一种测量心率的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种测量心率的方法及其装置，所述基于3D加速度传感器测量心率的方法包括以下步骤：使用3D加速度传感器分别采集x轴、y轴、z轴的加速度值，分别为ax、ay、az；对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，得到滤波后的数值分别为fax、fay、faz；每隔时间Δt分别计算一次时间Δt内滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，取平均值最大的一个为mfa；对mfa进行中心削波处理，得到削波后的值为mfax；对mfax进行有效心率搜索，计算心率值。本发明专利技术在提高精度的同时减轻了运算量，扩大运用场景；可将算法植入各类8位单片机内，降低所需处理器的成本。

A method and device for measuring heart rate

The invention discloses a method for measuring heart rate and a device thereof. The method for measuring heart rate based on a 3D acceleration sensor comprises the following steps: acquiring the acceleration values of the X axis, Y axis and Z axis respectively by a 3D acceleration sensor, ax, ay and az, and performing numerical high-pass digital filtering on ax, ay and AZ to obtain the filtered number. The values of fax, Fay and FAZ were calculated respectively; the average absolute values of fax, Fay and FAZ were calculated in time delta T every other time delta t, and the maximum one was mfa; MFA was processed by central clipping to get the value of mfax; mfax was searched by effective heart rate, and the heart rate was calculated. The invention can improve the precision, reduce the amount of calculation and expand the application scene, and implant the algorithm into all kinds of 8-bit microcontroller to reduce the cost of the processor.

【技术实现步骤摘要】
一种测量心率的方法及其装置
本专利技术涉及心率测试量方法及其装置
，具体地说是一种基于3D加速度传感器测量心率的方法及其装置。
技术介绍
目前，通用的测量心率的方法是使用专用的心率传感器进行分析计算。现有技术中，也存在较多通过加速度传感器对心率进行测量的方法，但是，这种现有的测量方法仅仅只是起到测量的作用而已，并未要求其精度及低运算量。如中国专利申请CN201510752717.6公开一种基于加速度传感器预测运动过程心率的方法及装置，通过加速度传感器采集受测对象运动过程产生的加速度矢量来计算心率，测量精度仅能满足普通训练要求，并且算法的运算量也较大。又如中国专利申请CN201610980121.6公开一种生理信号采集装置和方法，采用重力传感器进行信号采集并进行滤波放大处理来提高测量精度，是通过硬件的方式实现测量精度的提高，并未给出提高精度的软件方法。因此，因此如何设计一种高精度低运算量的测量心率的算法，有待进一步解决。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术公开一种测量心率的方法及其装置。本专利技术为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：一种测量心率的方法，包括以下步骤：步骤一：使用3D加速度传感器分别采集人体在x轴、y轴、z轴方向上的运动加速度值，分别为ax、ay、az；步骤二：对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，得到滤波后的数值分别为fax、fay、faz；步骤三：每隔时间Δt分别计算一次时间Δt内滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，取平均值最大的一个为mfa；步骤四：对mfa进行中心削波处理，得到削波后的值为mfax；步骤五：对mfax进行有效心率搜索，计算心率值；其中，步骤二所述数值高通数字滤波公式为yn＝xn-(xn-3+xn-2+xn-1+xn+1+xn+2+xn+3)/6，其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn滤波后的值；步骤四所述中心削波公式为其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn削波后的值，cL为削波的阀值，xn最大幅度的1/2为xmax，xn所有采样值的绝对平均值的两倍为xarg，cL取值为xmax与xarg中较小的一个；步骤五所述有效心率搜索的方法为：mfax的最大幅值为mmfax；单位时间内mfax的最大值与最小值相差超过mmfax/2，则为一个有效心率；计算一分钟内有效心率个数，即为心率值。进一步地，步骤一所述3D加速度传感器分别采集x轴、y轴、z轴的加速度值的采集频率为50Hz。进一步地，步骤一所述3D加速度传感器放置于人体左胸上，采集心脏跳动带动人体左胸动作的加速度。进一步地，步骤三所述时间Δt为10秒。进一步地，所述单位时间为0.1s。一种测量心率的装置，采用了以上所述的一种测量心率的方法。进一步地，包括3D加速度传感器、处理器、无线传输模块和电源，所述电源分别与所述3D加速度传感器、所述处理器及所述无线传输模块连接，为其供电；所述3D加速度传感器采集心脏跳动带动人体体动信号，传输至所述处理器进行处理和计算，所述处理器把计算结果通过所述无线传输模块以无线方式传输至后台上存储或计算。进一步地，所述无线传输模块为2.4G无线模块或蓝牙模块。进一步地，所述3D加速度传感器为3D陀螺仪。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出了一种测量心率的方法及其装置，使用3D加速度传器采集人体由心脏跳动引起的左胸运动的加速度，通过对其进行滤波、求平均和削波处理得到有效心率值，测量算法在极大提高精度的同时，也大大减轻了运算量，扩大运用场景；可将算法植入各类8位单片机内，降低了所需处理器的成本。此方法和装置可广泛运用于各种智能穿戴设备当中。附图说明图1是本专利技术一种测量心率的方法流程图；图2是本专利技术一种测量心率的装置的原理框图；图3是3D加速度传感器采集到的原始数据波形图；图4是数据经过数值高通滤波处理后的波形图；图5是数据经过中心削波处理后的波形图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，但需要说明的是，实施例并不对本专利技术要求保护范围的构成限制。如图1所示，一种测量心率的方法流程图，包括以下步骤：步骤一：使用3D加速度传感器分别采集人体在x轴、y轴、z轴方向上的运动加速度值，分别为ax、ay、az；步骤二：对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，得到滤波后的数值分别为fax、fay、faz；步骤三：每隔时间Δt分别计算一次时间Δt内滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，取平均值最大的一个为mfa；步骤四：对mfa进行中心削波处理，得到削波后的值为mfax；步骤五：对mfax进行有效心率搜索，计算心率值。实施例一，将测量装置置于人体左胸口上，即心脏上方，可通过放入口袋、粘贴或绑带固定等方式固定在胸口上。3D加速度传感器以50Hz的频率对人体的体动进行采集，采集的原始数据通过有线传输发送到处理器进行计算。由于心跳信号是一个突变的，用50Hz的频率采样，正好可以捕捉这个突变过程，也就是一个心跳。3D加速度传感器采集到的人体在x轴、y轴、z轴方向上的运动加速度值ax、ay、az，如图3所示；处理器对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，高通数字滤波公式为yn＝xn-(xn-3+xn-2+xn-1+xn+1+xn+2+xn+3)/6，即把采样点的当前值减去该点前后各三个采样点的平均值，这样，就可以保留突变的有效信号，把其它信号滤掉，滤波后的值为fax、fay、faz，如图4所示；然后每10秒计算一次滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，10秒内每个轴上有500个采样点，分别计算每个轴上500个采样点的绝对值的平均值为mfax、mfay、mfaz，三者之中的最大值对应的那个轴的心跳信号最强烈，所以以这个轴进行进一步计算准确性最高，又免去了过多的运算时间。假设mfax最大，即选取对应的X轴数据进行计算。由于快速计算得出的滤波值干扰较多，所以需继续对mfax进行中心削波，中心削波公式为其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn削波后的值，cL为削波的阀值，xn最大幅度的1/2为xmax，xn所有采样值的绝对平均值的两倍为xarg，cL取值为xmax与xarg中较小的一个。经过中心削波处理后，得到mfax信号波形如图5所示；从图5可以看出，中心削波后心率波动非常明显，可以进行有效心率搜索。有效心率搜索的方法为：设置包络线阈值生成心率信号包络线，包络线阈值在开始时有一个预设值，而后下一个心率阈值至少要大于上一个心率阈值的1/2，3秒未发现则重设预设值，在心率信号包络线范围内搜索有效心率；心率波形mfax的最大幅值为mmfax；0.1s内mfax的最大值与最小值相差超过mmfax/2，则为一个有效心率；计算一分钟内有效心率个数，即为测量心率值。还可以对多个测量结果求平均，进一步提高测量精度。本专利技术提出的一种测量心率的方法，使用软件滤波的方法，可靠性高、稳定性好；通过数字滤波、求平均、中心削波和取最大值的方法提高心率测量精度和降低运算量，使算法能植入各类8位单片机内使用，降低了所需处理器的成本。此方法可广泛运用于各种智能穿戴设备当中。如图2所示，一种测量心率的装置的原理框图，包括3D加速度传感器、处理器、无线传输模块和电源，所述电源分别与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量心率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：使用3D加速度传感器分别采集人体在x轴、y轴、z轴方向上的运动加速度值，分别为ax、ay、az；步骤二：对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，得到滤波后的数值分别为fax、fay、faz；步骤三：每隔时间Δt分别计算一次时间Δt内滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，取平均值最大的一个为mfa；步骤四：对mfa进行中心削波处理，得到削波后的值为mfax；步骤五：对mfax进行有效心率搜索，计算心率值；其中，步骤二所述数值高通数字滤波公式为yn＝xn‑(xn‑3+xn‑2+xn‑1+xn+1+xn+2+xn+3)/6，其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn滤波后的值；步骤四所述中心削波公式为

【技术特征摘要】
1.一种测量心率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：使用3D加速度传感器分别采集人体在x轴、y轴、z轴方向上的运动加速度值，分别为ax、ay、az；步骤二：对ax、ay、az进行数值高通数字滤波，得到滤波后的数值分别为fax、fay、faz；步骤三：每隔时间Δt分别计算一次时间Δt内滤波值fax、fay、faz的绝对值的平均值，取平均值最大的一个为mfa；步骤四：对mfa进行中心削波处理，得到削波后的值为mfax；步骤五：对mfax进行有效心率搜索，计算心率值；其中，步骤二所述数值高通数字滤波公式为yn＝xn-(xn-3+xn-2+xn-1+xn+1+xn+2+xn+3)/6，其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn滤波后的值；步骤四所述中心削波公式为其中，n为采样值序号，yn表示第n个采样值xn削波后的值，cL为削波的阀值，xn最大幅度的1/2为xmax，xn所有采样值的绝对平均值的两倍为xarg，cL取值为xmax与xarg中较小的一个；步骤五所述有效心率搜索的方法为：mfax的最大幅值为mmfax；单位时间内mfax的最大值与最小值相差超过mmfax/2，则为一个有效心率；计算一分钟内有效心率个数，即为心率值。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢辉雄，霍立福，吴衡，
申请(专利权)人：广东中科慈航信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44