一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法，该系统包括检测器壳体以及设置在检测器壳体内部的检测电路板和检测槽；检测槽的两侧设置有红外二极管阵列，检测槽的底部设置有斜台，斜台上方设置有倾斜滤光片，且倾斜滤光片与斜台的上表面相互平行；倾斜滤光片与斜台之间设置有空腔，该空腔内设置有图像采集模块和光电容积脉搏检测电路；检测槽与倾斜滤光片倾斜底部的连接位置设置有指尖腔，指尖腔内部设置有手指开关。本发明专利技术使用方便、防尘防灰，可以连续、无创、实时地监测人体心率、血氧、血红蛋白浓度等多相人体信息，同时可以方便、快速的采集用户静脉图像，实现了高效、准确的无创检测，广泛适用于医院体检测量。

Embedded human physiological information non-invasive detection system and data processing method

The invention discloses an embedded human physiological information noninvasive detection system and data processing method, the system comprises a detector casing and the detector inside the casing detection circuit board and the detection groove groove is arranged on both sides; detection of infrared diode array, is arranged at the bottom of the detection groove inrun, tilt filter is set above the diagonal on the surface, and the inclined ramp filter and parallel to each other; a cavity is arranged between the filter and the tilt ramp, the cavity is arranged in the image acquisition module and pulse detection circuit; the detection groove and inclined inclined bottom connection filter is arranged inside the cavity cavity of finger, finger finger switch. The invention has the advantages of convenient use, dust and ash, can be continuous, noninvasive, real-time monitoring of human heart rate, oxygen saturation, hemoglobin concentration and phase information of the human body, the user can collect the vein image conveniently and quickly at the same time, achieve the efficient and accurate detection, widely used in hospital medical measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法
本专利技术涉及光电传感器
，尤其涉及一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法。
技术介绍
随着电子科技的发展，嵌入式系统的应用已经渗透到各个行业，如网络通信、消费电子、工业控制等，特别是在数字医疗方面得到了广泛的应用。将嵌入式技术与生物医学信号处理技术结合起来，是今后数字医疗仪器发展的必然趋势。心率、血压、血氧饱和度和血红蛋白等生理信号的无创便捷检测，在手术、输血、献血、营养普查等方面具有重要的意义。传统的检测方法检测步骤复杂(血压测量)，或者需要进行破皮取血(血红蛋白浓度检测)，不仅对受测者造成了生理及心理上的负担，且无法连续、实时地检测血红蛋白浓度的变化情况。光电容积脉搏波(photoplethysmographic,PPG)信号中包含很多人体生理信息，例如心率和血氧，因此利用光电容积脉搏波信号提取心率和血氧得到了广泛的应用。光电容积脉搏波(PPG)是指通过光学构件获得体积器官测量。常常采用脉搏血氧计，其检测人类皮肤的光吸收性质的改变。典型地，透射或反射血液PPG传感器通过特定波长处的吸收测量来监视血液向皮肤的真皮和皮下组织的灌注。传统的脉搏波检测系统存在电路结构复杂、功耗较高等问题。同时，光电容积脉搏波信号极易受到运动干扰的影响，严重影响心率和血氧饱和度检测的准确性，尤其当光电容积脉搏波中包含突变波形时，利用传统的算法得到的结果并不理想。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中脉搏波检测系统存在电路结构复杂、功耗较高的缺陷，提供一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种嵌入式人体生理信息无创检测系统，包括检测器壳体以及设置在检测器壳体内部的检测电路板和检测槽；其中：检测槽的两侧设置有红外二极管阵列，检测槽的底部设置有斜台，斜台上方设置有倾斜滤光片，且倾斜滤光片与斜台的上表面相互平行；倾斜滤光片与斜台之间设置有空腔，该空腔内设置有图像采集模块和光电容积脉搏检测电路；检测槽与倾斜滤光片倾斜底部的连接位置设置有指尖腔，指尖腔内部设置有手指开关；检测电路板包括控制器以及均与控制器相连的数据接口、存储电路和电源电路，红外二极管阵列、图像采集模块、光电容积脉搏检测电路和手指开关均与控制器相连；光电容积脉搏检测电路包括多波长LED阵列、驱动电路、光电探测器和信号处理电路，多波长LED阵列通过驱动电路与控制器相连，光电探测器通过信号处理电路与控制器相连。进一步地，本专利技术的检测器壳体的顶部设置有滑轨，检测槽上方设置有滑盖，滑盖与滑盖滑动连接。进一步地，本专利技术的图像采集模块采用CCD摄像头或COMS摄像头，图像采集模块与控制器之间通过SPI总线连接；红外二极管阵列采用近红外式红外二极管，红外二极管阵列采用PWM方式驱动；光电容积脉搏检测电路中的驱动电路与控制器之间通过SPI总线连接；存储电路采用SD存储电路；电压电路的供电电压为+5V；手指开关采用微动开关。进一步地，本专利技术的多波长LED阵列包括8组LED，8组LED呈圆形排列，8组LED分别为第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、第五LED、第六LED、第七LED和第八LED；其中，第一LED选择610nm波段，第二LED选择630nm波段，第三LED选择660nm波段，第四LED选择690nm波段，第五LED选择750nm波段，第六LED选择805nm波段，第七LED选择850nm波段，第八LED选择940nm波段；将8组LED依次分为4对：第一LED和第二LED的阴阳极对接，由第一LED和第二LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第三LED和第四LED的阴阳极对接，由第三LED和第四LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第五LED和第六LED的阴阳极对接，由第五LED和第六LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第七LED和第八LED的阴阳极对接，由第七LED和第八LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；光电探测器设置在8组LED的中心位置，8组LED均匀分布在光电探测器的四周。进一步地，本专利技术的驱动电路包括多路转换开关和光源驱动电路，控制器依次通过光源驱动电路和多路转换开关与多波长LED阵列相连；光源驱动电路采用H桥式电路，多路转换开关采样差分连接方式，4对LED中每一对的两个引脚分别与差分式多路转换开关中成对的差分通道连接。进一步地，本专利技术的信号处理电路包括放大电路、多路复用器、低筒滤波器和模数转换器，光电探测器依次通过放大电路、多路复用器、低筒滤波器和模数转换器后与控制器相连；放大电路采用跨阻抗放大电路，多路复用器采用多路选择开关。进一步地，本专利技术的检测电路板还包括蓝牙电路，蓝牙电路包括超低电压微功耗MCU、基于LSB的蓝牙4.0芯片和发射天线，MCU电连接在控制器与蓝牙4.0芯片之间，发射天线与蓝牙4.0芯片相连；设置蓝牙4.0芯片的工作参数为：发射功率在-20dBm到+10dBm之间，采用GFSK调试方式，调制指数在0.45-0.55之间，跳频工作，1Mbps传输速率，有40个信道带宽为2M的通道，发射频率为2.4GHz；超低电压微功耗MCU最低工作电压为1.8V，休眠功耗为2nA；发射天线为PCB天线。本专利技术提供一种嵌入式人体生理信息无创检测系统的数据处理方法，通过上位机与嵌入式人体生理信息无创检测系统进行数据传输，该方法包括以下步骤：S1、通过上位机获取嵌入式人体生理信息无创检测系统采集到的光电容积脉搏波信号，并滤除信号中的高频噪声：采用FIR滤波、IIR滤波以及滑动平均滤波三种方法进行高频噪声的滤除；S2、滤除信号中的运动干扰：采用约束独立成分分析与自适应滤波相结合的方法来去除光电容积脉搏波信号中的运动伪迹，并通过自适应滤波恢复光电容积脉搏波信号的幅度信息，具体步骤为：S21、对原始采集的光电容积脉搏波信号进行带通滤波预处理，滤除信号中的高频噪声与直流成分；S22、根据光电容积脉搏波信号具有的拟周期性，以及运动伪迹的波形不规则性，采用自相关得到光电容积脉搏波信号的周期信息，将光电容积脉搏波信号分为两路，对其中一路光电容积脉搏波信号进行自相关运算，求出光电容积脉搏波信号周期信息，然后基于此周期信息产生约束独立成分分析的参考信号；S23、将经预处理后的两路光电容积脉搏波信号与步骤S22中得到的参考信号作为输入信号同时输入到约束独立成分分析算法中，得到不含运动干扰的光电容积脉搏波信号；S24、将步骤S23得到的不含运动干扰的光电容积脉搏波信号输入到自适应滤波器，作为自适应滤波器的参考信号，将带通滤波器预处理后的光电容积脉搏波信号作为自适应滤波器期望信号，经自适应滤波后得到去除了运动伪迹并含有幅度信息的两路光电容积脉搏波信号；S3、基线漂移：采用希尔伯特-黄变换法对滤除运动干扰后的信号进行处理，首先对信号进行经验模态分解得到本征模态函数，然后对各本征模态函进行希尔伯特变换，求出瞬时频率，最后将频率不合理的成分滤除后再进行重构得到滤除基线漂移后的信号；S5、校正模型建立：采用单隐藏层的BP神经网络模型进行回归建模分析，通过传统方法获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，包括检测器壳体(1)以及设置在检测器壳体(1)内部的检测电路板和检测槽；其中：检测槽的两侧设置有红外二极管阵列(6)，检测槽的底部设置有斜台，斜台上方设置有倾斜滤光片(5)，且倾斜滤光片(5)与斜台的上表面相互平行；倾斜滤光片(5)与斜台之间设置有空腔(4)，该空腔(4)内设置有图像采集模块(7)和光电容积脉搏检测电路(8)；检测槽与倾斜滤光片(5)倾斜底部的连接位置设置有指尖腔(9)，指尖腔(9)内部设置有手指开关(10)；检测电路板包括控制器以及均与控制器相连的数据接口、存储电路和电源电路，红外二极管阵列(6)、图像采集模块(7)、光电容积脉搏检测电路(8)和手指开关(10)均与控制器相连；光电容积脉搏检测电路(8)包括多波长LED阵列(81)、驱动电路、光电探测器(82)和信号处理电路，多波长LED阵列(81)通过驱动电路与控制器相连，光电探测器(82)通过信号处理电路与控制器相连。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，包括检测器壳体(1)以及设置在检测器壳体(1)内部的检测电路板和检测槽；其中：检测槽的两侧设置有红外二极管阵列(6)，检测槽的底部设置有斜台，斜台上方设置有倾斜滤光片(5)，且倾斜滤光片(5)与斜台的上表面相互平行；倾斜滤光片(5)与斜台之间设置有空腔(4)，该空腔(4)内设置有图像采集模块(7)和光电容积脉搏检测电路(8)；检测槽与倾斜滤光片(5)倾斜底部的连接位置设置有指尖腔(9)，指尖腔(9)内部设置有手指开关(10)；检测电路板包括控制器以及均与控制器相连的数据接口、存储电路和电源电路，红外二极管阵列(6)、图像采集模块(7)、光电容积脉搏检测电路(8)和手指开关(10)均与控制器相连；光电容积脉搏检测电路(8)包括多波长LED阵列(81)、驱动电路、光电探测器(82)和信号处理电路，多波长LED阵列(81)通过驱动电路与控制器相连，光电探测器(82)通过信号处理电路与控制器相连。2.根据权利要求1所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，检测器壳体(1)的顶部设置有滑轨(3)，检测槽上方设置有滑盖(2)，滑盖(2)与滑盖(3)滑动连接。3.根据权利要求1所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，图像采集模块(7)采用CCD摄像头或COMS摄像头，图像采集模块(7)与控制器之间通过SPI总线连接；红外二极管阵列(6)采用近红外式红外二极管，红外二极管阵列(6)采用PWM方式驱动；光电容积脉搏检测电路(8)中的驱动电路与控制器之间通过SPI总线连接；存储电路采用SD存储电路；电压电路的供电电压为+5V；手指开关采用微动开关。4.根据权利要求1所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，多波长LED阵列(81)包括8组LED，8组LED呈圆形排列，8组LED分别为第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、第五LED、第六LED、第七LED和第八LED；其中，第一LED选择610nm波段，第二LED选择630nm波段，第三LED选择660nm波段，第四LED选择690nm波段，第五LED选择750nm波段，第六LED选择805nm波段，第七LED选择850nm波段，第八LED选择940nm波段；将8组LED依次分为4对：第一LED和第二LED的阴阳极对接，由第一LED和第二LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第三LED和第四LED的阴阳极对接，由第三LED和第四LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第五LED和第六LED的阴阳极对接，由第五LED和第六LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；第七LED和第八LED的阴阳极对接，由第七LED和第八LED的阴阳极的两个对接处分别引出两个引脚连接驱动电路；光电探测器(82)设置在8组LED的中心位置，8组LED均匀分布在光电探测器(82)的四周。5.根据权利要求4所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，驱动电路包括多路转换开关和光源驱动电路，控制器依次通过光源驱动电路和多路转换开关与多波长LED阵列(81)相连；光源驱动电路采用H桥式电路，多路转换开关采样差分连接方式，4对LED中每一对的两个引脚分别与差分式多路转换开关中成对的差分通道连接。6.根据权利要求4所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，信号处理电路包括放大电路、多路复用器、低筒滤波器和模数转换器，光电探测器(82)依次通过放大电路、多路复用器、低筒滤波器和模数转换器后与控制器相连；放大电路采用跨阻抗放大电路，多路复用器采用多路选择开关。7.根据权利要求1所述的嵌入式人体生理信息无创检测系统，其特征在于，检测电路板还包括蓝牙电路，蓝牙电路包括超低电压微功耗MCU、基于LSB的蓝牙4.0芯片和发射天线，MCU电连接在控制器与蓝牙4.0芯片之间，发射天线与蓝牙4.0芯片相连；设置蓝牙4.0芯片的工作参数为：发射功率在-20dBm到+10dBm之间，采用GFSK调试方式，调制指数在0.45-0.55之间，跳频工作，1Mbps传输速率，有40个信道带宽为2M的通道，发射频率为2.4GHz；超低电压微功耗MCU最低工作电压为1.8V，休眠功耗为2nA；发射天线为PCB天线。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，刘华宜，余建华，邵璐，
申请(专利权)人：国家电网公司，武汉电力职业技术学院，
类型：发明
国别省市：北京,11