适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路与方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路与方法，它包括至少一个软件滤波器、一个常开软件锁相环、至少一个备用软件锁相环和一个控制逻辑单元K，各备用软件锁相环分别与常开软件锁相环并联，所述的软件滤波器的信号输出端分别与常开软件锁相环及备用软件锁相环连接，所述的常开软件锁相环及各备用软件锁相环均包括心律信号输出端和频率溢出标志输出端，心律信号输出端及频率溢出标志输出端分别与控制逻辑单元K连接。本发明对信号的信噪比要求不高，鲁棒性好，识别范围很宽，方法对处理器的要求极低，功耗低，高可靠性高，计算量低，适用于可穿戴设备。
【专利说明】适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路与方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的进步和生活水平的提高，人们对于健康的需求也越来越高，传统的针对于有病看病的健康管理模式已经不能适应人们对健康的进一步需要，人们更希望能够得到环境优美、身心舒适，绿色无害、全面准确、经济便捷，并能防患于未然的新型检测手段。
[0003]在可穿戴的健康监视设备中，一般都需要从心电(ECG)信号、光电容积脉搏波描记法(PPG)信号、电阻容积法信号中计算出心律，在新型的日常可穿戴设备中，因为人体运动和环境干扰的原因，原始信号往往混入大量的干扰信号，并且方法往往要求计算量高、造成功耗闻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对信号的信噪比要求不高、鲁棒性好、识别范围很宽、方法对处理器的要求极低的适用于可穿戴设备的高可靠、低计算量的心律识别电路与方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路，它包括至少一个软件滤波器、一个常开软件锁相环、至少一个备用软件锁相环和一个控制逻辑单元K，各备用软件锁相环分别与常开软件锁相环并联，所述的软件滤波器的信号输出端分别与常开软件锁相环及备用软件锁相环连接，所述的常开软件锁相环及各备用软件锁相环均包括心律信号输出端和频率溢出标志输出端，心律信号输出端及频率溢出标志输出端分别与控制逻辑单元K连接，所述的控制逻辑单元K用于接收常开软件锁相环和备用软件锁相环所输出的心律信号和频率溢出标志信号，并根据频率溢出标志信号启动相应频率范围的备用软件锁相环。
[0006]所述的软件滤波器由软件滤波器Fl和软件滤波器F2组成，软件滤波器Fl和软件滤波器F2串联，所述的软件滤波器Fl为低通滤波器，所述的软件滤波器F2为高通滤波器。
[0007]所述的常开软件锁相环和备用软件锁相环还包括信号质量输出端。
[0008]所述的常开软件锁相环和备用软件锁相环包括两个软件压控振荡器Cl和C2，四个软件低通滤波器F3、F4、F5和F6，一个高通滤波器F7，反正切电路，微分电路，积分电路，限幅振荡器和绝对值电路，软件锁相环的输入信号分别通过软件压控振荡器Cl和C2后分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器F3和F4输入至反正切电路，反正切电路的输出连接微分电路，微分电路的一路输出连接软件低通滤波器F5，软件低通滤波器F5的输出连接积分电路，积分电路的一路输出连接限幅振荡器，积分电路的另一路输出频率溢出标志OF连接控制逻辑单元K，限幅振荡器的一路输出频率f连接控制逻辑单元K，限幅电路的另一路输出分别与软件压控振荡器Cl、通过90°移相电路与软件压控振荡器C2连接，微分电路的另一路输出连接高通滤波器F7，高通滤波器F7的输出连接绝对值电路连接，绝对值电路的输出连接低通滤波器F6,低通滤波器F6输出质量信号QS。
[0009]适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别方法，它包括以下步骤:
51:输入信号通过软件滤波器完成滤波；
52:滤波后的信号输入至常开滤波锁相环，常开滤波锁相环计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K ;
53:控制逻辑单元K对输入信号进行判别，若滤波锁相环的频率未超界，则输出心律频率结果并结束；若常开滤波锁相环的频率超界，则进入步骤S4 ；
54:控制逻辑单元K打开未使用过的备用滤波锁相环对信号进行识别，计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K，返回步骤S3。
[0010]步骤S2或步骤S3所述的计算心律包括以下子步骤:
501:输入信号分别和两个软件压控振荡器Cl、C2相乘，分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器；
502:进行反正切变换计算出相位差；
503:将相位差进行微分得到频率差异；
504:将步骤S03得到的频率差异分为两路，一路通过低通滤波器消除瞬步噪音进入步骤S05，另一路输出至高通滤波器得到频率差异的波动，再通过绝对值计算和低通滤波器输出信号质量QS ；
505:将步骤S04得到的数据进行积分:
506:积分的结果分为两路，一路输出频率溢出标志0F，另一路输出结果至限幅振荡器；
507:限幅振荡器的一路输出频率f，另一路输出对软件压控振荡器进行控制。
[0011]本发明的有益效果是:本发明先对输入信号分别进行低通滤波和高通滤波，然后输入至常开滤波锁相环进行计算，若频率未超界则输出结果，若频率超界则打开备用滤波锁相环进行计算；本发明对信号的信噪比要求不高，鲁棒性好，识别范围很宽，方法对处理器的要求极低，适合于低功耗的系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明结构方框图；
图2为锁相环结构方框图；
图3为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案:如图1所示，Fl为低通滤波器、F2为高通滤波器,K为控制逻辑,P2为常开软件锁相环,P2覆盖了人体常见的心律范围(每分钟60-90次)，P1、P3、P4为备用软件锁相环，常开软件锁相环和备用软件锁相环有效锁定频率范围覆盖整个人体可能的心律范围(每分钟45-200次)。每个锁相环除了输出心律以夕卜，还输出有效锁定信号强度和频率溢出标志。每个锁相环也可以独立使能，控制逻辑可以关断或者打开每个锁相环。
[0014]P2锁相环不能关断，总是在运行，在大部分情况下，只有P2锁相环在运行，其他锁相环关闭。在P2频率超界的情况下，控制逻辑可以根据情况打开其他锁相环对信号进行识另O。控制逻辑按照下列的状态图输出有效的心律值。
[0015]每个软件锁相环P1、P2、P3和P4如图2所示，所述的常开软件锁相环和备用软件锁相环包括两个软件压控振荡器Cl和C2，四个软件低通滤波器F3、F4、F5和F6，一个高通滤波器F7，反正切电路，微分电路，积分电路，限幅振荡器和绝对值电路，软件锁相环的输入信号分别通过软件压控振荡器Cl和C2后分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器F3和F4输入至反正切电路，反正切电路的输出连接微分电路，微分电路的一路输出连接软件低通滤波器F5，软件低通滤波器F5的输出连接积分电路，积分电路的一路输出连接限幅振荡器，积分电路的另一路输出频率溢出标志OF连接控制逻辑单元K，限幅振荡器的一路输出频率f连接控制逻辑单元K，限幅电路的另一路输出分别与软件压控振荡器Cl、通过90°移相电路与软件压控振荡器C2连接，微分电路的另一路输出连接高通滤波器F7，高通滤波器F7的输出连接绝对值电路连接，绝对值电路的输出连接低通滤波器F6，低通滤波器F6输出质量信号QS。
[0016]输入信号首先分别和软件压控振荡器相乘后得到1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器，然后进行反正切变换计算出相位差，再对相位差进行微分得到频率差异。频率差异通过低通滤波器消除瞬步噪音，在积分、限幅后控制软件压控振荡器。积分电路还输出一个频率溢出标志0F，振荡器输出频率f。频率差异通过高通滤波器得出频率差异的波动，再通过绝对值计算和低通滤波器之后得出信号质量QS。频率f、信号质量QS和频率溢出标志OF输入至控制逻辑进行判别。
[0017]如图3所示，适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别方法，它包括以下步骤:
51:输入信号通过软件滤波器完成滤波；
52:滤波后的信号输入至常开滤波锁相环，常开滤波锁相环计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K ;
53:控制逻辑单元K对输入信号进行判别，若滤波锁相环的频率未超界，则输出心律频率结果并结束；若常开滤波锁相环的频率超界，则进入步骤S4 ；
54:控制逻辑单元K打开未使用过的备用滤波锁相环对信号进行识别，计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K，返回步骤S3。
[0018]步骤S2或步骤S3所述的计算心律包括以下子步骤:
501:输入信号分别和两个软件压控振荡器Cl、C2相乘，分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器；
502:进行反正切变换计算出相位差；
503:将相位差进行微分得到频率差异；
504:将步骤S03得到的频率差异分为两路，一路通过低通滤波器消除瞬步噪音进入步骤S05，另一路输出至高通滤波器得到频率差异的波动，再通过绝对值计算和低通滤波器输出信号质量QS ；
505:将步骤S04得到的数据进行积分:
506:积分的结果分为两路，一路输出频率溢出标志0F，另一路输出结果至限幅振荡器；
S07:限幅振荡器的一路输出频率f，另一路输出对软件压控振荡器进行控制。
[0019]信号首先进入P2进行心律计算，若P2频率超界控制逻辑单元打开Pl进行心律计算，若Pl频率超界控制逻辑单元打开P3进行心律计算，若P3频率超界控制逻辑单元打开P4进行心律计算，以此类推。
【权利要求】
1.适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路，其特征在于:它包括至少一个软件滤波器、一个常开软件锁相环、至少一个备用软件锁相环和一个控制逻辑单元K，各备用软件锁相环分别与常开软件锁相环并联，所述的软件滤波器的信号输出端分别与常开软件锁相环及备用软件锁相环连接，所述的常开软件锁相环及各备用软件锁相环均包括心律号输出％5和频率&出标志输出，心律信号输出％5及频率&出标志输出％5分别与控制逻辑单元K连接，所述的控制逻辑单元K用于接收常开软件锁相环和备用软件锁相环所输出的心律信号和频率溢出标志信号，并根据频率溢出标志信号启动相应频率范围的备用软件锁相环。
2.根据权利要求1所述的适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路，其特征在于:所述的软件滤波器由软件滤波器Fl和软件滤波器F2组成，软件滤波器Fl和软件滤波器F2串联，所述的软件滤波器Fl为低通滤波器，所述的软件滤波器F2为高通滤波器。
3.根据权利要求1所述的适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路，其特征在于:所述的常开软件锁相环和备用软件锁相环还包括信号质量输出端。
4.根据权利要求1或3所述的适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别电路，其特征在于:所述的常开软件锁相环和备用软件锁相环包括两个软件压控振荡器Cl和C2，四个软件低通滤波器F3、F4、F5和F6，一个高通滤波器F7，反正切电路，微分电路，积分电路，限幅振荡器和绝对值电路，软件锁相环的输入信号分别通过软件压控振荡器Cl和C2后分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器F3和F4输入至反正切电路，反正切电路的输出连接微分电路，微分电路的一路输出连接软件低通滤波器F5，软件低通滤波器F5的输出连接积分电路，积分电路的一路输出连接限幅振荡器，积分电路的另一路输出频率溢出标志OF连接控制逻辑单元K，限幅振荡器的一路输出频率f连接控制逻辑单元K，限幅电路的另一路输出分别与软件压控振荡器Cl、通过90°移相电路与软件压控振荡器C2连接，微分电路的另一路输出连接高通滤波器F7，高通滤波器F7的输出连接绝对值电路连接，绝对值电路的输出连接低通滤波器F6,低通滤波器F6输出质量信号QS。
5.适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别方法，其特征在于:它包括以下步骤: 51:输入信号通过软件滤波器完成滤波； 52:滤波后的信号输入至常开滤波锁相环，常开滤波锁相环计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K ； 53:控制逻辑单元K对输入信号进行判别，若滤波锁相环的频率未超界，则输出心律频率结果并结束；若常开滤波锁相环的频率超界，则进入步骤S4 ； 54:控制逻辑单元K打开未使用过的备用滤波锁相环对信号进行识别，计算心律，并输出心律频率、信号质量和频率溢出标志信号至控制逻辑单元K，返回步骤S3。
6.根据权利要求5所述的适用于可穿戴设备的高可靠低计算量的心律识别方法，其特征在于:步骤S2或步骤S3所述的计算心律包括以下子步骤: 501:输入信号分别和两个软件压控振荡器Cl、C2相乘，分为1、Q两路，再分别通过软件低通滤波器； 502:进行反正切变换计算出相位差； 503:将相位差进行微分得到频率差异； 504:将步骤S03得到的频率差异分为两路，一路通过低通滤波器消除瞬步噪音进入步骤S05，另一路输出至高通滤波器得到频率差异的波动，再通过绝对值计算和低通滤波器输出信号质量QS ； 505:将步骤S04得到的数据进行积分: 506:积分的结果分为两路，一路输出频率溢出标志0F，另一路输出结果至限幅振荡器； 507:限幅振荡器的一路输出频率f，另一路输出对软件压控振荡器进行控制。
【文档编号】A61B5/024GK104224157SQ201410507204
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】崔予红 申请人:成都金海鼎盛科技有限公司