本公开涉及电子医疗仪器技术领域，尤其涉及一种心率信号采集电路及设备。
背景技术：
心率是反应人体健康状况的一项重要指标，连续的心率监测可以有效的监测身体的健康状态进而有效的预防一些慢性心血管疾病。现有的测量方法主要是医生通过诊脉和听诊器通过人工计数方法进行统计。
传统的测量方法误差较大，测量效率较低，由于通过听诊器要贴近皮肤，对于老人和小孩带来诸多不便。另外随着人们对于自我健康状况的重视，迫切需要在任何时间，任何地点了解自身心率，因此现有测量方法显然无法满足该需求。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本申请要解决的技术问题是解决测量方法误差大、效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种信号采集电路，包括：红外发射电路和红外接收电路，其中，
所述红外发射电路包括：信号输入接口和发光二极管LED1，其中，所述信号输入接口与所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地，所述信号输入接口输入PWM信号，用于控制所述发光二极管LED1的发光；
所述红外接收电路包括：光感晶体管U3和带通滤波电路，其中，所述光感晶体管U3和第六电阻R6串联在预设参考电压VCC2和低电平之间，所述带通滤波电路的输入端连接在所述光感晶体管U3和第六电阻R6之间的连接线上，所述带通滤波电路的输出端与信号输出接口电连接，所述信号输出接口用于输出所述光感晶体管U3感应光所产生电信号的模拟信号。
可选地，所述带通滤波电路包括：第一级带通滤波子电路；
所述第一级带通滤波子电路包括：第七电阻R7、第四电容C4、第四比较器U4、第八电阻R8和第五电容C5，其中，
所述第七电阻R7的一端作为所述带通滤波电路的输入端，所述第七电阻R7的另一端通过第四电容C4与所述第四比较器U4的反向输入端电连接；
所述第八电阻R8和第五电容C5并联在所述第四比较器U4的输出端与反相输入端之间；
所述第四比较器U4的正向输入端接入预设参考电压VCC2；所述第四比较器U4的输出端与所述信号输出接口电连接。
可选地，所述带通滤波电路还包括：第二级带通滤波子电路，其中，
所述第一级带通滤波子电路包括：第九电阻R9、第七电容C7、第五比较器U5、第十电阻R10和第六电容C6，其中，
所述第九电阻R9的一端与所述第四比较器U4的输出端电连接，所述第九电阻R9的另一端通过第七电容C7与所述第五比较器U5的反向输入端电连接；
所述第十电阻R10和第六电容C6并联在所述第五比较器U5的输出端与反相输入端之间；
所述第五比较器U5的正向输入端接入预设参考电压VCC2；所述第五比较器U5的输出端与所述信号输出接口电连接。
可选地，所述带通滤波电路的上限频率为48Hz，所述带通滤波电路的下限频率为0.86Hz。
可选地，所述信号采集电路还包括：第二比较器U2；
所述第二比较器U2的反相输入端连接在所述光感晶体管U3和第六电阻R6之间的连接线上，所述第二比较器U2的正向输入端与输出端电连接；所述第二比较器U2的输出端与所述带通滤波电路的输入端电连接；
所述第二比较器U2的正向输入端与指示输出接口电连接，所述指示输出接口输出用于指示所述光感晶体管U3的工作状况的信号。
可选地，所述红外发射电路还包括：第一比较器U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、参考电压滤波电路和低通滤波电路，其中，
所述第一比较器U1的反向输入端通过第二电阻R2与所述信号输入接口电连接；
所述第一比较器U1的正向输入端通过所述参考电压滤波电路接入预设参考电压VCC2；
所述低通滤波电路串联在所述第一比较器U1的反相输入端和正向输入端之间；
所述第一比较器U1的输出端与第三电阻R3的一端电连接；所述第三电阻R3的另一端分别通过发光二极管LED1和第二电容C2接地，并且，所述发光二极管LED1的阳极与所述第三电阻R3电连接，阴极接地。
可选地，所述参考电压滤波电路包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3，其中，
所述第四电阻R4一端接入预设参考电压VCC2，另一端通过第五电阻R5接地；
所述第四电阻R4和第五电阻R5之间的连线与所述第一比较器U1的正向输入端电连接；
所述第三电容C3一端与所述第一比较器U1的正向输入端电连接，另一端接地。
可选地，所述低通滤波电路包括：第一电阻R1和第一电容C1，其中，
第一电阻R1和第一电容C1并联在第一比较器U1的反相输入端和输出端之间；
本申请实施例还提供了一种信号采集装置，PWM信号发生器、单片机和包括如上述任意一个实施例提供的信号采集电路，其中，
所述PWM信号发生器的输出端与所述信号输入接口电连接；
所述信号输出接口与所述单片机的第一模数转换接口电连接。
可选地，所述指示输出接口与所述单片机的第二模数转换接口电连接。
(三)有益效果
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该采集电路可以通过对输入到信号输入接口的PWM信号的占空比进行控制，可以控制红外发光二极管工作在饱和区域，发出稳定光强的红外光。另外，对于光敏晶体管感应光信号产生的电信号，还可以通过带通滤波电路对电信号进行带通滤波，通过这些预处理，可以快速、准确获取到携带有心率信息的光信号，以便于后续利用频谱进行分析。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种信号采集电路结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是本申请实施例提供的一种信号采集电路结构示意图。
如图1所示，该信号采集电路可以包括：红外发射电路100和红外接收电路200。
红外发射电路100可以包括：信号输入接口A和发光二极管LED1，其中，所述信号输入接口A与所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地，所述信号输入接口A输入PWM信号，用于控制所述发光二极管LED1的发光。
在实际应用时，信号输入接口A可以接入PWM信号发生器，通过控制PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号发生器，进而控制输入到红外发射电路100中的PWM信号的占空比。当信号输入接口A为高电平时候发光二极管LED1灭，当信号输入接口A为低电平时候发光二极管LED1亮，亮灭的频率以及强度取决于信号输入接口A的PWM信号的占空比。
在一个可选地的实施例中，如图1所示，所述红外发射电路100还可以包括：第一比较器U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、参考电压滤波电路10和低通滤波电路11，其中，
所述第一比较器U1的反向输入端通过第二电阻R2与所述信号输入接口电连接；所述第一比较器U1的正向输入端通过所述参考电压滤波电路10接入预设参考电压VCC2。
所述低通滤波电路11串联在所述第一比较器U1的反相输入端和正向输入端之间。如图1所示，低通滤波电路11包括：第一电阻R1和第一电容C1，其中，第一电阻R1和第一电容C1并联在第一比较器U1的反相输入端和输出端之间。第一电阻R1和第一电容C1组成了一阶低通滤波器，主要用来滤除输入的PWM信号中的高频噪声干扰。
所述第一比较器U1的输出端与第三电阻R3的一端电连接；所述第三电阻R3的另一端分别通过发光二极管LED1和第二电容C2接地，并且，所述发光二极管LED1的阳极与所述第三电阻R3电连接，阴极接地。
在本申请实施例中，如图1所示，参考电压滤波电路10包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3，其中，所述第四电阻R4一端接入预设参考电压VCC2，另一端通过第五电阻R5接地；所述第四电阻R4和第五电阻R5之间的连线与所述第一比较器U1的正向输入端电连接；所述第三电容C3一端与所述第一比较器U1的正向输入端电连接，另一端接地。通过参考电压滤波电路10可以将参考电压VCC2经过第四电阻R4/第五电阻R5分压后在经过第三电容C3进行滤波后输入到第一比较器U1的正向输入端。
如图1所示，所述红外接收电路200包括：光感晶体管U3、第六电阻R6和带通滤波电路20，其中，所述光感晶体管U3的位置与所述发光二极管LED1的位置相对应，用于感应发光二极管LED1照射出、且经过皮肤发射后的红外光，生成与光信号对应的模拟电信号。
所述光感晶体管U3和第六电阻R6串联在预设参考电压和低电平之间，所述带通滤波电路20的输入端连接在所述光感晶体管U3和第六电阻R6之间的连接线上，所述带通滤波电路20的输出端与信号输出接口C电连接，所述信号输出接口C用于输出所述光感晶体管U3感应光所产生电信号的模拟信号。在本申请实施例中，由于脉搏波的频谱蕴含丰富病理信息，特别是在5Hz～40Hz这个区间的频谱携带了大量与冠心病病变有关的信息，所以带通滤波电路的上限频率为48Hz，所述带通滤波电路的下限频率为0.86Hz。
在本申请一个可选的实施例中，如图1所示，所述带通滤波电路20可以包括：第一级带通滤波子电路21；
所述第一级带通滤波子电路21包括：第七电阻R7、第四电容C4、第四比较器U4、第八电阻R8和第五电容C5，其中，
所述第七电阻R7的一端作为所述带通滤波电路的输入端，所述第七电阻R7的另一端通过第四电容C4与所述第四比较器U4的反向输入端电连接；
所述第八电阻R8和第五电容C5并联在所述第四比较器U4的输出端与反相输入端之间；
所述第四比较器U4的正向输入端接入预设参考电压VCC2；所述第四比较器U4的输出端与所述信号输出接口C电连接。
在本申请一个可选的实施例中，如图1所示，在第一级带通滤波子电路的基础上，所述带通滤波电路20还可以包括：第二级带通滤波子电路22，其中，
所述第一级带通滤波子电路22包括：第九电阻R9、第七电容C7、第五比较器U5、第十电阻R10和第六电容C6，其中，
所述第九电阻R9的一端与所述第四比较器U4的输出端电连接，所述第九电阻R9的另一端通过第七电容C7与所述第五比较器U5的反向输入端电连接；
所述第十电阻R10和第六电容C6并联在所述第五比较器U5的输出端与反相输入端之间；
所述第五比较器U5的正向输入端接入预设参考电压VCC2；所述第五比较器U5的输出端与所述信号输出接口C电连接。
在一个可选的实施例中，为了对光感晶体管的工作情况进行随时了解，如图1所示，该信号采集电路还包括：第二比较器U2；
所述第二比较器U2的反相输入端连接在所述光感晶体管U3和第六电阻R6之间的连接线上，所述第二比较器U2的正向输入端与输出端电连接；所述第二比较器U2的输出端与所述带通滤波电路的输入端电连接；
所述第二比较器U2的正向输入端与指示输出接口电连接，所述指示输出接口输出用于指示所述光感晶体管U3的工作状况的信号，也即该信号可以指示整个采集电路是否处于有效工作状态。
本申请提供的该信号采集电路，在工作时，红外发光二极管照射皮肤，然后光感晶体管可以采用透射式和反射式两种情况来感应人体反射后的光信号，并生成电信号，这些电信号的频谱中至少可以携带有脉搏信息，在实际应用时，反射式不仅可以精确测得血管内容积变化，而且在实际应用中反射式只需将传感器接触身体任何部位，当照射部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外接收电路便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
本申请实施例提供的该采集电路可以通过对输入到信号输入接口的PWM信号的占空比进行控制，可以控制红外发光二极管工作在饱和区域，发出稳定光强的红外光。另外，对于光敏晶体管感应光信号产生的电信号，还可以通过带通滤波电路对电信号进行带通滤波，通过这些预处理，可以快速、准确获取到携带有心率信息的光信号，以便于后续利用频谱进行分析。
本申请实施例还提供了一种信号采集装置，该信号采集装置可以包括：PWM信号发生器、单片机和前述任意一个实施例中所述的信号采集电路，其中，
所述PWM信号发生器的输出端与所述信号输入接口电连接；
所述信号输出接口与所述单片机的第一模数转换接口电连接。
单片机的第一模数转换接口接收到信号输出接口的模拟信号，可以将模拟信号转换为数字信号，以便于后续对该数字信号进行处理，提取该数字信号中的频谱信息。
另外，所述指示输出接口与所述单片机的第二模数转换接口电连接，第二模数转换接口可以将指示输出接口输出的电信号转换为数字信号，该数字信号可以以文字、图标、指示灯或其它形式展示给用户，以便于用户通过文字、图标或指示灯了解当前信号采集电路的是否处于工作状态。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。