一种心电检测电路及电子设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种心电检测电路及电子设备，所述心电检测电路包括蓝牙主芯片、心电检测模块、输出模块、以及用于为所述蓝牙主芯片和心电检测模块供电的电源模块，所述心电检测模块将检测的心电信号发送至蓝牙主芯片进行处理，所述输出模块与所述蓝牙主芯片连接。本实用新型的心电检测电路，采用一颗低功耗蓝牙主芯片作为主处理芯片，检测电路整体功耗低，待机时间长，适合用户随身携带，使用方便。此外，采用高精度的心率检测芯片，通过检测高精度的脉搏信号，获得的心率值精确度高。
【专利说明】 —种心电检测电路及电子设备
【技术领域】
[0001]本实用新型属于心电检测装置【技术领域】，具体地说，涉及一种用于监护用户心脏的心电检测电路及设置有该电路的电子设备。
【背景技术】
[0002]心电检测电路的原理是通过贴在人体表面不同位置上的两个电极，将心电信号传输到处理电路进行处理以及由显示单元进行显示，为了使心率检测装置做的更加便携，目前普遍采用的是通过设置两个电位传感器和检测电路设计于一体，所采用的电路元件能耗高，需要经常更换电池，给使用带来不方面。此外，为了满足便于携带的需要而对电路结构进行简化，因此，处理电路采用一些简单的电子元器件搭建，所测得的心率精度较低，对用户的实际参考意义不大。
[0003]此外，目前的心电检测电路不具有报警功能，对未合适佩戴时，不能报警提示，给使用带来不方便。
【发明内容】
[0004]本实用新型为了解决现有心电检测电路能耗高的问题，提供了一种心电检测电路及电子设备，该心电检测电路通过采用一颗低功耗蓝牙主芯片，可以有效降低电路功耗。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0006]一种心电检测电路，其特征在于:包括蓝牙主芯片、心电检测模块、输出模块、以及用于为所述蓝牙主芯片和心电检测模块供电的电源模块，所述心电检测模块将检测的心电信号发送至蓝牙主芯片，由蓝牙主芯片将所述心电信号处理后通过天线发送至信号接收终端，所述输出模块与所述蓝牙主芯片连接。
[0007]进一步的，还包括与所述蓝牙主芯片连接的显示屏。
[0008]进一步的，还包括与所述蓝牙主芯片连接的光电容积脉搏波传感器模组。
[0009]还包括与所述蓝牙主芯片连接的加速度传感器。
[0010]进一步的，所述的输出模块包括LED灯和/或马达。
[0011]进一步的，所述的电源模块包括电池、以及低压差线性稳压器，所述的电池通过低压差线性稳压器输出恒定的直流电。
[0012]又进一步的，所述心电检测模块包括一颗心率检测芯片，所述心率检测芯片包括第一信号输入端、第二信号输入端两个信号输入端和一个驱动放大器输出端，第一信号输入端、第二信号输入端分别连接一电阻后与第一电极(ECGl)、第三电极(ECG3) 对应连接，驱动放大器输出端(RLD)连接一电阻后与第二电极(ECG2)连接，所述的第一信号输入端、第二信号输入端分别连接一上拉电阻后与直流电源(VDD)连接。
[0013]或者，所述心电检测模块包括一颗心率检测芯片，所述心率检测芯片包括第一信号输入端和第二信号输入端两个信号输入端，该第一信号输入端和第二信号输入端分别连接一电阻后与第一电极(ECG1)、第三电极(ECG3)——对应连接。
[0014]基于上述的具有两个信号输入端和一个驱动放大器输出端的心电检测电路，本发明同时提供了一种电子设备，包括带体，所述心电检测电路固定在所述带体上，第一电极化〇61)、第二电极化062)固定在带体的内表面，第三电极(ECG3)固定在带体侧面。
[0015]基于上述的具有两个信号输入端的心电检测电路，本发明同时提供了一种电子设备，包括带体，所述心电检测电路固定在所述带体上，第一电极(ECGl)固定在带体的内表面，第三电极(ECG3)固定在带体侧面。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的心电检测电路，通过采用一颗低功耗蓝牙主芯片作为主处理芯片，将心率检测芯片测得的脉搏信号进行运算和处理，得到佩戴者的心率，检测电路整体功耗低，待机时间长，适合用户随身携带，使用方便。此外，采用高精度的心率检测芯片，通过检测高精度的脉搏信号，得到的心率值精确度高。
[0017]结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所提出的心电检测电路的原理方框图；
[0019]图2是图1中一种实施例的部分电路原理图；
[0020]图3是图2中另外一种实施例的部分电路原理图；
[0021]图4是本实用新型所提出的电子设备的一种实施例结构图；
[0022]图5是图4的侧面视图；
[0023]图6是本实用新型所提出的电子设备的另外一种实施例结构示意图；
[0024]图7是图6中电子设备的原理图；
[0025]图8为图6中PPG传感器模组原理图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型为了解决现有心电检测电路能耗高的问题，提供了一种心电检测电路及电子设备，通过采用采用一颗低功耗蓝牙主芯片作为主处理芯片，可以有效降低电路功耗，利用蓝牙主芯片自带的蓝牙通信功能，通过蓝牙低功耗4.0协议与信号接收终端(比如手机)进行通信或者通过自身的显示屏进行直观显示，无需增加其他的硬件电路结构，可以节省电路成本。
[0027]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0028]实施例一，本实施例提供了一种心电检测电路，参见图1所示，包括蓝牙主芯片、心电检测模块、输出模块、以及用于为所述蓝牙主芯片和心电检测模块供电的电源模块，所述心率检测模块将检测的心率信号发送至蓝牙主芯片，由蓝牙主芯片进行模数转换后并通过蓝牙通信的方式发送至信号接收终端，输出模块与所述蓝牙主芯片连接，接收蓝牙主芯片的控制输出指示信号。
[0029]本心电检测电路的工作原理是:低功耗的蓝牙主芯片将心电检测模块检测到的心电信号进行运算和处理(例如模数转换、放大等操作后能够形成心电波形信号)，或者更进一步的通过内置的比较器、计数器等直接得到佩戴者此时的心率值，然后通过蓝牙低功耗4.0协议同步到信号接收终端(比如手机)中进行显示，其显示内容可以为表示蓝牙主芯片输出的心电波形信号的心电图和/或由蓝牙主芯片直接得出的一系列心率值。
[0030]为了能够方便检测用户运动时的运动步伐次数信息，还包括与所述蓝牙主芯片连接的加速度传感器，蓝牙主芯片将加速度传感器检测到的振动信号通过内置的运算放大器、计数器等硬件的运算和处理，计算出佩戴者的步伐信息，因此，可以提供用户运动时与心率直接相关联的步伐信息，可以向佩戴者提供更全面的人体生理参数信息，适合运动时使用。当然，本心电检测电路还可以根据实际需要增设其他传感器，比如带有GPS、陀螺仪等各种传感器，可以测出佩戴者的运动量、消耗热量等数据，并将数据传输到信号接收终端或者z?端等。由以上可知，本心电检测电路具有低功耗、体积小、便携、检测精度闻的优点，可以应用于各种心率检测设备中，尤其适合应用于可穿戴产品中。
[0031]为了便于可以在有来自于信号接收终端的来电或短信时进行对佩戴者进行提示，本心电检测电路中的输出模块可以配置成为LED灯，对用户进行闪烁提示，还可以配置成为马达，对用户进行震动提示，当然，也可以配置成两者的组合，能够同时进行振动和闪烁提示，或者分别用于提示不同类型的信息。
[0032]为了方便将测得的心电信息直观的进行本地显示，还包括与所述蓝牙主芯片连接的显示屏。蓝牙主芯片可以将加速度计检测到的振动信息、心电检测模块到的心电信号等信息进行运算和处理，显示在显示屏上。所述显示屏优选采用OLED (有机电激发光二极管)显示屏。
[0033]还包括与所述蓝牙主芯片连接的光电容积脉搏波(PPG)传感器模组，该模组的红外线，用户也可以进行心率的测量，相比ECG的测量方式，光电容积脉搏波传感器模组具有更大的信号幅值，而且光电容积脉搏波传感器模组测量方式不受工频干扰和肌电信号的影响。光电容积脉搏波传感器模组还具有手势检测功能，可以检测用户手势实现对显示屏的控制。
[0034]所述的电源模块包括电池以及低压差线性稳压器，所述的电池通过低压差线性稳压器输出恒定的直流电，为了便于环保，本检测电路优选采用可充电电池，所述的电源模块还包括充电管理芯片，所述的充电管理芯片通过USB充电端口连接外部电源后为电池充电，充电管理芯片可以通过USB连接电线连接至具有USB接口的智能设备上充电，也可以通过一电源适配器连接至交流电源进行充电。
[0035]实施例二，作为一个优选实施例，所述心率检测模块包括一颗心率检测芯片，参见图2所示，给出了一种心电检测电路的部分电路原理图，本实施例中的心率检测芯片U4采用一颗AD8232芯片实现，心率检测芯片U4包括第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN两个信号输入端、和一个驱动放大器输出端RLD,第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN分别连接电阻R22、电阻R21后与第一电极ECG1、第三电极ECG3——对应连接，驱动放大器输出端RLD连接电阻R34后与第二电极ECG2连接，为了便于连接，第一电极ECGl、第三电极ECG3、第二电极ECG2分别通过插座J3、插座J5、插座J4接入检测电路，第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN分别连接一上拉电阻后与直流电源VDD连接。本心电检测电路的工作原理是:检测何时第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN的任意输入电压与正供电轨相差不到0.5 V，这种情况下，第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN必须通过一个上拉电阻连接到正电源。正常工作期间，用户的电位必须处于蓝牙主芯片的共模范围内，这只有在将第二电极ECG2连接到驱动放大器输出端RLD时才有可能，在本电路的工作模式中，也即直流导联脱落模式中，心率检测芯片U4独立检查第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN的每个输入，因此可以检测出哪个电极断开，心率检测芯片U4通过将相应的LOD-或LOD+引脚设为高电平来指示断开的具体电极，相应的蓝牙主芯片可以通过控制输出端输出报警提示，以及时提示用户正确佩戴，确保检测到有效数据。本实施例的AD8232ECG电极测量方式仅有170uA的电流消耗，这对于可穿戴设备上普遍电池容量较小有非常大的帮助。
[0036]实施例三，本实施例提供了另外一种心电检测电路的部分电路原理图，电路系统方框图可以参见图1所示，在此不作赘述，所述心率检测模块同样包括一颗心率检测芯片，本实施例的部分电路原理图参加图3所示，心率检测芯片U4包括第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN两个信号输入端，该第一信号输入端-1N、第二信号输入端+IN分别连接电阻R22、电阻R21后与第一电极ECG1、第三电极ECG3——对应连接，本电路的工作模式为交流导联脱落检测模式，只引出两个检测电极，与三个检测电极的相比较，只能确定有电极失去连接，但无法确定具体电极。仅使用两个电极时，交流导联脱落检测模式非常有用(无需使用驱动电极)。这种情况下，两个电极之间必须存在传导路径，该路径通常由两个电阻组成。这两个电阻还为每个输入提供偏置反馈路径。应将每个电阻连接到REFOUT或RLD，以使输入保持在仪表放大器的共模范围内。芯片通过强迫为输入端提供一个100 kHz的小电流来检测电极何时断开。此电流通过外部电阻从IN+流入IN-并在输入端产生一个差分电压，然后该电压经同步检测并与内部阈值进行比较。这两个外部电阻的建议值为10 M0较低的电阻值会使差分压降过低而无法检测，同时会降低放大器的输入阻抗。当电极连接到对象时，该路径上的阻抗应低于3 M，以便保持压降始终低于比较器阈值。
[0037]实施例四,基于实施例二中的具有两个信号输入端和一个驱动放大器输出端的中心电检测电路，本实施例提供了一种电子设备，参见图4、图5所示，该电子设备为一种腕戴设备，包括带体1，心电检测电路固定在所述带体I上，第一电极ECG1、第二电极ECG2固定在带体I的内表面，第三电极ECG3固定在带体I侧面，本实施例的电子设备佩戴在手腕上时，第一电极ECG1、第二电极ECG2与腕部皮肤表面接触，佩戴者需要用另外一只手的手指按压第三电极ECG3，当正确接触时，LED灯2会在检测到一次心跳时闪烁一次，如果没有正常接触，心电检测电路会控制输出报警提示。
[0038]如图6所示，在本实用新型的另一实施例中，带体I上还设置有有机电激发光二极管(OLED)显示屏5，用于显示所检测的心电波形图或者心率值，方便用户直观观察。
[0039]本实施例的心电检测电路还包括与蓝牙主芯片连接的光电容积脉搏波传感器模组，包括光电容积脉搏波(PPG)传感器3以及红外LED4，有机电激发光二极管(OLED)显示屏5设置在带体I上，PPG传感器3以及红外LED4设置在OLED显示屏5的一侧，PPG传感器3与所述蓝牙主芯片连接。
[0040]参见图7所示，本电子设备使用时，将手指6置于红外LED4的前方，红外LED4发出红外光线，经过手表面皮肤反射回PPG传感器3，并根据反射回来的红外光线强度来判断手势的位置及动作类型。由于采用红外光线，属于840nm不可见光，避免了对用户眼睛的刺激。此外红外线对PPG传感器视窗区域透光率有以下要求:
[0041]550nm: 5% ；
[0042]850nm: 70 to 80% ；
[0043]本实施例中可以利用PPG传感器以及红外LED的红外线进行手势识别控制以及心率的测量，手势识别控制功能可以支持用户与OLED屏幕的交互操作，具有更好的用户体验。
[0044]而当利用PPG传感器以及红外LED的红外线进行心率检测时，红外LED的红外线照射到指端皮肤表面，光束将通过反射方式送到PPG传感器。由于光线照射区域的动脉血管搏动时，动脉血液对光的吸收量将随之发生变化，而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血液等其他组织对光的吸收量恒定不变，所以当心脏收缩时，外周血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而当心脏舒张时，外周血管血容量最少，检测到的光强度最大，PPG传感器可以检测到的光强度随之呈脉动性变化，并可以将该光强度变化信号转换为电信号，进而可以获得人体的心率信息。
[0045]参见图8所示，本实施例中的PPG传感器为一个传感器芯片Ul，可以将检测到的光信号转换成电信号，该电信号通过Ul内置的运算放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、陷波电路等处理后由信号输出端GESTURE_INT输出至蓝牙主芯片的一个信号输入端，蓝牙主芯片内置的峰值检测电路可以对PPG传感器输出的信号提取峰值以得到心率值。测量心率时，蓝牙主芯片可以控制PPG传感器对红外LED的驱动功率、脉冲宽度和脉冲数，从而将PPG传感器的功耗降低至0.45mff,由此极大的降低对电池电量的消耗。
[0046]相比ECG的测量方式，PPG具有更大的信号幅值，而且PPG测量方式不受工频干扰和肌电信号的影响。用户只需要将手指贴附于PPG传感器视窗上，系统就会开始测试心率。
[0047]上述实施例中的电子设备的ECG心率测量方式和PPG心率测量方式可以同时进行。但在本发明的其他实施例中可以通过增设心电检测选择电路(未图示)来实现ECG方式的心电检测电路和PPG方式的心电检测电路的选择和切换，以减少功耗，提闻用户体验，该心电检测选择电路可以是蓝牙主芯片控制的由MOS管和电阻等器件组成的开关电路。
[0048]此外，当电子设备基于实施例三中的具有两个信号输入端的中心电检测电路时，从表面结构上看，与图4、图5中的结构相似，与其不同的是，本电子设备不再具有第二电极ECG2，第一电极ECG1、第三电极ECG3在带体I上的设置位置与前面所述的设置位置相同，在此不作赘述。
[0049]当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种心电检测电路，其特征在于:包括蓝牙主芯片、心电检测模块、输出模块、以及用于为所述蓝牙主芯片和心电检测模块供电的电源模块，所述心电检测模块将检测的心电信号发送至蓝牙主芯片，由蓝牙主芯片将所述心电信号处理后通过天线发送至信号接收终端，所述输出模块与所述蓝牙主芯片连接。
2.根据权利要求1所述的心电检测电路，其特征在于:还包括与所述蓝牙主芯片连接的显示屏。
3.根据权利要求2所述的心电检测电路，其特征在于:还包括与所述蓝牙主芯片连接的光电容积脉搏波传感器模组。
4.根据权利要求1所述的心电检测电路，其特征在于:还包括与所述蓝牙主芯片连接的加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的心电检测电路，其特征在于:所述的输出模块包括LED灯和/或马达。
6.根据权利要求1所述的心电检测电路，其特征在于:所述的电源模块包括电池、以及低压差线性稳压器，所述的电池通过低压差线性稳压器输出恒定的直流电。
7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的心电检测电路，其特征在于:所述心电检测模块包括一颗心率检测芯片，所述心率检测芯片包括第一信号输入端、第二信号输入端两个信号输入端和一个驱动放大器输出端，第一信号输入端、第二信号输入端分别连接一电阻后与第一电极(ECGl )、第三电极(ECG3 )——对应连接，驱动放大器输出端(RLD)连接一电阻后与第二电极(ECG2)连接,所述的第一信号输入端、第二信号输入端分别连接一上拉电阻后与直流电源(VDD )连接。
8.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的心电检测电路，其特征在于:所述心电检测模块包括一颗心率检测芯片，所述心率检测芯片包括第一信号输入端和第二信号输入端两个信号输入端，该第一信号输入端和第二信号输入端分别连接一电阻后与第一电极(ECG1)、第三电极(ECG3)——对应连接。
9.一种电子设备，其特征在于:包括权利要求7中所述的心电检测电路，还包括带体，所述心电检测电路固定在所述带体上，第一电极(ECG1)、第二电极(ECG2)固定在带体的内表面，第三电极(ECG3)固定在带体侧面。
10.一种电子设备，其特征在于:包括权利要求8中所述的心电检测电路，还包括带体，所述心电检测电路固定在所述带体上，第一电极(ECGl)固定在带体的内表面，第三电极(ECG3)固定在带体侧面。
【文档编号】A61B5/0205GK203914906SQ201420261476
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】梁波, 郄勇, 叶鑫 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司