技术领域
[0001] 本
发明涉及可穿戴设备领域，尤其涉及一种实时监测心率的可穿戴设备及其工作方法。
背景技术
[0002] 心率能较可靠地反映人体机能状况，能够为某些
疾病的早期发现提供依据,因此心率监测一直被认为是老年人应当长期进行的检查。监测心率的方法很多，较为常见的有压
力法、红外法、
电阻法和心电位法，其中较为专业并可应用于医学临床的是压力法和心电位法，但这两种方法都需要医学专业设备和专业知识才能测量，不当的使用方法会带来极大的误差。而红外法和电阻法常见于家庭应用的小型设备，但使用这两种方法的设备均属于临时测量设备，不能起到长期监控的作用，并且个体之间的测量误差差异较大。因此，提出了可穿戴式心率检测设备，然而当前已有的穿戴式心率检测设备，其原理通常采用简化的心电位法，即将多个含有金属丝的织物作为
电极紧密附着在
皮肤上来得到被测人员的心率，其至少存在以下问题：由于不能准确放置电极与人体的相对
位置，导致测量误差较大；由于电极必须紧贴人体的皮肤才能测量，降低了舒适度，不适合长期穿着和佩戴。
发明内容
[0003] 为解决
现有技术的不足，本发明提供一种实时监测心率的可穿戴设备及其工作方法。
[0004] 一方面，本发明提供一种实时监测心率的可穿戴设备，包括：穿戴主体和心率监测卡片；
[0005] 所述穿戴主体，用于用户穿戴并放置所述心率监测卡片；
[0006] 所述心率监测卡片，用于当用户穿戴所述穿戴主体时，实时监测所述用户的心率并进行分析。
[0007] 可选地，所述穿戴主体具体为穿戴上衣，所述穿戴上衣具有口袋；
[0008] 所述口袋，位于所述穿戴上衣的胸前靠左侧，用于放置所述心率监测卡片。
[0009] 可选地，所述心率监测卡片具体包括：压电
薄膜传感器、
信号放大
电路、
中央处理器、存储单元和通信单元；
[0010] 所述压电薄膜传感器，外露于所述心率监测卡片的一侧，用于贴近人体，实时感受用户心脏的跳动并产生微小
电信号；
[0011] 所述信号
放大器，用于将所述压电薄膜传感器产生的微小电信号放大为所述中央处理器可识别的电信号；
[0012] 所述中央处理器，用于在所述信号放大器放大的电信号中提取心率信号，并将所述心率信号保存至所述存储单元，或者通过所述通信单元将所述心率信号发送至终端设备；
[0013] 所述存储单元，用于存储所述中央处理器提取的心率信号；
[0014] 所述通信单元，用于将所述中央处理器得到的心率信号发送至终端设备。
[0015] 可选地，所述压电薄膜传感器与所述信号放大电路通过同轴
电缆相连；
[0016] 可选地，所述压电薄膜传感器与所述存储单元通过数字总线相连。
[0017] 可选地，所述通信单元，具体用于通过蓝牙、和/或无线WIFI、和/或ZigBee、和/或通用分组无线服务技术，将所述中央处理器得到的心率信号发送至终端设备。
[0018] 可选地，所述中央处理器，具体包括：信号采集模
块、滤波模块和异常分析模块；
[0019] 所述信号采集模块，用于在所述信号放大器放大的电信号中采集
数字量表示的信号；
[0020] 所述滤波模块，用于对所述信号采集模块采集的数字量表示的信号进行滤波处理得到心率信号和/或体动信号；
[0021] 所述异常分析模块，用于对所述滤波模块得到的信号进行
异常检测得到检测结果；
[0022] 所述存储单元，具体用于存储所述滤波模块得到的心率信号；
[0023] 所述通信模块，具体用于将所述滤波模块得到的心率信号发送至终端设备，并将所述异常分析模块得到的检测结果发送至终端设备。
[0024] 可选地，所述异常分析模块，具体包括：第一异常检测子模块、第二异常检测子模块和第三异常检测子模块；
[0025] 所述第一异常检测子模块，用于对所述滤波模块得到的信号类型进行检测，判断是否存在心脏骤停现象；
[0026] 所述第二异常检测子模块，用于对所述滤波模块得到的心率信号进行检测，判断是否存在非正常值的心率信号；
[0027] 所述第三异常检测子模块，用于基于一维
卷积神经网络对所述滤波模块得到的心率信号进行检测，判断是否存在病态的心拍。
[0028] 另一方面，本发明提供一种实时监测心率的可穿戴设备的工作方法，包括：
[0029] 当用户穿戴可穿戴设备的穿戴主体时，位于所述穿戴主体中的心率检测卡片实时监测所述用户的心率并进行分析。
[0030] 可选地，所述位于所述穿戴主体中的心率检测卡片实时监测所述用户的心率并进行分析，具体包括：
[0031] 位于所述穿戴主体中的心率监测卡片实时感受用户心脏的跳动并产生微小电信号；
[0032] 所述心率监测卡片对所述微小的电信号进行放大，并在放大后的电信号中提取心率信号和/或体动信号；
[0033] 所述心率监测卡片对提取的信号进行异常检测得到检测结果；
[0034] 所述心率监测卡片将提取的心率信号保存，并将所述检测结果发送给终端设备；或者所述心率监测卡片将提取的心率信号及所述检测结果发送给终端设备。
[0035] 可选地，所述在放大后的电信号中提取心率信号和/或体动信号，具体包括：
[0036] 所述心率监测卡片在放大后的电信号中采集的数字量表示的信号；
[0037] 所述心率监测卡片对所述数字量表示的信号进行滤波处理，将过滤掉的信号作为体动信号，并将保留的信号作为心率信号；
[0038] 可选地，所述心率监测卡片对提取的信号进行异常检测得到检测结果，具体包括：
[0039] 所述心率监测卡片对提取的信号类型进行检测，判断是否存在心脏骤停现象；
[0040] 所述心率监测卡片对所述心率信号进行检测，判断是否存在非正常值的心率信号；
[0041] 所述心率监测卡片基于一维卷积神经网络对所述心率信号进行检测，判断是否存在病态的心拍。
[0042] 本发明的优点在于：
[0043] 本发明中的心率监测可穿戴设备，一方面，其采用压电薄膜作为心率监测的传感器件，将其放置在穿戴主体胸前左侧的位置上，例如背心胸前左侧的位置上，并且仅需直径在5cm左右的压电薄膜即可完成心率信号的采集，其与人体的相对位置对测量数据不敏感，提高了检测
精度；同时，由于压电薄膜不需要与人体皮肤紧密贴合，提升了佩戴人员的舒适度，适合于24小时佩戴；另一方面，本发明中的心率监测可穿戴设备，能够对采集心率进行异常检测，并发送至终端设备，以使其他关注者能够及时的了解被监测人员的心率状态；同时，在异常检测的过程中，对心率的分析应用了卷积神经网络，提高了心率分析精度。
附图说明
[0044] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0045] 附图1为本发明提供的一种实时监测心率的可穿戴设备的组成
框图；
[0046] 附图2为本发明提供的实时监测心率的可穿戴设备中心率监测卡片的组成框图；
[0047] 附图3为本发明提供的心率监测卡片中中央处理器的组成框图。
具体实施方式
[0048] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0050] 根据本发明的实施方式，提供一种实时监测心率的可穿戴设备，如图1所示，包括：穿戴主体和心率监测卡片；
[0051] 穿戴主体，用于用户穿戴并放置心率监测卡片；
[0052] 心率监测卡片，用于当用户穿戴所述穿戴主体时，实时监测用户的心率并进行分析。
[0053] 根据本发明的实施方式，穿戴主体具体为穿戴上衣，穿戴上衣具有口袋；
[0054] 其中，口袋位于穿戴上衣的胸前靠左侧，用于放置心率监测卡片。
[0055] 例如，穿戴主体为穿戴背心。
[0056] 根据本发明的实施方式，如图2所示，心率监测卡片具体包括：压电薄膜传感器、信号放大电路、中央处理器、存储单元和通信单元，其中：
[0057] 压电薄膜传感器，外露于心率监测卡片的一侧，用于贴近人体，实时感受用户心脏的跳动并产生微小电信号；
[0058] 信号放大器，用于将压电薄膜传感器产生的微小电信号放大为中央处理器可识别的电信号；
[0059] 中央处理器，用于在信号放大器放大的电信号中提取心率信号，并将心率信号保存至存储单元，或者通过通信单元将心率信号发送至终端设备；
[0060] 存储单元，用于存储中央处理器提取的心率信号；
[0061] 通信单元，用于将中央处理器得到的心率信号发送至终端设备。
[0062] 优选地，在本实施例中，心率监测卡片被封装为直径约6cm，厚度约4mm的卡片。
[0063] 优选地，在本实施例中，压电薄膜传感器与信号放大电路通过同轴电缆相连；压电薄膜传感器与存储单元通过数字总线相连。
[0064] 可选地，在本实施例中，通信单元，具体用于通过蓝牙、和/或无线WIFI、和/或ZigBee、和/或通用分组无线服务技术，将中央处理器得到的心率信号发送至终端设备。
[0065] 其中，终端设备，可以为手机、电脑等
电子设备，还可以为远端的
云服务器等。
[0066] 进一步地，在本实施例中，如图3所示，中央处理器具体包括：信号采集模块、滤波模块和异常分析模块，其中：
[0067] 信号采集模块，用于在信号放大器放大的电信号中采集数字量表示的信号；
[0068] 滤波模块，用于对信号采集模块采集的数字量表示的信号进行滤波处理得到心率信号和/或体动信号；
[0069] 异常分析模块，用于对滤波模块得到的信号进行异常检测得到检测结果；
[0070] 对应地，存储单元，具体用于存储滤波模块得到的心率信号；
[0071] 对应地，通信模块，具体用于将滤波模块得到的心率信号发送至终端设备，并将异常分析模块得到的检测结果发送至终端设备。
[0072] 其中，滤波模块，具体用于：通过高通和低通两个
滤波器的组合对信号采集模块采集的数字量表示的信号进行滤波处理，将过滤掉的信号作为体动信号，并将保留的信号作为心率信号；
[0073] 在本实施例中，预设范围，具体为：高于3Hz和低于0.5Hz。
[0074] 进一步地，异常分析模块，具体包括：第一异常检测子模块、第二异常检测子模块和第三异常检测子模块，其中：
[0075] 第一异常检测子模块，用于对滤波模块得到的信号类型进行检测，判断是否存在心脏骤停现象；
[0076] 第二异常检测子模块，用于对滤波模块得到的心率信号进行检测，判断是否存在非正常值的心率信号；
[0077] 第三异常检测子模块，用于基于一维卷积神经网络对所述滤波模块得到的心率信号进行检测，判断是否存在病态的心拍。
[0078] 其中，第一异常检测子模块，具体用于：对滤波模块得到的信号类型进行检测，当检测到滤波模块仅得到体动信号，而未得到心率信号时，判定对应的用户存在心脏骤停现象；
[0079] 第二异常检测子模块，具体用于：对滤波模块得到的心率信号进行检测，判断其是否在预设心率范围内，是则判定不存在非正常的心率信号；否则判定存在非正常的心率信号；其中，预设心率范围，即正常心率范围，具体为：50～140次/分钟；
[0080] 进一步地，第二异常检测子模块具有学习功能，用于根据一定时间内滤波模块得到的心率信号自行修正对应用户的正常心率范围。
[0081] 第三异常检测子模块，具体用于：通过心拍R波检测方法对滤波模块得到的心率信号进行检测，得到预设范围的心拍信号，在得到的心拍信号中提取特征并输入训练后一维卷积神经网络进行计算，得到心拍检测结果；其中，当心拍检测结果为病态心拍时，心拍检测结果还包括心拍的病态类型。
[0082] 在本实施例中，预设范围的心拍信号，具体为R波前50毫秒及R波后150毫秒对应的心拍信号。
[0083] 本发明中的心率监测可穿戴设备，其采用压电薄膜作为心率监测的传感器件，其中，压电薄膜是一种新型的传感器件，当拉伸或弯曲一片压电薄膜时，薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号，并且同拉伸或弯曲的形变成比例；同时压电薄膜具有轻薄，柔软，寿命长和无源工作等特性。本发明中将其放置在穿戴主体胸前左侧的位置上，例如背心胸前左侧的位置上，并且仅需直径在5cm左右的压电薄膜即可完成心率信号的采集，其与人体的相对位置对测量数据不敏感，从而提高了检测精度；同时，由于压电薄膜不需要与人体皮肤紧密贴合，提升了佩戴人员的舒适度，适合于24小时佩戴。再者，本发明中的心率监测可穿戴设备，能够对采集心率进行异常检测，并发送至终端设备，以使其他关注者能够及时的了解被监测人员的心率状态；同时，在异常检测的过程中，对心率的分析应用了卷积神经网络，提高了分析精度。
[0084] 实施例二
[0085] 根据本发明的实施方式，提供一种实时监测心率的可穿戴设备的工作方法，包括：
[0086] 当用户穿戴可穿戴设备的穿戴主体时，位于穿戴主体中的心率检测卡片实时监测对应用户的心率并进行分析。
[0087] 根据本发明的实施方式，位于穿戴主体中的心率检测卡片实时监测用户的心率并进行分析，具体包括：
[0088] 步骤A1：位于穿戴主体中的心率监测卡片实时感受用户心脏的跳动并产生微小电信号；
[0089] 步骤A2：心率监测卡片对产生的微小的电信号进行放大，并在放大后的电信号中提取心率信号和/或体动信号；
[0090] 步骤A3：心率监测卡片对提取的信号进行异常检测得到检测结果；
[0091] 步骤A4：心率监测卡片将提取的心率信号保存，并将得到的检测结果发送给终端设备；或者心率监测卡片将提取的心率信号及得到的检测结果发送给终端设备。
[0092] 根据本发明的实施方式，步骤A2中，在放大后的电信号中提取心率信号，具体包括：
[0093] 步骤B1：心率监测卡片在放大后的电信号中采集的数字量表示的信号；
[0094] 步骤B2-2：心率监测卡片对采集的数字量表示的信号进行滤波处理得到心率信号。
[0095] 跟据本发明的实施方式，步骤A3，具体包括：
[0096] 步骤A3-1：心率监测卡片对提取的信号类型进行检测，判断是否存在心脏骤停现象；
[0097] 具体地，心率监测卡片对提取的信号类型进行检测，当检测到仅得到体动信号，而未得到心率信号时，判定对应的用户存在心脏骤停现象；
[0098] 步骤A3-2：心率监测卡片对提取的心率信号进行检测，判断是否存在非正常值的心率信号；
[0099] 具体地，心率监测卡片对提取的心率信号进行检测，判断其是否在预设心率范围内，是则判定不存在非正常的心率信号；否则判定存在非正常的心率信号；其中，预设心率范围，即正常心率范围，具体为：50～140次/分钟；
[0100] 进一步地，心率监测卡片具有学习功能，用于根据一定时间内提取的心率信号自行修正对应用户的正常心率范围。
[0101] 步骤A3-3：心率监测卡片基于一维卷积神经网络对提取的心率信号进行检测，判断是否存在病态的心拍。
[0102] 具体地，心率监测卡片通过心拍R波对提取的心率信号进行检测，得到预设范围的心拍信号，在得到的心拍信号中提取特征并输入训练后一维卷积神经网络进行计算，得到心拍检测结果；其中，当心拍检测结果为病态心拍时，心拍检测结果还包括心拍的病态类型。
[0103] 其中，预设范围的心拍信号，具体为R波前50毫秒及后150毫秒对应的心拍信号。
[0104] 进一步地，需要指出地，步骤A3-1至步骤A3-3的执行顺序可以任意互换，还可以同时执行，不分先后顺序。
[0105] 本发明中的心率监测可穿戴设备，一方面，其采用压电薄膜作为心率监测的传感器件，将其放置在穿戴主体胸前左侧的位置上，例如背心胸前左侧的位置上，并且仅需直径在5cm左右的压电薄膜即可完成心率信号的采集，其与人体的相对位置对测量数据不敏感，提高了检测精度；同时，由于压电薄膜不需要与人体皮肤紧密贴合，提升了佩戴人员的舒适度，适合于24小时佩戴；另一方面，本发明中的心率监测可穿戴设备，能够对采集心率进行异常检测，并发送至终端设备，以使其他关注者能够及时的了解被监测人员的心率状态；同时，在异常检测的过程中，对心率的分析应用了卷积神经网络，提高了分析精度。
[0106] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。
