適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)處理系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]心率是指人體心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)，以第一聲為準(zhǔn)。在人體參數(shù)檢測(cè)中，心率是一個(gè)重要的生理指標(biāo)，為醫(yī)學(xué)診斷提供參考。同時(shí)，心率也可作為人體運(yùn)動(dòng)生理負(fù)荷的客觀評(píng)定指標(biāo)。隨著智能手表、智能腕帶、智能手環(huán)等可穿戴式智能設(shè)備的興起，以及人們對(duì)于健康狀況的重視，基于光電容積脈搏波信號(hào)對(duì)心率進(jìn)行測(cè)量的方法受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
[0003]由于光電容積脈搏波信號(hào)中常含有運(yùn)動(dòng)噪聲，難以準(zhǔn)確測(cè)量心率，需要相應(yīng)的去噪技術(shù)。目前已有許多去除運(yùn)動(dòng)噪聲的技術(shù)被提出，例如獨(dú)立成分分析方法（ICA)、小波去噪方法、自適應(yīng)濾波去噪方法(ANC)、經(jīng)典模式分解方法(EMD)等都被廣泛應(yīng)用。但是上述算法主要針對(duì)緩和或者不劇烈的運(yùn)動(dòng)，比如手移動(dòng)、走路、慢跑(速度低于8km/h)。在運(yùn)動(dòng)噪聲非常強(qiáng)的情況下，如何去除光電容積脈搏波信號(hào)中運(yùn)動(dòng)噪聲對(duì)進(jìn)行可靠的心率測(cè)量具有極大的挑戰(zhàn)性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是有效消除心率信號(hào)中含有的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)噪聲，以達(dá)到精確測(cè)量用戶實(shí)時(shí)心率的目的。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:可穿戴式的心率測(cè)量設(shè)備（I)、信號(hào)處理電路(2)、噪聲消除電路(3)、信號(hào)發(fā)送電路(4)、信號(hào)接收電路(5)、終端處理設(shè)備(6)，其中：
[0006]所述可穿戴式的心率測(cè)量設(shè)備（I)采集用戶在同時(shí)間段內(nèi)的多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)；
[0007]所述信號(hào)處理電路(2)對(duì)所述多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行下采樣、帶通濾波以及A/D轉(zhuǎn)換的操作；
[0008]所述噪聲消除電路（3)利用譜減法和譜峰跟蹤機(jī)制對(duì)經(jīng)所述信號(hào)處理電路（2)處理后的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)噪聲的去除以及心率頻率點(diǎn)位置的定位；
[0009]所述信號(hào)發(fā)送電路(4)發(fā)送經(jīng)過(guò)所述噪聲消除電路(3)后得到的用戶的心率頻率點(diǎn)位置；
[0010]所述信號(hào)接收電路(5)接收所述用戶的心率頻率點(diǎn)位置；
[0011]所述終端處理設(shè)備(6)存儲(chǔ)所述用戶的心率信息，對(duì)所述用戶的實(shí)時(shí)心率進(jìn)行測(cè)量；
[0012]優(yōu)選地，所述可穿戴式的心率測(cè)量設(shè)備（I)內(nèi)嵌光電容積脈搏波傳感器組（11)與三軸加速度計(jì)（12)，其中：
[0013]所述光電容積脈搏波傳感器組（11)由多個(gè)光電容積脈搏波傳感器組成，采集用戶的多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)；
[0014]所述三軸加速度計(jì)(12)采集用戶在同時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)；
[0015]優(yōu)選地，所述信號(hào)處理電路(2)包括下采樣模塊(21)、帶通濾波器(22)與A/D轉(zhuǎn)換器(23)，其中：
[0016]所述下采樣模塊(21)對(duì)所述多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行下采樣至采樣頻率為25Hz的操作，以達(dá)到減少計(jì)算量的目的；
[0017]所述帶通濾波器(22)對(duì)經(jīng)所述下采樣模塊(21)處理后的信號(hào)進(jìn)行濾波，以消除一定頻率范圍以外的運(yùn)動(dòng)噪聲及其它噪聲的干擾；
[0018]所述A/D轉(zhuǎn)換器(23)將經(jīng)所述帶通濾波器(22)處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值表示的離散信號(hào)；
[0019]優(yōu)選地，所述帶通濾波器(22)采用通帶為0.4Hz—4Hz的二階巴特沃斯濾波器；
[0020]優(yōu)選地，所述噪聲消除電路（3)包括譜減法處理模塊（31)和譜峰跟蹤處理模塊
(32)，其中：
[0021]所述譜減法處理模塊(31)根據(jù)多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)頻譜中運(yùn)動(dòng)噪聲的譜峰位置與運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)頻譜的譜峰位置相對(duì)齊的特點(diǎn)，利用運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)頻譜從多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)頻譜中減去運(yùn)動(dòng)噪聲，得到多個(gè)干凈的光電容積脈搏波信號(hào)頻譜；
[0022]所述譜峰跟蹤處理模塊（32)采用譜峰跟蹤機(jī)制對(duì)經(jīng)所述譜減法處理模塊（31)處理后的多個(gè)干凈的光電容積脈搏波信號(hào)頻譜中的心率頻率點(diǎn)位置進(jìn)行定位；
[0023]優(yōu)選地，所述信號(hào)發(fā)送電路(4)通過(guò)無(wú)線傳輸方式將所述用戶的心率頻率點(diǎn)位置發(fā)送給所述信號(hào)接收電路(5);
[0024]優(yōu)選地，所述終端處理設(shè)備(6)存儲(chǔ)所述用戶的心率信息，并進(jìn)行所述用戶實(shí)時(shí)心率的測(cè)量。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的實(shí)施例提供了一種能有效消除心率信號(hào)中強(qiáng)運(yùn)動(dòng)噪聲的適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)。本申請(qǐng)的實(shí)施例采用內(nèi)嵌光電容積脈搏波傳感器組和三軸加速度計(jì)的心率測(cè)量設(shè)備，通過(guò)帶有粘性布的皮質(zhì)或者布制O型圈連接器固定在用戶手腕處，并采集用戶在同時(shí)間段內(nèi)的多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào);上述信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路、噪聲消除電路處理后，能夠準(zhǔn)確定位用戶的心率頻率點(diǎn)位置;最后通過(guò)終端處理設(shè)備完成對(duì)用戶實(shí)時(shí)心率的測(cè)量。該系統(tǒng)能有效消除心率中強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)噪聲，解決經(jīng)譜減法后多個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)頻譜中出現(xiàn)的無(wú)峰、多峰以及目標(biāo)譜峰被跟丟情況，提高可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的心率測(cè)量值精度。
【附圖說(shuō)明】
[0026]附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制。
[0027]圖I為本申請(qǐng)實(shí)施例的一種適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)造示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對(duì)本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征在不相沖突前提下的相互結(jié)合，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0029]如圖I所示，本申請(qǐng)的實(shí)施例的適用于可穿戴式心率測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)噪聲消除系統(tǒng)，主要包括可穿戴式的心率測(cè)量設(shè)備1、信號(hào)處理電路2、噪聲消除電路3、信號(hào)發(fā)送電路4、信號(hào)接收電路5、終端處理設(shè)備6。
[0030]可穿戴式的心率測(cè)量設(shè)備I分別采集用戶在同時(shí)間段內(nèi)的兩個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)。
[0031]信號(hào)處理電路2與心率測(cè)量設(shè)備I相連，對(duì)心率測(cè)量設(shè)備I采集的兩個(gè)光電容積脈搏波信號(hào)及運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行下采樣、帶通濾波以及A/D轉(zhuǎn)換操作，并將處理后的信號(hào)傳輸給噪聲消除電路3。
[0032]噪聲消除電路3與信號(hào)處理電路2相連，對(duì)上述處理后得到的信號(hào)頻譜進(jìn)行去除運(yùn)動(dòng)噪聲和定位心率頻率點(diǎn)位置的處理。
[0033]信號(hào)發(fā)送電路4與噪聲消除電路3相連，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)确绞綄⒂脩舻男穆暑l率點(diǎn)位置發(fā)送給信號(hào)接收電路5。
[0034]信號(hào)接收電路5與信號(hào)發(fā)送電路4通過(guò)無(wú)線等方式相連，接收信號(hào)發(fā)送電路4通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送的用戶的心率頻率點(diǎn)位置;接收到用戶的心率頻率點(diǎn)位置后，將上述用戶的心率頻率點(diǎn)位置傳輸給終端處理設(shè)備6。
[0035]終端處理設(shè)備6與信號(hào)接收電路5相連，接收信號(hào)接收電路5傳輸?shù)挠脩舻男穆暑l率點(diǎn)位置，存儲(chǔ)用戶的心率信