可穿戴式心率检测系统的设计-论文.pdf

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1、《自动化与仪器仪表}2015年2期(总第184期)可穿戴式心率检测系统的设计张家盛，张加岭，禹东川‘，李杨韬(东南大学学习科学研究中心江苏南京，210096)(。东南大学电气工程学院江苏南京。210096)摘要：针对当前心率检测仪稳定性差、功耗大、体积大等缺陷，设计一种实用性强的可穿戴式心率检测方案。本文详细介绍了脉搏信号采集电路设计，并以STM32芯片为控制核心，利用三轴加速度计获取噪声源构建自适应滤波器来消除运动干扰，对处理后数据存储、计算与结果显示，实现了对心率实时、连续、可靠的检测，展示了可穿戴设备在医疗、运动、健康等领

2、域的美好应用前景。关键词：可穿戴；心率检测；三轴加速度计；自适应滤波DOl编码：10．14016／j．cnki．1001．9227．2015．02．107Abstract：Duetothedefectsofthecurrentheartratemonitorsuchaspoorstability,powerconsumption，largesize，apracticalwearableheartratedetectionsystemisdesigned．Thispaperintroducesthepulsesignalacqui

3、sitioncircuitdesignindetail，andtakestheSTM32chipasitsMCU，thenuses3-axisaccelerometerasnoisesourcetobuildadaptivefiltertoeliminatethemotioninterfer-ence．Thecollectedsignalisprocessed，stored，computedanddisplayedonthescreen，thereal-time，continuous，reliabledetectionofhea

4、rtrateisrealized．Thispapershowsagoodapplicationprospectofthewearabledeviceinthefieldofhealthcare，sports，andhealth．Keywords：Wearable；Heartratedetection；3-axisaccelerometer；Adaptivefiltering中图分类号：TN98文献标识码：A文章编号：1001-9227(2015)02-0107-030引言容量随心脏搏动以“脉冲”方式流动，皮下组织的半透明度也近年

5、来，可穿戴医疗设备发展迅猛，各大公司纷纷布局以不断变化，光信号经血液吸收、反射、透射等过程后，光电期抢占巨大的市场蛋糕。可穿戴设备由于具有便携式、非侵入二极管的电信号变化周期就是脉搏率。系统整体结构包括前端的特点，特别适合用于监测生理指标、记录数据、动态观察等信号采集、蓝牙4．0无线传输、电源管理、显示存储、三轴加需求，加之我国医疗资源分布的不平衡和政府的大力支持，可速度计等部分。设计中检测部位选择血液循环丰富且易于固定穿戴医疗设备已经成为医疗电子行业未来新的增长点和爆发的手指尖，光电二极管将指尖血容积变化转换成光电流，进而点。

6、心率测量是医学检查的必查项目之一，是反映血液循环机经前端调理电路提取出脉搏信号，系统选用MCU(即能的重要生理指标，对其进行长时间准确的记录有着重要的医STM32F1031自带的ADC进行信号采样。因采集的信号易受人学意义。本文将设计一种可随身佩戴、低功耗、可长时间记录体运动干扰影响，引起测量结果失真，设计中引入了3轴加速显示的高性价比心率检测仪。度计获取运动伪影噪声，以便后续进一步处理。STM32将采集的信号经数字滤波、消噪后存储在TF卡中，同时进行心率计1系统结构算和显示，可以选择通过蓝牙4．0将保存的数据实时无线传输心率是

7、指人体心脏每分钟跳动的次数，其值因人而异，并到上位机进行医学信息分析，整个系统采用聚合物锂电池且即使是同一个人在不同状态下，其值也不尽相同，通常，人供电。在安静或睡眠状态时心率较慢，运动、情绪焦虑或病情发作时心率过快，正常成年人心率值在75次／分左右。目前心率测量2系统硬件设计方法主要分为三种：一是通过压力传感器测到的波动来计算脉2．1前端模拟电路设计率，往往和测血压连用⋯；二是从心电图中提取相邻R波波峰信号采集电路如图1所示，940nm的红外光透过指尖照射间隙；三是采用光电容积脉搏波描记法-引。前两种方法成本到光电二极管时，产

8、生光电效应，输出的微弱电流经过流压转高、体积大、佩戴不便，长时间使用会增加使用者生理和心理换电路转换成电压值。脉搏信号属于信噪比低的低频微弱信上的不舒适感。而光电容积法具有测量方法简单、佩戴方便、号，为了减小低频失真和抑制测量参数外的其他干扰，要求跨可靠性高等特