本發(fā)明涉及智能家居領域，特別涉及一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術：
數(shù)字信號處理器（digital signal processor) 由大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路心片組成的用來完成某種信號處理任務的處理器。它是為適應高速實時信號處理任務的需要而逐漸發(fā)展起來的。隨著集成電路技術和數(shù)字信號處理算法的發(fā)展，數(shù)字信號處理器的實現(xiàn)方法也在不斷變化，處理功能不斷提高和擴大。
數(shù)字信號處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應用于通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領域。以往是采用通用的微處理器來完成大量數(shù)字信號處理運算，速度較慢，難以滿足實際需要；而同時使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設計和程序設計復雜，耗電較大，價格昂貴。數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問題。DSP可以快速的實現(xiàn)對信號的采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。
技術實現(xiàn)要素：
鑒于此，本發(fā)明提供了一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)及方法，本發(fā)明具有智能化，準確率高和成本低等優(yōu)點。
本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于采集心率信號和脈搏信號的信號采集與預處理單元；所述信號采集與預處理單元信號連接于用于對采集到的信號進行處理的數(shù)字處理單元；所述數(shù)字處理單元分別信號連接于用于提供給用戶控制系統(tǒng)運行的控制單元、用于顯示系統(tǒng)信的顯示單元和用于和其他模塊進行通信的通信單元。
進一步的，所述信號采集與處理單元包括：反射式光電脈搏傳感器、去噪模塊和A/D轉換模塊；所述反射式光電脈搏傳感器信號連接于去噪模塊；所述去噪模塊信號連接于A/D轉換模塊。
進一步的，所述數(shù)字處理單元包括：匹配濾波器、數(shù)字微分單元、低通濾波器、中值計算模塊和處理器；所述匹配濾波器分別信號連接于A/D轉換模塊和數(shù)字微分單元；數(shù)字微分單元分別信號連接于匹配濾波器和低通濾波器；所述低通濾波器分別信號連接于數(shù)字微分單元和中值計算模塊；所述中值計算模塊分別信號連接于低通濾波器和處理器。
進一步的，所述匹配濾波器包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進行分析和處理，根據(jù)分析和處理結果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
進一步的，所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化；
步驟2：數(shù)字處理單元檢測控制單元是否有用戶發(fā)送過來的控制命令；如果有，則執(zhí)行步驟3；如果沒有，則重新執(zhí)行步驟2；
步驟3：數(shù)字處理單元發(fā)送命令給信號采集與預處理單元，信號采集與預處理單元開始采集脈搏信號和心率信號，將采集到的信號發(fā)送給數(shù)字處理單元；
步驟4：數(shù)字處理單元開始對采集到的信號進行處理，得出最終的結果，將結果發(fā)送至顯示單元進行顯示。
進一步的，所述數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行處理的方法包括以下步驟：
步驟1：數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行匹配濾波，將匹配濾波后的結果發(fā)送給數(shù)字微分單元；
步驟2：數(shù)字微分單元對匹配濾波后的信號進行數(shù)字微分，將數(shù)字微分后的結果發(fā)送給低通濾波器；
步驟3：低通濾波器對數(shù)字微分后的信號進行低通濾波，將低通濾波后的結果發(fā)送給中值計算模塊；
步驟4：中值計算模塊對接收到的信號進行中值計算，將處理后的最終結果發(fā)送給處理器；
步驟5：處理器將接收到的最終結果進行處理后，發(fā)送給顯示單元進行顯示。
進一步的，所述匹配濾波器對接收到的信號進行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：設輸入信號為：；其中， 為有用信號， 為高斯噪聲；
步驟2：設經匹配濾波模塊濾波后的信號為： ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應的時間域的信號為：
；
步驟4：經匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： ;
步驟7：得到如下關系式: 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應。
采用以上技術方案，本發(fā)明產生了以下有益效果：
1、處理結果精準：本發(fā)明的心率信號處理器及信號處理器方法，除了對信號進行去噪和匹配濾波以外，在低通濾波時，還能針對信號的特性選擇不同頻率濾波電路對信號進行濾波；此外，針對信號波形的不同，進行不同程度的微分；針對信號的特性，選取不同的匹配濾波器進行匹配濾波；保證了在各個環(huán)節(jié)針對信號特性，進行更為精準的處理，保證了最終結果的準確性。
2、性能優(yōu)良：本發(fā)明的心率信號處理器，具備多種功能，在傳統(tǒng)的信號處理器的基礎上還增添了對信號進行中值計算的單元，針對心率信號的特性進行中值濾波處理，比起傳統(tǒng)的心率信號處理器，處理的結果更加準確。
3、功能多樣：本發(fā)明的心率信號處理器，除了能夠對接收到的心率信號進行處理，還能對接收到的其他信號進行處理，因為在本發(fā)明的處理器中匹配濾波和低通濾波以及數(shù)字微分計算中，都具有多種可選模式，針對信號的不同特性，選擇不同的模式，提升了處理器的實用性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)及方法的系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發(fā)明實施例1中提供了一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)結構如圖1所示：
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于采集心率信號和脈搏信號的信號采集與預處理單元；所述信號采集與預處理單元信號連接于用于對采集到的信號進行處理的數(shù)字處理單元；所述數(shù)字處理單元分別信號連接于用于提供給用戶控制系統(tǒng)運行的控制單元、用于顯示系統(tǒng)信的顯示單元和用于和其他模塊進行通信的通信單元。
進一步的，所述信號采集與處理單元包括：反射式光電脈搏傳感器、去噪模塊和A/D轉換模塊；所述反射式光電脈搏傳感器信號連接于去噪模塊；所述去噪模塊信號連接于A/D轉換模塊。
進一步的，所述數(shù)字處理單元包括：匹配濾波器、數(shù)字微分單元、低通濾波器、中值計算模塊和處理器；所述匹配濾波器分別信號連接于A/D轉換模塊和數(shù)字微分單元；數(shù)字微分單元分別信號連接于匹配濾波器和低通濾波器；所述低通濾波器分別信號連接于數(shù)字微分單元和中值計算模塊；所述中值計算模塊分別信號連接于低通濾波器和處理器。
進一步的，所述匹配濾波器包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進行分析和處理，根據(jù)分析和處理結果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
進一步的，所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
本發(fā)明實施例2中提供了一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)的方法：
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化；
步驟2：數(shù)字處理單元檢測控制單元是否有用戶發(fā)送過來的控制命令；如果有，則執(zhí)行步驟3；如果沒有，則重新執(zhí)行步驟2；
步驟3：數(shù)字處理單元發(fā)送命令給信號采集與預處理單元，信號采集與預處理單元開始采集脈搏信號和心率信號，將采集到的信號發(fā)送給數(shù)字處理單元；
步驟4：數(shù)字處理單元開始對采集到的信號進行處理，得出最終的結果，將結果發(fā)送至顯示單元進行顯示。
進一步的，所述數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行處理的方法包括以下步驟：
步驟1：數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行匹配濾波，將匹配濾波后的結果發(fā)送給數(shù)字微分單元；
步驟2：數(shù)字微分單元對匹配濾波后的信號進行數(shù)字微分，將數(shù)字微分后的結果發(fā)送給低通濾波器；
步驟3：低通濾波器對數(shù)字微分后的信號進行低通濾波，將低通濾波后的結果發(fā)送給中值計算模塊；
步驟4：中值計算模塊對接收到的信號進行中值計算，將處理后的最終結果發(fā)送給處理器；
步驟5：處理器將接收到的最終結果進行處理后，發(fā)送給顯示單元進行顯示。
進一步的，所述匹配濾波器對接收到的信號進行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：設輸入信號為： ；其中， 為有用信號， 為高斯噪聲；
步驟2：設經匹配濾波模塊濾波后的信號為： ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應的時間域的信號為：
；
步驟4：經匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： ;
步驟7：得到如下關系式: 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應。
本發(fā)明實施例3中提供了一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)結構圖如圖1所示：
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于采集心率信號和脈搏信號的信號采集與預處理單元；所述信號采集與預處理單元信號連接于用于對采集到的信號進行處理的數(shù)字處理單元；所述數(shù)字處理單元分別信號連接于用于提供給用戶控制系統(tǒng)運行的控制單元、用于顯示系統(tǒng)信的顯示單元和用于和其他模塊進行通信的通信單元。
進一步的，所述信號采集與處理單元包括：反射式光電脈搏傳感器、去噪模塊和A/D轉換模塊；所述反射式光電脈搏傳感器信號連接于去噪模塊；所述去噪模塊信號連接于A/D轉換模塊。
進一步的，所述數(shù)字處理單元包括：匹配濾波器、數(shù)字微分單元、低通濾波器、中值計算模塊和處理器；所述匹配濾波器分別信號連接于A/D轉換模塊和數(shù)字微分單元；數(shù)字微分單元分別信號連接于匹配濾波器和低通濾波器；所述低通濾波器分別信號連接于數(shù)字微分單元和中值計算模塊；所述中值計算模塊分別信號連接于低通濾波器和處理器。
進一步的，所述匹配濾波器包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進行分析和處理，根據(jù)分析和處理結果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
進一步的，所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
一種智能家庭心率檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化；
步驟2：數(shù)字處理單元檢測控制單元是否有用戶發(fā)送過來的控制命令；如果有，則執(zhí)行步驟3；如果沒有，則重新執(zhí)行步驟2；
步驟3：數(shù)字處理單元發(fā)送命令給信號采集與預處理單元，信號采集與預處理單元開始采集脈搏信號和心率信號，將采集到的信號發(fā)送給數(shù)字處理單元；
步驟4：數(shù)字處理單元開始對采集到的信號進行處理，得出最終的結果，將結果發(fā)送至顯示單元進行顯示。
進一步的，所述數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行處理的方法包括以下步驟：
步驟1：數(shù)字信號處理單元對采集到的信號進行匹配濾波，將匹配濾波后的結果發(fā)送給數(shù)字微分單元；
步驟2：數(shù)字微分單元對匹配濾波后的信號進行數(shù)字微分，將數(shù)字微分后的結果發(fā)送給低通濾波器；
步驟3：低通濾波器對數(shù)字微分后的信號進行低通濾波，將低通濾波后的結果發(fā)送給中值計算模塊；
步驟4：中值計算模塊對接收到的信號進行中值計算，將處理后的最終結果發(fā)送給處理器；
步驟5：處理器將接收到的最終結果進行處理后，發(fā)送給顯示單元進行顯示。
進一步的，所述匹配濾波器對接收到的信號進行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：設輸入信號為： ；其中， 為有用信號， 為高斯噪聲；
步驟2：設經匹配濾波模塊濾波后的信號為： ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應的時間域的信號為：
；
步驟4：經匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： ;
步驟7：得到如下關系式: 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。