一种智能指环的制作方法

本发明涉及智能穿戴设备领域，特别涉及一种智能指环。

背景技术：

现有阶段智能穿戴设备的用户体验，不尽如人意，以智能手环为例，多数功能主要停留在计步与睡眠监测上，而对于生理信号的检测，比如脉搏信号，根据红外脉搏的采集原理可以知道，当人体动脉血管流动的血流量发生变化时，会引起反射回来的光线强度的变化，这种变化是有规律的，当人体表皮处于测量位置时，血红蛋白对于660nm波长的光线有较高吸收率，而结合了氧的氧合血红蛋白在940nm波长的光线下有较高吸收率。

所以，可通过检测反射光的强度变化，而获取流经动脉的血流量的变化规律，由于动脉血流量的变化规律能够充分表示脉搏的变化规律，所以检测出的反射光的强度变化规律，相当于采集到脉搏信号。

但是，一方面由于手环佩戴在手腕上，与身体还存在一点距离，贴身程度不够，无法准确地检测到生理信号的真实情况，另一方面，现有阶段的智能穿戴设备的系统设计，也会对生理信号的采集精度产生影响。另外，除了生理信号的问题，现有阶段的智能穿戴设备的体积，仍然会影响用户的生活举止。

因此，需要对现有阶段的智能穿戴设备改进，进一步地提升用户体验。

技术实现要素：

本发明的目的在于：解决现有智能穿戴设备，无法准确地检测到生理信号的真实情况，而且现有的系统设计，对生理信号的采集精度不高，以及体积偏大，影响用户的生活举止等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种智能指环，其具有指环壳体，其特征在于，所述指环壳体内设置有电池模块、嵌入式模块、通信模块、脉搏信号采集模块和运动信号采集模块；其中，

所述嵌入式模块通过与所述脉搏信号采集模块和所述运动信号采集模块连接，而分别获取脉搏信号和运动信号，并将所述脉搏信号与所述运动信号分别转换成相应的脉搏数据与运动数据；所述嵌入式模块通过与所述通信模块连接，而发送所述脉搏数据和所述运动数据至外部设备或者接收外部设备所发送的数据；

并且，所述电池模块对所述脉搏信号采集模块的供电，与其对所述嵌入式模块、所述通信模块和所述运动信号采集模块的供电相隔离，使所述脉搏信号采集模块所采集的脉搏信号避免工频干扰。

根据一种具体的实施方式，所述脉搏信号采集模块包括，

光源控制器，用于驱动和控制光源发光；

光源，用于在所述光源控制器的驱动和控制下，发出相应波长的光；

光电转换器，用于根据其接收到反射的光束，输出相应的电信号；

滤波电路，用于对所述光电转换器输出的电信号进行滤波；

放大电路，用于对所述滤波电路输出的电信号进行放大，并将放大后的电信号输出至所述嵌入式模块。

根据一种具体的实施方式，所述电池模块包括第一电池单元、第二电池单元和充电接口，并且，所述指环壳体上设置有与所述充电接口大小相适应的开孔，所述第一电池单元用于为所述嵌入式模块、所述通信模块和所述运动信号采集模块供电，所述第二电池单元用于为所述脉搏信号采集模块供电。

根据一种具体的实施方式，所述指环壳体的内侧壁上设有孔隙或者透明区域，用于通过所述光源发出的光束和经手指反射的光束。

根据一种具体的实施方式，所述运动信号采集模块包括三轴加速度传感器和定位芯片，其中，所述三轴加速度传感器将其获取的加速度数据输出至所述嵌入式模块，所述定位芯片将其获取的定位数据输出至所述嵌入式模块。

根据一种具体的实施方式，所述嵌入式模块配置为单线程，并逐一地完成与脉搏信号采集模块、运动信号采集模块、所述通信模块和所述电池模块相关联的任务。

根据一种具体的实施方式，所述嵌入式模块包括，

时钟单元，用于产生时钟信号；

运算处理单元，用于被配置为单线程，并每经过一个由若干个所述时钟信号确定的处理周期，完成一项与所述脉搏信号采集模块、所述运动信号采集模块、所述通信模块和所述电池模块相关的任务；

A/D转换单元，用于将所述脉搏信号和所述运动信号转换为相应的脉搏数据和运动数据；

存储单元，用于保存所述运算处理单元的配置数据，以及在所述通信模块与外部设备不连接的状态下，保存A/D转换单元转换的数据。

根据一种具体的实施方式，所述运算处理单元还用于在所述通信模块与外部设备不连接的状态下，控制所述通信模块间歇开启，并使所述通信模块在开启时扫描附近可连接的设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过嵌入式模块，直接将脉搏信号采集模块和运动信号采集模块分别采集的脉搏信号和运动信号，转换为相应的脉搏数据和运动数据，并通过通信模块发送至外部设备，简化了硬件设计复杂度，而且将各个电路模块集中在指环壳体内，不仅使信号采集模块更贴近人体，还使体积大幅减小，减少对用户生活举止的影响。

同时，由电池模块对脉搏信号采集模块的供电，并与对嵌入式模块、通信模块和运动信号采集模块的供电相隔离，使脉搏信号采集模块所采集的脉搏信号避免工频干扰，提高脉搏信号的采集精度。

附图说明：

图1是本发明智能指环的结构示意图；

图2是本发明智能指环的电路结构示意图；

图3是本发明智能指环的电路结构的一种实施例示意图；

图4是本发明智能指环的指环壳体的结构示意图；

图5是本发明智能指环的电路结构的另一种实施例示意图。

1-指环壳体，2-指环壳体内侧壁上的孔隙或透明区域。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

结合图1和图2分别所示的本发明智能指环的结构示意图与电路结构示意图；其中，本发明智能指环具有指环壳体1，在图1中指环壳体1为平铺展开状。在指环壳体1内设置有电池模块、嵌入式模块、通信模块、脉搏信号采集模块和运动信号采集模块。

其中，嵌入式模块通过分别与脉搏信号采集模块和运动信号采集模块连接，而获取脉搏信号采集模块所采集的脉搏信号和运动信号采集模块所采集的运动信号。嵌入式模块获取到脉搏信号和运动信号后，将该脉搏信号转换成相应的脉搏数据，以及将该运动信号转换成相应的运动数据。嵌入式模块通过与通信模块连接，一方面通过通信模块，将脉搏数据和运动数据发送至外部设备。另一方面通过通信模块，接收外部设备发送的数据。

并且，电池模块对脉搏信号采集模块的供电，与其对嵌入式模块、通信模块和运动信号采集模块的供电相隔离，使脉搏信号采集模块所采集的脉搏信号避免工频干扰。

由于生理信号的特点是信号特别弱，往往都是微伏或者毫伏级别的，手环上的脉搏心率传感器来说，往往会受到运动干扰，环境光干扰，电磁干扰和工频干扰等。其中来自电源的工频干扰是最主要的，也往往是让人忽略掉的干扰源。此外，开发系统中的LED点阵、LED数码管和继电器等需要大电流的器件，这些器件由于开闭时会瞬间引起电源变化，到时产生强的干扰进入传感器电源，造成对采集的生理信号的干扰。因此，本发明采用将对脉搏信号采集模块的供电，与系统中其它各个模块的供电相隔离，避免其他模块的工作对脉搏信号采集模块所采集的脉搏信号的干扰，从而提高生理信号的采集精度。

结合图3所示的本发明智能指环的电路结构的一种实施例示意图；其中，电池模块包括第一电池单元、第二电池单元和充电接口。

并且，指环壳体上设置有与充电接口大小相适应的开孔，第一电池单元和第二电池单元通过充电接口与外部电源连接而进行充电。第一电池单元分别为嵌入式模块、通信模块和运动信号采集模块供电。第二电池单元单独为脉搏信号采集模块供电。此外，嵌入式模块还分别对第一电池单元和第二电池单元的工作状态进行监测。

在实施时，指环壳体上设置的与充电接口大小相适应的开孔，该开孔设置在指环壳体的两端面的任意一面，并且该开孔出配置一个孔塞，起到防水防尘的作用。

并且，本发明中的脉搏信号采集模块包括光源控制器、光源、光电转换器、滤波电路和放大电路。其中，电池模块的第二电池单元分别与光源控制器、光源和光电转换器连接。光源控制器驱动和控制光源，发出相应波长的光，而光电转换器根据其接收到的反射的光，输出相应的电信号至滤波电路，滤波电路对光电转换器输出的电信号进行滤波，减少噪声的影响。放大电路则对滤波电路输出的电信号进行放大，并将放大后的电信号输出至嵌入式模块的A/D转换单元。

具体的，光源控制器有方波发生器和逻辑电路组成，通过控制方波脉冲发生器的输出频率，使光源(贴片RGB LED)分别产生波长为660nm和940nm的两种红外线光束，当光源朝着手指发出的光束，由于光束经过血管反射的光，会根据血管中血液的流动而变化，再通过光电转换器来接收反射的光束，并输出相应的电信号，而光电转换器所输出的电信号反映了血管中血液流动的变化规律，用于表征脉搏。

在实施时，方波发生器用来产生占空比为1/4频率572HZ的信号A，信号A经过1/2分频之后产生出信号C，由信号C经过与门产生出信号D，信号C与信号A经过与门产生信号E，并由信号D来驱动LED1，信号E来驱动LED2来发出红外光线。同时，A和C信号一起作为660nm单独发光的控制信号，A的反信号和C的反信号一起作为940nm单独发光的控制信号。

而且，为了消除背景噪声造成的暗红信号。由信号A接在运放的同相端构成检波电路，当信号A为低电平时，等同于同相缓冲器，输入＝输出；而当信号A为高电平时，运放工作在反向放大状态，增益为-1，输入＝-输出。经过检波电路的+/一切换后，代表噪声的暗红光线转变为负信号，而检测到的有用信号为正信号，再经过差分电路，从而滤除混合信号中的暗红信号。

另外，由于发光二极管正偏压降为1-2v之间，工作电流大概为5－10mA，而系统的电源电池为CR2032纽扣电池，电压为3V，若未经过限流，会烧坏LED，因此需对封装为0603的贴片RGB LED添加300Ω的限流电阻，起到分压和LED保护作用。

结合图4所示的本发明智能指环的指环壳体的结构示意图；其中，指环壳体1的内侧壁上设有孔隙2或者透明区域2，从而通过孔隙2或者透明区域2，使光源发出的光束射入手指，以及使光电变换器接收经手指反射的光束。

在实施时，为避免手指皮肤的汗液进入指环壳体内部，通常设置透明区域，使指环壳体保持密封的状态。该透明区域可以采用透光率光的材质制成，并且该透明区域与指环壳体内侧壁的表面共同构成光滑的平面。

在本发明中，运动信号采集模块包括三轴加速度传感器和定位芯片，其中，三轴加速度传感器将其获取的加速度数据输出至嵌入式模块，定位芯片将其获取的定位数据输出至嵌入式模块。

本发明中，嵌入式模块配置为单线程，并逐一地完成与脉搏信号采集模块、运动信号采集模块、通信模块和电池模块相关联的任务。

结合图5所示的本发明智能指环的电路结构的另一种实施例示意图；其中嵌入式模块包括时钟单元、运算处理单元、A/D转换单元和存储单元。

其中，时钟单元为晶振电路，产生一定频率的信号，即时钟信号，通过时钟信号来确定运算处理单元的处理周期，一个处理周期中包括一定数量的时钟信号，即T＝Nt，t为时钟信号的周期，T为处理周期。

同时，运算处理单元被配置为单线程，那么，运算处理单元每经过一个处理周期，则完成一项与脉搏信号采集模块、运动信号采集模块、通信模块和电池模块相关联的任务。具体的，运算处理单元处理的任务包括：脉搏信号的采集与数据转换、运动信号的采集与数据转换、脉搏数据与运动数据的发送、外部设备发送数据的接收、电池模块工作状态信息的采集、通信状态信息的采集。

A/D转换单元的作用是将脉搏信号和运动信号转换为相应的脉搏数据和运动数据。而存储单元，一方面在通信模块与外部设备不连接的状态下，保存A/D转换单元的转换而成的数据，另一方面，保存运算处理单元的配置数据。

具体的，每次与外部设备通信连接后，运算处理单元完成时间同步，并通过检测时钟单元的信号进行计时，运算处理单元每获取一个脉搏信号或者运动信号，同时记录获取的时间，并在不与外部设备通信连接的状态下，将脉搏信号或运动信号的获取时间与其转换后的脉搏数据或运动数据关联地保存在存储单元中。

具体的，运算处理单元还用于在通信模块与外部设备不连接的状态下，控制通信模块间歇开启，并使该通信模块在开启时扫描附近可连接的设备。

本发明中，嵌入式模块采用单片机实现相关功能，通信模块采用蓝牙模块，完成与外部设备的数据交互。首先运用单片机的A/D转换，完成对脉搏信号和运动信号的数据转换，并且在触发到蓝牙主设备连接的事件后，自动将实时获取设备的运动数据和脉搏数据，根据蓝牙广播的间隔要求进行数据的发送。在触发到蓝牙主设备向本设备发送消息的事件后，主要功能是对三轴加速度传感器的工作模式进行调整。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。