CN221469845U - 一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，属于脉搏信号监测技术领域，包括：脉搏波信号收集模块、脉搏波信号处理模块和主控处理器模块；所述脉搏波信号收集模块包括柔性有机光电传感器；所述脉搏波信号处理模块包括依次电连接的第一电压跟随器、第一反相输入一阶低通滤波电路、第一低通滤波电路、第二反相输入一阶低通滤波电路、第二电压跟随器和第二低通滤波电路；所述柔性有机光电传感器的信号输出端子通过数据线与第一电压跟随器的输入端子连接，所述第二低通滤波电路的输出端子与主控处理器模块的输入端子连接。本申请能够很好地保证脉搏微弱信号的真实有效放大，提高心率血氧仪的测试精度。
Description
技术领域
本实用新型属于脉搏信号监测技术领域，具体涉及一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路。
背景技术
近年来，随着微电子技术的快速发展和人类生活水平的不断提高，可穿戴的健康监测设备越来越受到人们的关注，目前，可穿戴心率血氧仪大多采用手表、手环或者指夹式设计，心率血氧仪首先基于光电容积脉搏波描记法(PPG)的原理检测经过人体血管和组织反射或透射、吸收后的绿光、红光或红外光，得到脉搏波信号，然后经过计算得到心率，血氧数值，实现实时监测，由于手表、手环或者指夹式血氧仪是刚性的，与人体皮肤的贴合度差，在运动过程中易与皮肤产生相对位移，从而干扰脉搏波信号的测量，降低心率、血氧测量的降低准确度。
实用新型内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，采用柔性有机光电传感器采集信号，能够更好地贴合皮肤，利用型号为GS8634-SR的运算放大器和滤波处理电路对采集信号进行有效放大和滤波处理，能够很好地保证脉搏微弱信号的真实有效放大，提高心率血氧仪的测试精度。
本实用新型的目的是提供一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，包括：
用于获取脉搏波信号的脉搏波信号收集模块；
对所述脉搏波信号收集模块的输出信号进行处理的脉搏波信号处理模块；
接收所述脉搏波信号处理模块的输出信号，并进行信号存储和信号输出的主控处理器模块；其中：
所述脉搏波信号收集模块包括柔性有机光电传感器；所述脉搏波信号处理模块包括依次电连接的第一电压跟随器、第一反相输入一阶低通滤波电路、第一低通滤波电路、第二反相输入一阶低通滤波电路、第二电压跟随器和第二低通滤波电路；所述柔性有机光电传感器的信号输出端子通过数据线与第一电压跟随器的输入端子连接，所述第二低通滤波电路的输出端子与主控处理器模块的输入端子连接。
优选地，所述脉搏波信号收集模块包括光信号发射电路和光信号检测电路。
优选地，所述主控处理器模块包括华大半导体HC32F005系列芯片，所述华大半导体HC32F005系列芯片包括32MHz Cortex-M0+内核、32K字节Flash存储器、4K字节RAM存储器、外部晶振与内部时钟组成的时钟系统、ADC模数转换器。
优选地，所述主控处理器模块连接有与外设通讯用的串口通信模块。
优选地，串口通信模块包括CH340芯片。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型首先利用柔性有机光电传感器进行脉搏波信号的采集，与传统刚需材料相比较，柔性有机光电传感器能够更好地与皮肤贴合，保证测量的精度，然后利用脉搏信号放大电路和滤波处理电路对采集信号进行放大滤波处理，将微弱的采集信号首先进行放大，然后滤除噪声，最大程度地满足信号的准确性，最后通过主控处理器模块进行信号保存和输出。
本实用新型的主控处理器模块连接有与外设通讯用的串口通信模块，能够将采集的信号导出，或者是发送给其他外围电子设备。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例的电路图；
图2为本实用新型优选实施例中光信号发射电路的电路图；
图3为本实用新型优选实施例中光信号检测电路的电路图；
图4为本实用新型优选实施例中脉搏波信号处理模块所用的运算放大器的引脚图；
图5为本实用新型优选实施例中脉搏波信号处理模块的电路图；
图6为本实用新型优选实施例中主控处理器模块的电路图；
图7为本实用新型优选实施例中主控处理器模块与外设通讯用的串口通信模块连接电路图；
图8为利用本实用新型优选实施例测试得到的脉搏、心率、血氧测试结果示意图。
其中：101为脉搏波信号收集模块，102为脉搏波信号处理模块，103为主控处理器模块，104为串口通信模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1至图8所示，本实用新型的技术方案为：
一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，包括：
脉搏波信号收集模块101，用于获取脉搏波信号；通过检测人体血管和组织透射或反射、吸收后的衰减光，记录血管的搏动状态以测量并收集脉搏波信号；
脉搏波信号处理模块102，对所述脉搏波信号收集模块101的输出信号进行处理；用于对柔性有机光电传感器获得的脉搏信号进行放大、滤波处理，便于达到后续主控处理器接收信号的最小值，减少环境干扰；
主控处理器模块103，接收所述脉搏波信号处理模块102的输出信号，并进行信号存储和信号输出，主控处理器模块103接收和存储来自柔性光电探测器和脉搏波信号处理模块放大滤波的脉搏模拟信号，并将脉搏模拟信号转换为数字模拟信号，得到脉搏波波形，计算心率、血氧，同时复位电路、外部时钟电路等可以确保心率血氧仪系统持续工作；
串口通信模块104，用于主控处理器模块与电脑进行通信，实时展示脉搏波形，心率及血氧数值。
与传统的刚需传感器不同，本实施例中的所述脉搏波信号收集模块包括柔性有机光电传感器；柔性有机光电传感器能够更好地贴合皮肤，进而提高检测的精度；
所述脉搏波信号收集模块包括光信号发射电路和光信号检测电路。光信号发射电路发射红光、绿光或近红外光照射人体手指、手腕等位置，光信号检测电路检测人体手指、手腕等位置血管和组织透射或反射、吸收后的衰减光，以检测脉搏信号；
如图2所示为光信号发射电路，包括相互并联的两个LED灯D1和D2、三极管Q1、电阻、电感和电容等，电感FB1用于保护电路免受电源的干扰，电阻R1限制通过LED灯D1和D2的电流，保护其不被过流损坏，三极管Q1及其连接电阻的通断可实现对LED的亮灭控制，电容C1可用于去除高频噪声。
如图3所示为光信号检测电路，光信号检测电路包括限流电阻R4、光电传感器PD和放大电阻R5，限流电阻R4保护光电传感器PD不被电流损坏，光电传感器PD将光信号转化为电信号，放大电阻R5起到放大电流信号的作用，增加检测灵敏度。
如图4所示为脉搏波信号处理模块所用的运算放大器的引脚图；
图5所示为脉搏波信号处理模块的电路图，从左到右依次为：
电压跟随器，起到阻抗匹配、缓冲和隔离的作用；
反相输入一阶低通滤波电路，起到滤除高频噪声和放大信号的作用；
低通滤波电路，只通过低频信号，高频信号不予放大；
反相输入一阶低通滤波电路进行二次放大和滤波；
电压跟随器，起到电压跟随和缓冲的作用；
低通滤波电路，进一步滤除可能存在的高频信号和干扰信号，以提高信号的纯净度和稳定性。
如图6所示，所述主控处理器模块，用于接收和存储来自柔性光电探测器和脉搏波信号处理模块处理后的脉搏模拟信号，并将其转换为数字模拟信号，实现对脉搏波的绘制，脉搏及血氧的计算。同时复位电路、外部时钟电路等可以确保心率血氧仪系统持续工作；所述主控处理器模块包括华大半导体HC32F005系列芯片，所述华大半导体HC32F005系列芯片包括32MHz Cortex-M0+内核、32K字节Flash存储器、4K字节RAM存储器、外部晶振与内部时钟组成的时钟系统、ADC模数转换器；可接收和存储来自柔性光电探测器接收和脉搏波信号处理模块放大滤波的脉搏模拟信号，确保心率血氧仪系统持续工作，实现心率血氧的无间断连续测量。
如图7所示，所述主控处理器模块连接有与外设通讯用的串口通信模块。所述串口通信模块，可与电脑进行通信，将脉搏波信号处理模块得到的脉搏波波形、心率与血氧数据传输给电脑，以进行实时显示；所述串口通信模块使用CH340芯片，可以将接收来自主控处理器模块的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给主控处理器模块的器件，在本实施例中，串口通信模块主要用于实时接收脉搏波形，心率及血氧数值以供上位机显示，显示结果如图8所示。
以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，包括用于获取脉搏波信号的脉搏波信号收集模块(101)；其特征在于，还包括：
对所述脉搏波信号收集模块(101)的输出信号进行处理的脉搏波信号处理模块(102)；
接收所述脉搏波信号处理模块(102)的输出信号，并进行信号存储和信号输出的主控处理器模块(103)；其中：
所述脉搏波信号收集模块(101)包括柔性有机光电传感器；所述脉搏波信号处理模块(102)包括依次电连接的第一电压跟随器、第一反相输入一阶低通滤波电路、第一低通滤波电路、第二反相输入一阶低通滤波电路、第二电压跟随器和第二低通滤波电路；所述柔性有机光电传感器的信号输出端子通过数据线与第一电压跟随器的输入端子连接，所述第二低通滤波电路的输出端子与主控处理器模块(103)的输入端子连接。
2.根据权利要求1所述的可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，其特征在于，所述脉搏波信号收集模块(101)包括光信号发射电路和光信号检测电路。
3.根据权利要求1所述的可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，其特征在于，所述主控处理器模块包括华大半导体HC32F005系列芯片，所述华大半导体HC32F005系列芯片包括32MHz Cortex-M0+内核、32K字节Flash存储器、4K字节RAM存储器、外部晶振与内部时钟组成的时钟系统、ADC模数转换器。
4.根据权利要求1所述的可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，其特征在于，所述主控处理器模块连接有与外设通讯用的串口通信模块(104)。
5.根据权利要求4所述的可穿戴柔性心率血氧仪用的信号处理电路，其特征在于，所述串口通信模块(104)包括CH340芯片。
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