[发明专利]一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统

说明书

本发明公开了一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，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，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；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。本发明相对于现有的软件处理脉搏波信号，使用硬件处理可以使系统整体功耗更低，速度更快，面积更小，从而更有市场竞争力。本发明可广泛应用于医疗设备及人体信号检测技术领域。

技术领域

本发明涉及医疗设备及人体信号检测技术领域，尤其涉及一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统。

背景技术

在心脏搏动周期内，血液容积随心脏的收缩、舒张呈现脉动性变化，这种变化通过光电转换的原理获得，被称为光电容积脉搏波(Photo plethysmo graphy，PPG)信号。PPG信号是重要的人体生理信号，蕴含大量的反映人体状况的生理信息，经分析计算可以实现众多生理参数的检测。PPG还可应用于评估人体心血管、呼吸和血液循环系统的状态、非接触式评估大脑的自动调节能力、酒精浓度的无创检测、情感识别、心理生理学等研究。通过对PPG信号进行分析计算，不仅可以直接或者间接计算出脉率、血氧饱和度、血压和微循环等生理参数，还可以提取信号中的特征量进而实现相关疾病的检测。

目前市场上探测脉搏波及心率的仪器多是使用软件进行信号处理，在软件处理中，由于需要对数据进行运算处理，对硬件设备有较高的要求，因此硬件设备大，能耗高。另外，市场上大部分的心率检测仪器不支持显示波形，又或者心率波形失真严重，不利于分析波形细节。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种采用硬件实现的PPG波形及心率探测系统，，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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；