一种基于手机耳机插孔的心电采集装置的制作方法

本发明涉及可穿戴设备领域，具体涉及一种基于手机耳机插孔的心电采集装置。

背景技术：

随着科技与经济的发展，手机的研发与制作成本不断降低，普及率极大提升，几乎人人都拥有自己的手机。与此同时，手机的功能也不断完善，甚至具备了像计算机那样处理信息的能力。在过去的10年中，人们一直致力于将手机转变成一个支持各种传感器应用的平台，像加速度传感器，磁力传感器，和图像传感器都已经成功地集成到了手机这个平台上。可是像心电传感器还没有在手机这个平台上得到充分利用。目前，将心电传感器作为外设连接到手机是现在热门的研究方向。

目前，市面上已有的带有蓝牙功能的心电采集模块，将采集到的数据通过蓝牙传输到手机端，进而实现数据的交互。但是，上述的心电采集模块体积很大，携带不方便，且在使用时，需要开发用于与之相匹配的app才能够实现数据的存储。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于手机耳机插孔的心电采集装置，该采集接口体积小巧，携带方便，且无需开发新的app即可使用。

一种基于手机耳机插孔的心电采集装置，包括数据采集接口、第一导联和第二导联；第一导联和第二导联与数据采集接口的数据输入端连接；数据采集接口的数据输出端与手机耳机插孔连接；所述数据采集接口包括稳压器、分压电阻、差分运算放大器、陷波滤波器、高通滤波器、低通滤波器和时分复用器；其具体连接关系为：

手机耳机插孔的偏置电压输出端作为第一导联和第二导联的供电端，分别与第一导联和第二导联连接；其中，稳压器分别与时分复用器的信号输入接口1和分压电阻一端连接，分压电阻的另一端与差分运算放大器的供电端连接，第一导联和第二导联作为差分运算放大器的输入端与差分放大器相连；差分运算放大器的输出端与陷波滤波器的输入端相连，陷波滤波器的输出端与高通滤波器的输入端相连，高通滤波器的输出端与低通滤波器的输入端相连；低通滤波器的输出端与时分复用器的输入接口3相连，时分复用器的输入接口2接地；时分复用器的信号输出端与手机耳机插孔的模数转换模块连接；

设定时分复用器的复用频率为1kHz；时分复用器顺次采集第一稳压器输出的参考电压Va、公共端电压、心电信号Vc、公共端电压，形成一帧信号，并按设定的时间间隔将该帧信号传输传输至手机；

所述手机用于接收时分复用器发送的帧信号，并进行存储；还用于对存储的帧信号进行解调，获得相应的心电信号Vc。

较佳地，分压电阻选取千欧级电阻。

较佳地，所述差分运动放大器的共模抑制比为95dB。

较佳地，所述高通滤波器的截止频率为125Hz。

较佳地，所述低通滤波器的截止频率为0.5Hz。

较佳地，所述陷波滤波器的截止频率为60Hz。

较佳地，采用云信号解调技术对存储的帧信号进行解调。

有益效果：

本发明通过的数据采集接口体积小巧，携带方便，而且数据是通过手机耳机插孔传输的，心电传感器采集的数据会以音频的格式传输到手机，而几乎所有手机自身都带有语音备忘录app，因此与蓝牙传送数据相比，不需要开发新的app就可以在手机端存储数据。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明内部电路图。

图3为信号调制示意图。

图4为信号解调后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于手机耳机插孔的心电采集装置，包括数据采集接口、第一导联和第二导联；第一导联和第二导联与数据采集接口的数据输入端连接；数据采集接口的数据输出端与手机耳机插孔连接；其具体连接关系为：

手机耳机插孔的偏置电压输出端作为第一导联和第二导联的供电端，分别与第一导联和第二导联连接；其中，稳压器分别与时分复用器的信号输入接口1和分压电阻一端连接，分压电阻的另一端与差分运算放大器的供电端连接，第一导联和第二导联作为差分运算放大器的输入端与差分放大器相连。差分运算放大器的输出端与陷波滤波器的输入端相连，陷波滤波器的输出端与高通滤波器的输入端相连，高通滤波器的输出端与低通滤波器的输入端相连。低通滤波器的输出端与时分复用器的输入接口3相连，时分复用器的输入接口2接地。时分复用器的信号输出端与手机耳机插孔的模数转换模块连接；

时分复用器提取稳压器输出参考电压Va、公共端电压Vb、低通滤波器输出的心电信号Vc、公共端电压Vd并形成一帧信号，复用频率为1kHz，并传输至手机中的模数转换模块；

所述模数转换模块用于接收时分复用器发送的帧信号，并进行存储；

使用时，将存储的帧信号采用云信号解调技术进行解调，获得相应的心电信号Vc。

由于手机耳机插孔提供的偏置电压一般在1.7V到2.5V，故分压电阻选取千欧级电阻，一般选取2000欧的电阻。这样经过分压电阻的分压后，最终传输给手机耳机插孔的信号电压就在毫伏级，从而能够满足耳机插孔传输信号对电压的要求。

因为心电信号的频率一般不超过只有3Hz，也就是说每秒钟信号发生变化的次数不超过3次。而手机插孔传输的音频信号要求最低频率为20Hz，也就是要求信号每秒变化20次以上。因此需要对心电信号进行调制，以提升它的频率，也就是变化次数达到传输要求。本发明采用时分复用器，设定时分复用器的复用频率为1kHz，每次采集一帧信号，每帧信号包括四路不同电压的信号，实现跳频，实现信号的调制，我们需要的心电信号其实是第一导联和第二导联采集信号的差模信号，而差模信号与共模信号相比很小，因此在电路中加入差模运算放大器对差模信号进行放大，对共模信号进行抑制，而心电信号的频率在0.25Hz与125Hz之间，因此加入高通滤波器和低通滤波器，去除掉心电信号频率段以外的信号；在采集心电信号的过程中，人体产生的共模信号干扰一般在60Hz，因此加入陷波滤波器去除干扰。

时分复用器接收并复用4路信号后输出一路信号。第一路信号采集对线性稳压器设定的参照电压Va。第二路和第四路分别获得公共端电压Vb、Vd，第三路采集的心电信号Vc的幅值在Va和公共端电压Vb、Vd之间。按参考电压Va、公共端电压Vb、心电信号的电压Vc和公共端电压Vd的顺次形成一帧，按参考电压Va、公共端电压Vb、心电信号的电压Vc和公共端电压Vd的顺次形成一帧。因此，帧与帧之间的数据分界线可以由公共端低电压到参考电压变化来区分，如图4所示。相对于现有通过检测由信号电压到公共端电压的变化来对数据帧还原来说，本发明所采用的检测由公共端电压到参考电压的幅值的变化更加明显，因此更容易检测出来，极大地提升了还原帧数据的成功率。然后用时分复用器按照先后顺序对4路信号进行复用，如图3所示。之所以形成按上述顺序形成一帧信号，是因为：经过这样排列后，公共端电压到参照电压这种明显的变化就会成为帧与帧信号的分界线，便于后期还原帧信号；在帧内部，采集信号电压Vc的前后分别采样一次公共端电压Vb和Vd，最后用Vb和Vd的均值代表该帧信号所对应的公共端电压，更加准确。

当时分复用器对信号进行调制后，时分复用器通过与手机耳机插孔的连接，将调制后的信号发送至手机的模数转换模块。模数转换模块在接收到调制后的信号后，采用云信号解调技术进行解调，获得相应的心电信号Vc由于该技术是现有技术，先进行简要分析：

首先根据公共端电压到参考电压的幅值变化，区分出每一帧；之后，根据时分复用器的特性，得到每一帧数据中心电传感器输出的心电信号的电压、参考电压和两个公共端电压所对应的采样区间，取该采样区间左边缘的幅值作为该信号的采样值，如图4所示。设：一帧中数据采集接口的参考电压用参数V_a表示、两个公共端电压分别用参数V_b和参数V_d表示，心电信号的电压用V_c表示，V_a经过用耳机插孔传输后的电压用V_A表示，V_c经过耳机插孔传输后的电压用表示V_C表示。其中，V_b、V_d、V_A和V_a都是已知的。根据公式(1)和(2)，实现信号的还原。

令

其中，公式(1)和公式(2)的原理为：因为传输过程中的失真主要是线性的，故在公共端电压为0的情况下因为现在公共端电压不一定为0，所以V_C、V_c、V_A和V_a这四个量需要减去公共端电压，才能成比例关系即

由公式(3)可以得到公式(2)。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。