，當(dāng)滿足設(shè)定最大放電電流與高精密電阻阻值之積且持續(xù)20秒，確認(rèn)短路，由混合信號(hào)微控制器控制Rll切斷放電回路。第二級(jí)保護(hù)為防止第一級(jí)電流過大且未持續(xù)20秒，將對(duì)電路造成損害，此時(shí)增加自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，當(dāng)流經(jīng)的電流達(dá)到額定值時(shí)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲溫度上升，電阻迅速增大，電流迅速減小，當(dāng)過流消失時(shí)，電子保險(xiǎn)絲自動(dòng)回復(fù)到初始狀
--τ O
[0050]如圖9所示，本實(shí)施例混合信號(hào)微控制器的工作流程如下:
[0051]當(dāng)接收到來自集成模擬前端的數(shù)字信號(hào)后，依次對(duì)采集到的心電信號(hào)采用低通平滑的算法實(shí)現(xiàn)低通濾波，采用基于奇異值分解方法的濾波法去除肌電干擾和運(yùn)動(dòng)干擾，采用自適應(yīng)相干模板法抑制采集過程中和采集后的工頻干擾，采用多項(xiàng)式插值方法中的三次樣條函數(shù)差值法對(duì)基線漂移進(jìn)行糾正，最后采用小波變換法進(jìn)行信號(hào)消噪、數(shù)據(jù)壓縮和奇異點(diǎn)檢測(cè)，并利用小波變換在多尺度下具有的濾波器組特性，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的QRS波與其他波形的區(qū)分，若接收完全部信號(hào)則將心電圖波形和心率數(shù)值顯示在顯示屏上，隨即系統(tǒng)結(jié)束任務(wù)，否則繼續(xù)接收集成模擬前端傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。
[0052]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，包括心電采集器、集成模擬前端、混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、電源管理模塊、太陽能電池、輸入裝置和指示燈，所述心電采集器包括第一心電傳感器和第二心電傳感器，第一心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置外殼的背面，與皮膚接觸，第二心電傳感器設(shè)置于可穿戴裝置外殼正面或邊框；心電采集器與集成模擬前端相連，集成模擬前端通過SPI與混合信號(hào)微控制器相連，藍(lán)牙模塊通過UART與混合信號(hào)微控制器相連，藍(lán)牙模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接；電源管理模塊與太陽能電池相連，二者用于為心電檢測(cè)裝置中混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、指示燈供電；顯示裝置、輸入裝置、指示燈分別與混合信號(hào)微控制器相連，并由混合信號(hào)微控制器控制工作，所述輸入裝置用于啟動(dòng)可穿戴裝置的心電檢測(cè)功能，指示燈用于顯示可穿戴裝置當(dāng)前所處的心電檢測(cè)功能狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源管理模塊包括太陽能充電電路、太陽能放電電路、太陽能充電控制器、太陽能放電控制器、太陽能接口、蓄電池接口、負(fù)載接口和蓄電池，其中太陽能電池與太陽能接口連接，蓄電池接口與蓄電池連接，蓄電池還設(shè)有接口用于與外部充電電源連接；負(fù)載接口與所述混合信號(hào)微控制器連接；太陽能充電控制器控制太陽能充電電路工作，太陽能電池通過太陽能充電電路向蓄電池充電；太陽能放電控制器控制太陽能放電電路工作，蓄電池通過太陽能放電電路向心電檢測(cè)裝置中混合信號(hào)微控制器、藍(lán)牙模塊、顯示裝置、指示燈供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，由所述太陽能充電電路和所述太陽能充電控制器組成的太陽能充電模塊與由所述太陽能放電電路和所述太陽能放電控制器組成的太陽能放電模塊彼此獨(dú)立，充電和放電過程獨(dú)立進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述太陽能電池采用多晶硅薄膜型太陽能電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述藍(lán)牙模塊包括主控制模塊、射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊、傳感器接口模塊和天線，所述主控制模塊用于接收、存儲(chǔ)混合信號(hào)微控制器傳來的信號(hào)，并在信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，將信號(hào)傳入射頻核心模塊，主控制模塊包括導(dǎo)線相連的主控制器、JTAG接口、ROM、閃存、SRAM ；所述射頻核心模塊用于在信號(hào)需要向外傳輸時(shí)，接收主控制模塊傳入的信號(hào)，并將信號(hào)由天線向外傳輸，射頻核心模塊包括導(dǎo)線相連的協(xié)控制器、數(shù)字鎖相環(huán)、DSP調(diào)制解調(diào)器、SRAM, ROM和放大器，放大器與天線相連接；所述天線用于將信號(hào)發(fā)送到外部移動(dòng)終端，并接收移動(dòng)終端反饋結(jié)果，并將反饋結(jié)果發(fā)送到顯示裝置顯示；通用外圍設(shè)備接口模塊由導(dǎo)線相連的I2C、UART和SPI組成；傳感器接口模塊包括導(dǎo)線相連的傳感器控制器、ADC和比較器；主控制模塊分別通過導(dǎo)線與射頻核心模塊、通用外圍設(shè)備接口模塊和傳感器接口模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述主控制模塊在將信號(hào)傳到射頻核心模塊后進(jìn)入睡眠狀態(tài)； 所述傳感器控制器用于感知外接心電采集器的工作狀態(tài)，若外接心電采集器沒有進(jìn)行信號(hào)采集，則控制藍(lán)牙模塊自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述藍(lán)牙模塊采用藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)V4.0，用以將wif1、UWB無線射頻技術(shù)納入藍(lán)牙技術(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述集成模擬前端選用TI公司的ADS1293芯片，用于對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波、自動(dòng)增益、AD轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可穿戴裝置的心電檢測(cè)裝置，其特征在于，所述混合信號(hào)微控制器選用TI公司的MSP430FR5739微控制器，用于對(duì)采集到的心電信號(hào)采用低通平滑的算法進(jìn)行低通濾波，采用基于奇異值分解方法的濾波法去除肌電干擾和運(yùn)動(dòng)干擾，采用自適應(yīng)相干模板法抑制采集過程中和采集后的工頻干擾，采用多項(xiàng)式插值方法中的三次樣條函數(shù)差值法對(duì)基線漂移進(jìn)行糾正，最后采用小波變換法進(jìn)行信號(hào)消噪、數(shù)據(jù)壓縮和奇異點(diǎn)檢測(cè)，并利用小波變換在多尺度下具有的濾波器組特性，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的QRS波與其他波形的區(qū)分。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK104510463SQ201410746483
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】吳凱, 杜欣, 陳秋蘭 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣州雙悠生物科技有限責(zé)任公司