本發(fā)明屬于生理信號(hào)測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有心率測(cè)量功能的功能按鍵及相關(guān)的電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著集成電路和傳感器技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)備越來越小型化，且功能愈加豐富。例如近年來興起的穿戴式設(shè)備，如手環(huán)、智能手表等，可以在小小的體積里面實(shí)現(xiàn)諸如計(jì)步、心率測(cè)量等功能；越來越多的手機(jī)也集成了指紋識(shí)別、心率測(cè)量等功能。

在便攜式設(shè)備上，當(dāng)前主流的心率測(cè)量方案是采用光電容積脈搏波描記法來實(shí)現(xiàn)，通過綠色發(fā)光二極管照射人體血管、然后通過光電二極管接受反射或者投射的綠光，然后通過信號(hào)處理電路后得到心率的信號(hào)。該方案的有點(diǎn)在于體積小、測(cè)量準(zhǔn)確度較高，因此被大量應(yīng)用在手環(huán)、智能手表，以及手機(jī)上；缺點(diǎn)是功耗大(驅(qū)動(dòng)發(fā)光管)，結(jié)構(gòu)上需要開孔(需要發(fā)射接受光)；測(cè)量上需要特別的操作，不能和原有的操作習(xí)慣兼容，例如手機(jī)上，需要用戶將手指按壓到特別的透光窗口上完成測(cè)量；而且光電心率測(cè)量方案的功耗高，成本高。

另一方面，傳統(tǒng)的方案中，還有用壓敏傳感器來實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量的方案，例如將壓敏電阻薄膜貼于手腕脈搏處，則脈搏通過使壓敏電阻發(fā)生形變從而改變電阻值；信號(hào)處理電路檢測(cè)壓敏電阻值得變化則可以提取出脈搏、心率信號(hào)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低，功耗也可以做低；缺點(diǎn)是不好集成在便攜式設(shè)備上。例如，想在手環(huán)上集成壓敏電阻傳感器實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量時(shí)，手環(huán)必須和手腕緊貼才能實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量，否則提取不到心率信號(hào)。

如專利申請(qǐng)201520419379.X公開了一種運(yùn)動(dòng)健康手表，包括表體以及表帶，在表體內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)、主控芯片和加速傳感器，在表帶內(nèi)設(shè)置有高敏感度的壓力傳感器，在所述表體中設(shè)置有可連接電腦傳輸數(shù)據(jù)和進(jìn)行充電USB接口。本發(fā)明在表帶內(nèi)設(shè)置有高敏感度的壓力傳感器，在感應(yīng)脈搏跳動(dòng)壓力后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(如電壓)，然后傳入電路，電路由壓力采樣壓力調(diào)理放大器、比較器、轉(zhuǎn)換器、控制電路和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，比較處理后連接到單片機(jī)，以單片機(jī)為核心進(jìn)行心率計(jì)數(shù)，并發(fā)送主控芯片處理。該專利申請(qǐng)雖然那個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)心率的測(cè)量，但是不容易集成在便攜式設(shè)備上，而且在實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量時(shí)，壓力傳感器必須和手腕緊貼才能實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量，否則提取不到心率信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，因此本發(fā)明的首要目地是提供一種具有心率檢測(cè)功能的按鍵裝置及電子設(shè)備，該按鍵裝置及電子設(shè)備可以有效地將心率測(cè)量功能整合到便攜式電子設(shè)備的按鍵中，實(shí)現(xiàn)兼容電子設(shè)備原有結(jié)構(gòu)和用戶操作習(xí)慣的心率測(cè)量，同時(shí)降低整體成本和功耗。

本發(fā)明的另一個(gè)目地在于提供一種具有心率檢測(cè)功能的按鍵裝置及電子設(shè)備，該按鍵裝置實(shí)現(xiàn)簡便，成本低廉，可廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種具有心率檢測(cè)功能的按鍵裝置，包括有：

蓋板，其外表面作為按鍵的正面，提供給用戶按壓表面；

框架，設(shè)置于所述蓋板的周邊或邊緣，用于將所述按鍵固定在電子設(shè)備上，并使蓋板具有一定的形變空間；

壓力傳感器，固定于蓋板表面，用于感受用戶按壓導(dǎo)致的蓋板形變；

信號(hào)處理單元，用于處理壓力傳感器信號(hào)，所述壓力傳感器連接信號(hào)處理單元。

所述信號(hào)處理單元，包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、壓力等級(jí)識(shí)別單元，和心率檢測(cè)單元；壓力傳感器的輸出接模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元將壓力傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入處理器MCU；MCU包括兩個(gè)處理單元，分別為壓力等級(jí)識(shí)別單元和心率監(jiān)測(cè)單元。

優(yōu)選地，所述框架為一環(huán)狀支撐架，所述蓋板嵌設(shè)于所述框架中，框架一方面可以撐托蓋板，使蓋板下部在電子設(shè)備整機(jī)中具有彈性形變空間，另一方面框架可以與電子設(shè)備結(jié)合固定。

優(yōu)選地，所述框架為一環(huán)形閉合的金屬支撐架，以更好地支撐蓋板。

優(yōu)選地，壓力傳感器為薄膜式的壓敏電阻元件，通過印刷或者光刻在基板上，然后通過膠粘貼合在蓋板外表面相對(duì)的內(nèi)表面；所述基板一般為柔性電路板(FPC)。

或者，壓力傳感器為薄膜式的壓敏電阻元件，通過印刷或者光刻在蓋板的內(nèi)表面和/或外表面上；壓敏電阻元件印刷或光刻在蓋板外表面上，在通過注塑使外表面平坦化。

本發(fā)明提供一種具有心率檢測(cè)功能按鍵的電子設(shè)備，包括：

外殼，用于對(duì)顯示屏提供保護(hù)和支撐；

顯示屏，安裝在外殼的正面，用于信息顯示；

主板，設(shè)置于外殼內(nèi)，用于信息處理；

上述的按鍵裝置，安裝在設(shè)備外殼上，可被使用者按壓。

優(yōu)選地，所述按鍵設(shè)置于外殼上，位于顯示屏的一側(cè)，或者是外殼的一側(cè)。

優(yōu)選地，所述的電子設(shè)備為手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端，所述具有心率檢測(cè)的功能的按鍵裝置構(gòu)成該電子設(shè)備的HOME鍵。

本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的具有心率檢測(cè)功能的按鍵裝置及電子設(shè)備，采用按鍵的形式測(cè)量心率，便于用戶使用，同時(shí)按鍵及心率測(cè)量復(fù)用，無需特殊設(shè)置，實(shí)現(xiàn)成本低。

本發(fā)明可以有效地將心率測(cè)量功能整合到便攜式電子設(shè)備的按鍵中，實(shí)現(xiàn)兼容電子設(shè)備原有結(jié)構(gòu)和用戶操作習(xí)慣的心率測(cè)量，同時(shí)降低整體成本和功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一種實(shí)施方式的按鍵裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中所示按鍵裝置A-A’的剖視圖。

圖3是本發(fā)明第二種實(shí)施方式的按鍵裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3中所示按鍵裝置A-A’的剖視圖。

圖5是本發(fā)明所實(shí)施的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖1所示實(shí)施方式中壓力傳感器的等效電路圖。

圖7是本發(fā)明所實(shí)施信號(hào)處理單元的電路圖。

圖8是本發(fā)明所實(shí)施心率監(jiān)測(cè)的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1、圖2所示為本發(fā)明第一種實(shí)施方式所實(shí)現(xiàn)的具有心率測(cè)量功能的按鍵裝置100，包括有框體101、蓋板102、壓力傳感器103(包括4個(gè)壓敏電阻1031～1034)和樹脂材料104。其中，框體101是中空的圓環(huán)體結(jié)構(gòu)，用于限定按鍵的空間和提供物理支撐作用；框體101上有支撐件1015，可以撐托蓋板102。

蓋板102實(shí)際上是用于提供按鍵的用戶按壓面的具有彈性形變的薄片，可以是金屬、塑料或玻璃材料，其放置在支撐件1015上，下部具有形變空間。

壓力傳感器103包括4個(gè)壓敏電阻，分別為1031～1034；壓敏電阻采用印刷的方法印刷在蓋板正背兩面(正面指用戶操作時(shí)接觸用戶手指一側(cè)，背面是指和正面相對(duì)的一面)；在印刷了壓敏電阻1033和1034后，正面可通過注塑工藝覆蓋一層樹脂材料104，使得蓋板正面平坦化。采用這種結(jié)構(gòu)可以使得壓力傳感器的靈敏度提高，從而實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量功能。

圖3、圖4為本發(fā)明另一種實(shí)施方式所示的具有心率測(cè)量功能的按鍵裝置200，其包括有框體201、蓋板202和壓力傳感器模組203?？蝮w201為中空的矩形體結(jié)構(gòu)，用于限定按鍵的空間和提供物理支撐作用；框體201上有支撐件2015，可以撐托蓋板202；蓋板202實(shí)際上是用于提供按鍵的用戶按壓面的具有彈性形變的薄片，可以是金屬、塑料或玻璃材料，其放置在支撐件2015上，下部具有形變空間。

和第一種實(shí)施方式的按鍵裝置100不同在于，在該實(shí)施方式中，壓力傳感器模組203貼合在蓋板202背面，從而簡化了裝配工藝。壓力傳感器模組203是由印刷在基板正背兩面的四個(gè)壓敏電阻組成，基板采用柔性的電路板材料(FPC)。

圖5所示，是應(yīng)用了具有心率監(jiān)測(cè)功能的按鍵裝置100的電子設(shè)備——手機(jī)300，手機(jī)300包括有外殼301、顯示屏302及按鍵100，顯示屏302安裝在手機(jī)正面，顯示屏302下方設(shè)置有按鍵100。按鍵100作為手機(jī)的HOME鍵，提供帶壓力感應(yīng)的按鍵功能，以及基于用戶手指測(cè)量心率的功能。

圖6是圖1所示實(shí)施方式中，壓力傳感器103的等效電路圖，包括四個(gè)壓敏電阻1031～1034，并且接成差分電橋方式，其中EPLUS為激勵(lì)電壓正端，EMINUS為激勵(lì)電壓負(fù)端；輸出信號(hào)為差分信號(hào)對(duì)S+和S-。

圖7所示為信號(hào)處理單元。壓力傳感器103的輸出S+和S-接模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)106；ADC 106將壓力傳感器103的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入處理器MCU 107；MCU 107包括兩個(gè)處理單元，分別為壓力等級(jí)識(shí)別單元，用于按鍵功能，以及心率監(jiān)測(cè)單元，用于心率測(cè)量功能。

圖8所示為心率監(jiān)測(cè)單元1072，依次包括四個(gè)單元，單元1072A功能是去基線；單元1072B功能是帶通濾波功能；單元1072C功能是心率信號(hào)波形的波峰波谷查找；單元1072D功能是對(duì)峰谷值進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而輸出心率值。

因此，本發(fā)明可以有效地將心率測(cè)量功能整合到便攜式電子設(shè)備的按鍵中，實(shí)現(xiàn)兼容電子設(shè)備原有結(jié)構(gòu)和用戶操作習(xí)慣的心率測(cè)量，同時(shí)降低整體成本和功耗。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。