一种心率检测方法、装置及可穿戴设备与流程

本申请涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种心率检测方法、装置及可穿戴设备。

背景技术：

目前，利用可穿戴设备(如手环、手表等设备)测量心率越来越普遍，采用的测量技术通常是光电测量方法，即可穿戴设备在佩戴状态下，通过控制与人体皮肤接触的发光元件发出光打在皮肤上，并检测从皮肤反射/透射回来的光信号，进而依据检测到的光信号进行心率测量。

然而，当可穿戴设备开启心率测量功能期间，需要传感器一直处于发光状态，测量功耗很高。并且在测量过程中还会受到肤色、环境光的干扰。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种心率检测方法、装置及可穿戴设备，以解决目前采用的光电测量技术存在测量功耗高的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种心率测量方法，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备设有电容检测芯片和用于与佩戴者皮肤接触的第一导电片和第二导电片，所述第一导电片和所述第二导电片分别作为电容的两个电极，佩戴者皮肤作为所述电容的电介质，所述方法包括：

获取所述电容检测芯片采集的所述电容的第一电容变化量；

依据所述第一电容变化量获得所述佩戴者的目标心率。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种心率测量装置，所述装置应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备设有电容检测芯片和用于与佩戴者皮肤接触的第一导电片和第二导电片，所述第一导电片和所述第二导电片分别作为电容的两个电极，佩戴者皮肤作为所述电容的电介质，所述装置包括：

电容获取模块，用于获取所述电容检测芯片采集的所述电容的第一电容变化量；

心率获得模块，用于依据所述第一电容变化量获得所述佩戴者的目标心率。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种可穿戴设备，所述设备包括主控芯片、用于与佩戴者皮肤接触的第一导电片和第二导电片；

所述第一导电片和所述第二导电片分别作为电容的两个电极，佩戴者皮肤作为所述电容的电介质；

所述电容检测芯片分别与所述第一导电片、所述第二导电片以及所述主控芯片连接。

应用本申请实施例，通过设置用于与佩戴者皮肤接触的两个导电片作为电容的两个电极，并将人体皮肤作为电容的电介质，并通过增加电容检测芯片采集电容的第一电容变化量，进而再依据第一电容变化量获得佩戴者的目标心率。

基于上述描述可知，在进行心率测量过程中，由于电容检测芯片采集电容变化量的功耗相较于光电检测方式，不需要发光元件持续发光，功耗会小很多。并且由于电容测量方式不会受到皮肤和环境光的影响，因此心率测量准确度高。

附图说明

图1a为本申请根据一示例性实施例示出的一种可穿戴设备的结构示意图；

图1b为本申请根据图1a所示实施例示出的导电片与导光膜的俯视结构示意图；

图2a为本申请根据一示例性实施例示出的一种心率测量方法的实施例流程图；

图2b为本申请根据图2a所示实施例示出的一种低频扫描信号示意图；

图2c为本申请根据图2a所示实施例示出的一种高频扫描信号示意图；

图2d为本申请根据图2a所示实施例示出的一种电容检测芯片采集的连续电容变化值波形图；

图2e为本申请根据图2a所示实施例示出的一种归一化处理后的电容变化波形图；

图3为本申请根据一示例性实施例示出的一种心率测量装置的实施例结构图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为解决目前采用的光电测量心率功耗高，且易受到肤色和环境光干扰的问题，为此本申请提出的一种可穿戴设备，如图1a所示的可穿戴设备的结构，包括主控芯片10(也可称为处理器)、电容检测芯片40和用于与佩戴者皮肤接触的第一导电片501和第二导电片502，第一导电片501和第二导电片502分别作为电容50的两个电极，佩戴者皮肤作为电容50的电介质：

其中，电容检测芯片40，用于采集电容50的第一电容变化量，并发送至主控芯片10；

主控芯片10，用于依据所述第一电容变化量获得佩戴者的目标心率。

其中，主控芯片10与电容检测芯片40电连接，电容检测芯片40还分别与第一导电片501和第二导电片502电连接。

示例性的，可以将第二导电片502作为电容50的正极，第一导电片501与地信号电连接，作为电容50的负极，地信号可以是由用于承载所有电路的电路板60的地端提供。

示例性的，由于主控芯片10与电容检测芯片40之间是用于进行信号传输的，需要多线进行连接，因此可以采用软板连接方式。由于电容检测芯片40与第一导电片501和第二导电片502之间是用于采集电容值，用单线连接即可，因此可以采用弹片连接方式。

基于上述描述可知，通过设置用于与佩戴者皮肤接触的两个导电片作为电容的两个电极，并将人体皮肤作为电容的电介质。在进行心率测量过程中，由于电容检测芯片采集电容变化量的功耗相较于光电检测方式，不需要发光元件持续发光，功耗会小很多。并且由于电容测量方式不会受到皮肤和环境光的影响，因此心率测量准确度高。

在一实施例中，再如上述图1a所示，可穿戴设备还设有光电检测芯片20和发光元件30，主控芯片10与光电检测芯片20电连接，发光元件30与光电检测芯片20电连接。

基于此，主控芯片10在获取电容检测芯片40采集的电容的第一电容变化量之后，可以通过判断第一电容变化量是否满足预设条件，若满足，则依据第一电容变化量获得佩戴者的目标心率；若不满足，则控制发光元件30发光，并获取光电检测芯片40采集的光变化量，并依据所述光变化量获得佩戴者的目标心率。

示例性的，由于主控芯片10与光电检测芯片20之间是用于进行信号传输的，需要多线进行连接，因此也可以采用软板连接方式。而光电检测芯片20与发光元件30之间是用于控制发光的，采用单线连接即可，因此可以采用弹片连接方式。

本领域技术人员可以理解的是，也可以通过直接将主控芯片10与发光元件30连接，以实现对发光元件30进行发光控制。

在本实施例中，在进行心率测量过程中，在电容检测模式不满足测量条件时，再切换到光电检测模式测量心率，通过两种方式的配合，可以提高测量准确率以及对测量环境的互补。

在一实施例中，再如图1a所示，在第一导电片501和第二导电片502之间设置有用于聚光和导光的导光膜70，可将第一导电片501和第二导电片502隔离开。

如图1b所示，为导电片和导光膜的俯视结构图，导光膜70位于第一导电片501和第二导电片502之间，可以将发光元件的光透射到佩戴者皮肤上用于心率测量，而且第一导电片501和第二导电片502也可以与佩戴者皮肤接触到，在心跳过程中，致使电容检测芯片40检测到的电容变化量。

上述图1b仅为示例性说明，并非限定导光膜70与第一导电片501和第二导电片502的位置关系，导光膜70的位置还可以根据需要偏上、偏下或者上下对称设置等。

在一实施例中，图1a中的可穿戴设备还可以包括触控屏80，触控屏80与主控芯片10连接，用于接收主控芯片10发送的控制显示指令。

示例性的，主控芯片10可以通过无线(如蓝牙、wifi等)方式或有线方式对触控屏80进行控制。

在一可选实现方式中，用户可以通过触控屏80，根据需要选择先开启光电检测模式还是电容检测模式，即主控芯片10在接收到电容检测模式的启用指令时，采用电容检测方式测量心率，在接收到光电检测模式的启用指令时，采用光电检测方式测量心率。

在另一可选实现方式中，主控芯片10还可以与佩戴者所使用的移动终端通过无线方式或有线方式进行交互，移动终端上安装有可穿戴设备的app，从而用户可以通过该app，根据需要选择先开启光电检测模式还是电容检测模式。

下面以具体实施例对本申请提出的心率测量方法进行详细进行阐述。

图2a为本申请根据一示例性实施例示出的一种心率测量方法的实施例流程图，所述心率测量方法可以应用于上述图1a所示的可穿戴设备上，如图2a所示，所述心率测量方法包括如下步骤：

步骤201：获取电容检测芯片采集的电容的第一电容变化量。

在一实施例中，可以通过控制电容检测芯片以第一扫描模式采集电容的第二电容变化量，在接收到电容检测芯片发送的佩戴通知时，控制电容检测芯片以第二扫描模式采集电容的第一电容变化量，所述佩戴通知是电容检测芯片在检测到第二电容变化量超过电容变化阈值时生成的，并接收电容检测芯片采集的第一电容变化量。其中，第一扫描模式的扫描频率低于第二扫描模式的扫描频率。

其中，如上述图1a所示，由于第一导电片501、第二导电片502以及人体三者组成了一个电容，第一导电片501作为电容的负极，第二导电片502作为电容的正极，人体相当于电容的电介质。正极上的电荷会不断的往电容充电。当佩戴时，人体与第一导电片501和第二导电片502接触，由于人体在心率跳动或呼吸时，皮肤表面的导电率会有相应的变化，引起电容充放电时间的变化，进而电容检测芯片可以检测到电容变化量。

基于上述描述，为了降低电容检测芯片的电容检测功耗，初始时，电容检测芯片以低频扫描模式采集第二电容变化量，当检测到的第二电容变化量超过阈值时，表示可穿戴设备处于佩戴状态，为了更精确的抓取电容变化量，电容检测芯片再以高频扫描模式采集第一电容变化量，以用于进行心率测量。由此可知，通过低频扫描和高频扫描的结合可以进一步降低设备心率测量的功耗。

其中，电容检测芯片以低频模式实时采集第二电容变化量的过程也是可穿戴设备佩戴状态的检测，当检测到第二电容变化量超过电容变化阈值时，表示可穿戴设备处于佩戴状态。

在一个例子中，针对电容检测芯片的扫描模式切换过程：初始时，主控芯片控制电容检测芯片以低频扫描模式(即第一扫描模式，扫描频率可以根据实际需求设置)采集电容的第二电容变化量，如图2b所示，为电容检测芯片向电容以低频扫描模式发送的扫描检测信号，扫描频率为6.25hz；当电容检测芯片检测到以低频扫描模式采集的第二电容变化量超过电容变化阈值时，表示可穿戴设备处于佩戴状态，生成佩戴通知并发送至主控芯片，主控芯片为了更精确的抓取电容变化量，基于接收到的佩戴通知控制电容检测芯片以高频扫描模式(即第二扫描模式，扫描频率也可以根据实际需求设置，但大于第一扫描模式的扫描频率)采集电容的第一电容变化量，如图2c所示，为电容检测芯片向电容以高频扫描模式发送的扫描检测信号，扫描频率为120.5hz。

在一实施例中，可穿戴设备在获取到电容检测芯片采集的第一电容变化量之后，为了便于测量心率，可以对第一电容变化量进行归一化处理，以将电容变化量统一至某一范围。

示例性的，归一化处理方式可以采用傅里叶变换和滤波处理方式。

在一示例性场景中，如图2d所示，为电容检测芯片在一段时间范围内以第二扫描模式采集的电容连续变化值，由多个第一电容变化量组成，在对图2d所示的电容连续变化值进行归一化处理后，得到如图2e所示的波形图，人体的一个心跳周期即为两个相邻波峰之间的时间差。

由上述图2d可以看出，人体每心跳一次对应一个小的波峰。

步骤202：依据所述第一电容变化量获得佩戴者的目标心率。

在一实施例中，在进行心率测量过程中，可穿戴设备需要根据一定时间段的电容连续变化量进行测量，因此步骤201获取的第一电容变化量为包含预设时长范围的多个子第一电容变化量。

基于此，可以通过将所述预设时长范围划分成多个时间段，针对每个时间段，依据该时间段包含的子第一电容变化量获得佩戴者的心率，然后再依据各个时间段对应获得的心率确定佩戴者的目标心率。

在一实施例中，针对依据各个时间段对应获得的心率确定佩戴者的目标心率的过程，可以从各个时间段对应获得的心率中选择重复次数最多的心率作为佩戴者的目标心率，或者也可以选择各个时间段对应获得的心率的均值或最大值或最小值或中值作为目标心率。

在一实施例中，针对依据某一时间段对应的第一电容变化量获得心率的过程，由上述图2d所示的电容变化波形示意图可知，每相邻两个波峰之间的时间差即为一次心跳周期，依据该心跳周期便可得到心率(即心跳周期的倒数为心率，该心跳周期单位为分钟)。基于此，针对该时间段对应的第一电容变化量的波形中每相邻两个波峰，可以依据该相邻两个波峰之间的时间差确定一个心率，然后依据每相邻两个波峰对应获得的心率确定该时间段对应的心率。

其中，依据每相邻两个波峰对应获得的心率确定该时间段对应的心率的原理与上述所述的依据各个时间段对应获得的心率确定佩戴者的目标心率的原理相同，如选择重复次数最多的心率、选择心率的均值、最大值、最小值或中值等。

示例性的，假设划分的某一时间段内包含了5个波峰，由每相邻两个波峰可确定一个心率，可知5个波峰，可以获得4个心率，从而可依据这4个心率获得该时间段对应的心率。

在另一实施例中，为了确保心率测量准确度，在执行步骤202之前，可以判断所述第一电容变化量是否满足预设条件，若满足，再执行步骤202，若不满足，则切换光电测量模式进行心率测量，即控制发光元件发光，并获取光电检测芯片采集的光变化量，并依据所述光变化量获得佩戴者的目标心率。

在一可选实现方式中，基于上述依据第一电容变化量获得佩戴者的目标心率的描述，针对判断所述第一电容变化量是否满足预设条件的过程，可以获取每两个相邻时间段对应获得的心率之间的差值，若各个差值均位于预设范围，则确定第一电容变化量满足预设条件，否则，确定第一电容变化量不满足预设条件。

其中，基于人体心率在短时间内不会变动很大的原理，通过将相邻时间段对应的心率之间的差值与预设范围比较，可以实现判定获取的第一电容变化量是否满足心率测量条件。

需要说明的是，在进行心率测量过程中，由于电容测量模式是将人体皮肤作为电容的电介质进行的心率测量，而人体皮肤的汗液会影响采集的电容变化量，因此汗液是影响电容测量心率准确度的主要因素，而汗液通常是人体运动的结果。由此可见，如果第一电容变化量满足预设条件，表征人体当前处于静止状态，皮肤没有汗液，采集的第一电容变化量符合心率测量条件；如果第一电容变化量不满足预设条件，表征人体当前处于运动状态，皮肤有汗液，采集的第一电容变化量不符合心率测量条件，因此可以切换到光电测量模式进行心率测量。

由此可见，在电容无法测量时，采用光电测量方式，光电测量不受因运动致使皮肤出汗的影响，电容测量方式与光电测量方式的综合运用，节省了功率消耗，增加了心率测量的准确度，同时还拓展了测量环境。

在一实施例中，在进行心率测量过程中，可穿戴设备需要根据一定时间段的光变化量进行测量，因此上述获取的光变化量为包含预设时长范围的多个子光变化量。

基于此，依据光变化量获得佩戴者的目标心率的过程，可以与上述依据第一电容变化量获得目标心率的原理类似，即通过将预设时长范围划分成多个时间段，针对每个时间段，依据该时间段包含的子光变化量获得所述佩戴者的心率，然后获取每两个相邻时间段对应获得的心率之间的差值，若获取的各个差值均位于预设范围内，则依据各个时间段对应获得的心率确定佩戴者的目标心率，否则，返回执行步骤201的过程。

其中，对于采用光电测量模式中，依据各个时间段对应获得的心率确定佩戴者的目标心率的原理，可以与上述电容测量模式中确定目标心率的原理相同。当然，基于光电技术检测心率的算法在本领域已有成熟技术，亦可采用相关技术，如惯用的ppg(photoplethysmography，光电容积脉搏波)测心率的技术。

在本申请实施例中，通过设置用于与佩戴者皮肤接触的两个导电片作为电容的两个电极，并将人体皮肤作为电容的电介质，并通过增加电容检测芯片采集电容的第一电容变化量，进而再依据第一电容变化量获得佩戴者的目标心率。

基于上述描述可知，在进行心率测量过程中，由于电容检测芯片采集电容变化量的功耗相较于光电检测方式，不需要发光元件持续发光，功耗会小很多。并且由于电容测量方式不会受到皮肤和环境光的影响，因此心率测量准确度高。

图3为本申请根据一示例性实施例示出的一种心率测量装置的实施例结构图，所述心率测量装置可以应用于上述图1a所示的可穿戴设备上，如图3所示，所述心率测量装置包括：

电容获取模块310，用于获取所述电容检测芯片采集的所述电容的第一电容变化量；

心率获得模块320，用于依据所述第一电容变化量获得所述佩戴者的目标心率。

在一可选实现方式中，所述可穿戴设备还设有光电检测芯片和发光元件，所述装置还包括(图3中未示出)：

条件判断模块，用于在所述电容获取模块310获取所述电容检测芯片采集的所述导电片的第一电容变化量之后，判断所述第一电容变化量是否满足预设条件；若满足，则执行所述心率获得模块的过程；

光电测量模块，在判断不满足时，控制所述发光元件发光，并获取所述光电检测芯片采集的光变化量，并依据所述光变化量获得所述佩戴者的目标心率。

在一可选实现方式中，所述第一电容变化量包含预设时长范围的多个子第一电容变化量；所述条件判断模块，包括(图3中未示出)：

划分子模块，用于在判断所述第一电容变化量是否满足预设条件过程中，将所述预设时长范围划分成多个时间段；

获取差值子模块，用于针对每个时间段，依据该时间段包含的子第一电容变化量获得所述佩戴者的心率，并获取每两个相邻时间段对应获得的心率之间的差值；

条件判断子模块，用于若获取的各个差值均位于预设范围内，则确定所述第一电容变化量满足预设条件；否则，确定所述第一电容变化量不满足预设条件。

在一可选实现方式中，所述心率获得模块320，具体用于依据各个时间段对应获得的心率确定所述佩戴者的目标心率。

在一可选实现方式中，所述电容获取模块310，包括(图3中未示出)：

第一控制子模块，用于控制所述电容检测芯片以第一扫描模式采集所述电容的第二电容变化量；

第二控制子模块，用于在接收到所述电容检测芯片发送的佩戴通知时，控制所述电容检测芯片以第二扫描模式采集所述电容的第一电容变化量；所述佩戴通知是所述电容检测芯片在检测到所述第二电容变化量超过电容变化阈值时生成的；

接收子模块，用于接收所述电容检测芯片采集的第一电容变化量；其中，所述第一扫描模式的扫描频率低于所述第二扫描模式的扫描频率。

在一可选实现方式中，所述光变化量包含预设时长范围的多个子光变化量；

所述光电测量模块，具体用于在依据所述光变化量获得所述佩戴者的目标心率过程中，将所述预设时长范围划分成多个时间段；针对每个时间段，依据该时间段包含的子光变化量获得所述佩戴者的心率；获取每两个相邻时间段对应获得的心率之间的差值；若获取的各个差值均位于预设范围内，则依据各个时间段对应获得的心率确定所述佩戴者的目标心率；否则，返回执行所述电容获取模块310的过程。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。