[发明专利]一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统

权利要求书

1.一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，包括：

红外光电传感器，用于探测人体指尖的脉动波形，获得脉动信号；

模数转换器，用于对所述脉动信号进行模数转换，获得脉搏波信号；

脉搏波信号处理模块，包括心率硬件计数单元和心率波形像素硬件处理单元，所述心率硬件计数单元用于根据脉搏波信号计算心率值，并控制显示屏显示心率值；所述心率波形像素硬件处理单元用于根据脉搏波信号控制显示屏显示PPG波形；

显示屏，用于显示PPG波形和心率值。

2.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述红外光电传感器上设有结构为高通-低通-高通的三级顺序组成的滤波电路，所述滤波电路用于对脉动信号进行过滤。

3.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述红外光电传感器上的发光器件由预设频率的脉冲序列供电。

4.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述心率硬件计数单元采用检测一个脉冲周期的上升沿的方法来计算脉冲数，根据脉冲数计算心率值。

5.根据权利要求4所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述心率硬件计数单元包括三个寄存器，分别为第一寄存器、第二寄存器和第三寄存器；计数的过程如下：

确定数值a，该数值a处于脉搏波信号的峰峰值之间；

将采集到的脉搏信号值逐一与数值a进行比较，当脉搏信号值大于等于a时，使第一寄存器置为1；当脉搏信号值小于a时，使第一寄存器置为0；

每次第一寄存器从0跳变为1时，使第二寄存器的数值加1，当第二寄存器的计数值达到n时，使第二寄存器的计数值复位为0；

当检测到第二寄存器数值为0时，使第三寄存器置为0，当检测到第二寄存器数值不为0时，使第三寄存器对输入时钟进行计数；

获取第二寄存器从数值1到数值n过程中的时间值T：

式中，CLK为输入时钟频率，c为第三寄存器的计数结果；

根据获得的时间值计算获得心率值。

6.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述心率硬件计数单元通过以下方式控制显示屏显示心率值：

在显示屏上获取个位显示区域、十位显示区域和百位显示区域；

针对每个显示区域，预先存储数字0到9共十个数字对应的坐标像素；

当计算获得心率值后，根据心率值控制对应的坐标像素进行显示。

7.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述心率波形像素硬件处理单元通过以下方式控制显示屏显示PPG波形：

通过FPGA与显示屏进行交互；

在显示屏中选取用于显示PPG波形的显示区域，将脉搏波信号与显示区域的坐标值做映射，获得并控制对应的像素点进行显示，以在显示屏中显示PPG波形。

8.根据权利要求3所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述脉搏波信号处理模块还用于在在AD采样时将脉搏波信号进行分离，以将PPG的直流分量与电源的直流噪声相分离。

9.根据权利要求8所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，当红外光电传感器需要同时检测多个不同波长光波对应的脉搏波信号时，后续在AD采样时将不同脉搏波信号分离，以实现一路检测器通道同时接收多路输入波形。

10.根据权利要求1所述的一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，其特征在于，所述显示屏为电子墨水屏。