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腕式心率表.pdf

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心率
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摘要
申請專利號:

CN200920224736.1

申請日:

20090821

公開號:

CN201710350U

公開日:

20110119

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/024 主分類號: A61B5/024
申請人: 徐國棟,駱科學
發明人: 徐國棟,駱科學,張永超,趙杰,張亮,毛文杰,張鋼嶺,田恩國,段化鵬,黨永,李秋
地址: 266510 山東省青島市經濟技術開發區前灣港路579號信電學院碩研07-9班J11-126
優先權: CN200920224736U
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200920224736.1

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種實時測量心率的腕式心率表。它在表體內包含有敏感單元、顯示單元、濾波單元、電源單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元;電源單元分別與敏感單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元連接,敏感單元與濾波單元連接,微控制單元分別與濾波單元、鍵盤單元、報警單元和顯示單元連接。電源單元給敏感單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元提供工作電壓,敏感單元把微弱的脈搏信號實時的轉化成模擬電壓信號,經濾波單元輸出給微控制單元,微控制單元集成了高精度放大器、模/數轉換器、液晶屏驅動器、實時時鐘,結合心率測量算法,實現對人體心率的實時精確的測量顯示,還能設定心率上下限,心率超出此范圍時,報警單元自動報警。

權利要求書

1.一種腕式心率表,在表體中含有電源單元(4)、顯示單元(2)、鍵盤采集單元(6)和報警單元(7),其特征是:還包含有敏感單元(1)、濾波單元(3)和微控制單元(5);電源單元分別與敏感單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元連接,敏感單元與濾波單元連接,微控制單元分別與濾波單元、鍵盤單元、報警單元和顯示單元連接。2.根據權利要求1所述的腕式心率表,其特征是:所述的敏感單元(1)包含有壓電膜傳感器BP和開關K1,開關K1一端接壓電膜傳感器BP,另外一端接電池的正極,開關K1控制壓電膜傳感器BP是否工作,當不測心率時給壓電膜傳感器BP斷電,以節省系統功耗,壓電膜傳感器BP一端接到濾波單元(3)的電阻R1上,另一端接地。3.根據權利要求1所述的腕式心率表,其特征是:濾波單元(3)包含有電阻R1和R2、電容C1和C2,R1的一端接壓電膜傳感器BP,另一端接電容C1和C2,電容C1的另一端接地,電容C2的另一端接電阻R2,電阻R2的另一端接地。4.根據權利要求1所述的腕式心率表,其特征是:微控制單元(5)包含有高精度儀表放大器、16階數字FIR高通數字濾波器、模/數轉換器、數/模轉換器、液晶屏驅動器和實時時鐘。5.根據權利要求1所述的腕式心率表,其特征是:微控制單元(5)包含有微控制芯片A1和電阻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通過電阻R4接到電池的正極,端口AVCC分別接到電阻R6、R7、R8和微型揚聲器B1上,電阻R6的另一端接到端口PORT2和按鍵S1的公共結點上,電阻R7的另一端接到端口PORT1和按鍵S2的公共結點上,電阻R8的另一端接到端口PORT0和按鍵S3的公共結點上,端口OAO0接到電容C2和電阻R2的公共結點上,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都分別接到液晶屏L1上,端口DAC接到電阻R5上,端口POTR0接到電阻R8和按鍵S3的公共接點上,端口PORT1接到電阻R7和按鍵S2的公共接點上,端口PORT1接到電阻R6和按鍵S1的公共接點上,端口AVSS和DVSS公同接到電池的負極。?

說明書

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一.所屬技術領域

本實用新型涉及一種測量心率的裝置,尤其是能戴在手腕上實時精確的測量并顯示心率的腕式心率表。

二.背景技術

目前,公知的心率檢測設備大多采用了集成度比較低的單片機和一些復雜的獨立的外圍電路來實現前端的數據采集和中心數據處理,對工頻和低頻干擾都是用模擬濾波器去除,雖然價格比較低廉。但是,整個系統的集成度低,容易引入干擾,模擬濾波器的精度相對數字濾波器較低,同時不便于集成,系統性能低,不能進行復雜的數據處理和運算,雖然有些已經實現了便攜式的電池供電,但體積仍然較大,不方便運動時隨身攜帶,同時功耗大,待機時間短。醫療產品中用于臨床的脈搏采集基本以光電傳感器采集脈搏方法為主,該方法主要的依據是:血液是一種高度不透明的液體,血液中含有大量的血紅細胞,這種細胞具有很強的吸收紅外線的能力,當人體動脈血管隨心臟周期性的收縮和舒張時,動脈血管內血液容積會變化,動脈所在部分的人體組織對于紅外光的投射性就會發生變化,通過測量人體組織對紅外光的投射程度來采集心臟搏動信號,具有體積小,靈敏度高、使用簡單的優點。但是,這種投射現象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯,因此光電式傳感器的測量部位通常在人體的手指尖,這種測量方式不適合在運動的同時測脈搏,要測脈搏時必須先停下來,不能實現運動時的實時測量和報警功能,同時功耗大不適合做微型便攜式產品。

三.發明內容

為了克服現有的心率檢測設備集成度低、系統性能差、抗干擾能力差、功耗大、不方便隨身攜帶和不能在運動的同時實時測量心率的不足,本實用新型提供一種腕式心率表,該腕式心率表不僅能提高系統的集成度和性能,降低系統功耗,而且能方便的隨身攜帶,能在運動的同時實時的測量并顯示心率,并進行實時報警。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:在表體內包含有敏感單元、顯示單元、濾波單元、電源單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元;電源單元分別與敏感單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元連接,敏感單元與濾波單元連接,微控制單元分別與濾波單元、鍵盤單元、報警單元和顯示單元連接。電源單元給敏感單元、微控制單元、鍵盤采集單元和報警單元提供工作電壓;敏感單元能模擬中醫切脈時所取寸、關、尺三部,按浮、中、沉三種診法檢測脈搏信號,把微弱的脈搏信號實時的轉化成模擬電壓信號;微控制單元集成了的高精度儀表放大器、16階數字FIR高通數字濾波器、模/數轉換器、液晶屏驅動器、實時時鐘,提高了系統的集成度;顯示單元將微控制單元處理后的心率數值實時顯示,同時微控制單元還會控制顯示單元準確顯示時鐘、鬧鐘和日歷;鍵盤單元設定心率上下限和時鐘、鬧鐘和日歷;報警單元在測得的心率值超出設定的心率上下限范圍后,自動報警。本實用新型采用硬件濾波和數字濾波相結合,以數字濾波為主,微控制單元內集成了高精度儀表放大器,能很好的抑制了元器件噪聲,由于人體微動和呼吸引起的基線飄移,其頻率低于1Hz,屬于超低頻信號,不適合用模擬高通濾波濾除,本實用新型采用了16階數字FIR高通濾波器來濾除這些直流和低頻分量,由于脈搏信號的頻率下限為0.05Hz,為了不損失其低頻分量,高通濾波器的截止頻率一般定為0.03HZ,由于供電線路幾乎無所不在,人體處在復雜的電磁環境中,通過各種途徑拾取工頻干擾,使之常常成為脈搏測量中主要的干擾源。所以采集電路輸出的脈搏信號中仍然不可避免地混有較強的工頻干擾,若不濾除將大大影響測量精度。傳統的模擬電路濾波器在精度方面無法與數字濾波器相比。因此本實用新型發明采用16階50HZ陷波器濾除工頻干擾,通過實踐證明運用數字濾波技術結合能進行復雜數字運算的微控制單元,濾波效果更好。

本實用新型的設計特點及有益效果表現在:

敏感單元能模擬中醫切脈時所取寸、關、尺三部,按浮、中、沉三種診法檢測脈搏信號,把微弱的脈搏信號實時的轉化成模擬電壓信號,經過濾波單元使脈搏信號反映的病理性特征信息得到完整的保留的同時濾除高頻干擾,并輸出給微控制單元,微控制單元集成了高精度儀表放大器、模/數轉換器、液晶屏驅動器、實時時鐘和通用串行總線接口,提高了系統集成度,降低了系統的功耗,結合微控制單元的心率測量算法,實現對人體心率的實時精確的測量并通過顯示單元實時顯示,還能通過鍵盤單元進行設定心率上下限,當心率超出這個范圍時,由報警單元發出報警。

1.本實用新型設計了高集成度的微控制單元,提高了系統的集成度,降低了系統的功耗,滿足了腕式心率表的需要。

2.本實用新型設計了敏感單元,能模擬中醫切脈時所取寸、關、尺三部,按浮、中、沉三種診法檢測脈搏信號,將微弱的脈搏信號實時轉化成模擬電壓信號,結合微控制單元的心率測量算法,保證了人體心率的實時精確測量。

3.本實用新型采用硬件濾波和數字濾波相結合,以數字濾波為主,用16階數字FIR高通濾波器濾除直流分量和低頻分量,用16階50HZ陷波器來濾除工頻干擾,濾波效果更好,提高了心率測量的準確度。

四.附圖說明

圖1是本實用新型的電路原理框圖。

圖2是本實用新型的電路原理圖。

五.具體實施方式

附圖為本實用新型的一個實施例,本實施例包含有敏感單元1、顯示單元2、濾波單元3、電源單元4、微控制單元5、鍵盤采集單元6和報警單元7;敏感單元1與電源單元4和微控制單元5連接,顯示單元2與微控制單元5連接,濾波單元3與敏感單元1和微控制單元5連接,電源單元4與敏感單元2和微控制單元5連接,鍵盤單元7和報警單元7都與微控制單元5連接。

電源單元4含有一塊電池,一端與開關K1相連,再通過開關K1接到敏感單元的壓電膜傳感器BP上,另一端接到微控制單元5內的控制芯片A1的AVSS和DVSS端口,為敏感單元1和微控制單元5提供正常的工作電壓,輸出電壓為3伏,本實施例電池型號設置為2032紐扣電池。

敏感單元1包含有壓電膜傳感器BP和開關K1,開關K1一端接壓電膜傳感器BP,另外一端接電池的正極,開關K1控制是否給壓電膜傳感器BP通電,從而控制壓電膜傳感器BP是否采集脈搏信號,當不測心率時給壓電膜傳感器BP斷電,以節省系統功耗,當不采集脈搏信號時,本實用新型可以當普通的電子表使用,壓電膜傳感器BP一端接到濾波單元3的電阻R1上,另一端接地,壓電膜傳感器BP把微弱的脈搏信號轉化成模擬電壓信號,輸出給濾波單元進行濾波處理。本實施例的壓電膜傳感器BP設置為聚偏二氟乙烯壓電薄膜敏傳感器。

濾波單元3包含有電阻R1和R2、電容C1和C2,R1的一端接壓電膜傳感器BP,另一端接電容C1和C2,電容C1的另一端接地,電容C2的另一端電阻R2,電阻R2的另一端接地,濾波單元由R1和C1組成,上限截止頻率約為1000Hz,以使脈搏信號的高次諧波能通過,讓脈搏信號反映的病理性特征信息得到完整的保留。同時該上限截止頻率和時間常數電路(由C2和R2組成)還會決定性地影響脈搏波形的失真度。如果電路的時間常數選得過小,會造成信號的低頻分量嚴重衰減和移相。實驗表明,當時間常數當τ=3s,即下限截止頻率為0.053Hz時,可以保證脈搏波的低頻分量不會失真。

微控制單元5包含有微控制芯片A1和電阻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通過電阻R4接到電池的正極,端口AVCC分別接到電阻R6、R7、R8和微型揚聲器B1上,電阻R6的另一端接到端口PORT2和按鍵S1的公共結點上,電阻R7的另一端接到端口PORT1和按鍵S2的公共結點上,電阻R8的另一端接到端口PORT0和按鍵S3的公共結點上,端口OAOO接到電容C2和電阻R2的公共結點上,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都分別接到液晶屏L1上,端口DAC接到電阻R5上,端口POTR0接到電阻R8和按鍵S3的公共接點上,端口PORT1接到電阻R7和按鍵S2的公共接點上,端口PORT1接到電阻R6和按鍵S1的公共接點上,端口AVSS和DVSS公同接到電池的負極。本實用實施例的微控制芯片A1型號設置為MSP430FG4616。

顯示單元2包含有液晶顯示屏L1,液晶顯示屏L1分別接到微控制芯片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將處理后的心率數值通過端口COM0、COM1、COM2、COM3、S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18傳給液晶顯示屏L1,并控制液晶顯示屏L1實時顯示心率值,同時微控制芯片A1還會控制液晶顯示屏L1準確顯示時鐘、鬧鐘和日歷。本實施例的顯示單元2設置為超低功耗的80段的段式液晶,尺寸為1寸的液晶顯示屏。

鍵盤采集單元6包含有電阻R6、R7和R8、按鍵S1、S2和S3,電阻R6、R7和R8的一端分別接到微控制芯片A1的端口AVCC,電阻R6的另一端接到端口PORT2和按鍵S1的公共結點上,按鍵S1的另外一端接地,電阻R7的另一端接到端口PORT1和按鍵S2的公共結點上,按鍵S2的另外一端接地,電阻R8的另一端接到端口PORT0和按鍵S3的公共結點上,按鍵S3的另外一端接地,按鍵S1是彈起式按鍵,用于功能選擇,主要選擇時鐘日歷或心率測量功能,及在時鐘日歷中年、月、日、時、分、秒的設置選擇和心率上下限的設置選擇,按鍵S2用于在按鍵S1功能選擇的前提下進行加1設置,按鍵S3用于在按鍵S1功能選擇的前提下進行減1設置,按鍵S2和S3在按鍵S1沒有功能選擇的情況下不起作用。本實施例的按鍵設置為普通電子表使用的按鍵。

報警單元7包含有三極管Q1微型揚聲器B1和電阻R5,電阻R5的一端接微控制芯片A1的端口DAC,另一端接在三極管Q1的基極,三極管Q1的發射極接地,集電極接微型揚聲器B1的一端,微型揚聲器B1的另一端接微控制芯片A1的端口DACC,當測量心率在設置的正常心率范圍內時,微控制芯片A1的端口DAC輸出低電平時三極管Q1截止,揚聲器不響;當測量心率低于設置心率的下限或高于設置心率的上限時輸出高電平,三極管Q1處于飽和狀態,揚聲器響,自動報警。本實施例的三極管Q1型號設置為9014,微型揚聲器B1的型號設置為SMD5020A的貼片式電磁蜂鳴器。

電源單元4給敏感單元1、微控制單元5、鍵盤采集單元6和報警單元7提供工作電壓,保證系統正常工作,敏感單元1能模擬中醫切脈時所取寸、關、尺三部,按浮、中、沉三種診法檢測脈搏信號,把微弱的脈搏信號實時的轉化成模擬電壓信號,經過濾波單元3使脈搏信號反映的病理性特征信息得到完整的保留,并輸出給微控制單元5,微控制單元5集成了高精度儀表放大器、模/數轉換器、段式液晶屏驅動器、實時時鐘和通用串行總線接口,提高了系統集成度,降低了系統的功耗,結合微控制單元5的心率測量算法,實現對人體心率的實時精確的測量并通過顯示單元實時顯示,還能通過鍵盤單元6進行設定心率上下限,在心率超出設定范圍時,由報警單元7發出報警。

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