[發明專利]一種基于多通道的睡眠體征信號采集裝置及數據處理方法

在審

• 申請號: 201710713223.6
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107510443A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 孫琪;何德魯;高學江
• 申請（專利權）人: 浙江舒眠科技有限公司;喜臨門家具股份有限公司
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙)33206
• 代理人: 竺琪明

技術領域

本發明涉及傳感器技術和智能家居領域，具體涉及一種基于多通道的睡眠體征信號采集裝置及數據處理方法。

背景技術

無源壓力傳感帶采集的原始壓電信號微弱，易受電路噪聲的干擾。若未經過放大濾波處理，微控制器很難識別處理壓電信號。但是現有絕大多數安裝在床墊中的壓力傳感帶信號處理放大電路的放大倍數是固定不變的，并不適用于一年四季各種情況，因為夏天床墊上的床單薄，冬天床墊上的床單厚，適用于夏天的放大倍數相對于冬天而言可能偏小，不能靈敏精確地采集壓力信號，且會丟失一部分信號。

另外，無源壓力傳感帶可采集體動信號、心率信號和呼吸率信號，若將所有信號輸出一路由微控制器進行算法處理，則會大大增加算法的復雜度，降低系統的執行效率和容錯性，且增加了微控制器的能耗開銷，對于一些微控制器還會出現發熱發燙等現象，特別是安裝在床墊中，發熱發燙可能會導致電路損壞，影響系統的正常運行。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供一種基于多通道的睡眠體征信號采集裝置及數據處理方法，系統對體動信號、心率信號和呼吸率信號進行分離處理，分三路輸出由微控制器單元模塊進行單獨的算法處理，且可通過數字電位器程控模塊進行信號放大倍數控制，以降低信號處理算法的復雜度和能耗開銷，增加系統的執行效率和容錯性，擴寬系統的適用范圍和適用場景。

本發明通過以下方式實現：一種基于多通道的睡眠體征信號采集裝置，包括無源壓力傳感帶、多通道信號分離處理模塊、微控制器單元模塊、數字電位器程控模塊、無線通信單元模塊及供電單元模塊，其中，所述的無源壓力傳感帶與多通道信號分離處理模塊通連，所述的多通道信號分離處理模塊、無線通信單元模塊分別與所述的微控制器單元通連，所述的數字電位器程控模塊與所述的微控制器單元及多通道信號分離處理模塊通連，所述的供電單元模塊分別與所述的多通道信號分離處理模塊、微控制器單元、數字電位器程控模塊、無線通信單元模塊通連，所述的多通道信號分離處理模塊包括依次串聯的一級放大電路、一級低通濾波電路、二級放大電路、二級低通濾波電路、電壓基準調整電路、高通濾波電路以及三級放大電路，無源壓力傳感帶輸出的交流電信號經一級放大濾波電路后通過體動信號處理通道輸出至微控制器單元模塊，經過電壓基準調整電路處理的信號通過對應電壓跟隨放大電路后由呼吸信號處理通道輸出至微控制器單元模塊，經過三級放大電路處理的信號通過三級低通濾波電路、對應電壓跟隨放大電路后由心率信號處理通道輸出至微控制器單元模塊通連。系統對體動信號、心率信號和呼吸率信號進行分離處理，分三路輸出由微控制器單元模塊進行單獨的算法處理，且可通過數字電位器程控模塊進行信號放大倍數控制，以降低信號處理算法的復雜度和能耗開銷，增加系統的執行效率和容錯性，擴寬系統的適用范圍和適用場景。多通道信號分離處理模塊對無源壓力傳感帶輸出的信號進行多級處理并依次輸出用于計算人體呼吸頻率、心跳頻率以及體動信號的電信號，進而為后續配套設備提供人體狀態參數，便于后續配套設備根據人體實時狀態進行動作。

作為優選，所述的無源壓力傳感帶用于采集人體呼吸率信號、心率信號和體動信號，其輸出信號為交流信號。無源壓力傳感帶在使用時無需消耗電能，既安全，還方便使用。

作為優選，所述的多通道信號分離處理模塊用于多種特征信號的分離、濾波和放大處理；所述的微控制單元模塊接收來自多通道信號分離處理模塊的多路信號并進行模數轉換處理；所述的微控制單元模塊通過無線通信單元模塊與外界進行數據交流；所述的微控制單元模塊用于控制供電單元模塊輸出電壓；所述的微控制單元模塊通過數字電位器程控模塊控制多通道信號分離處理模塊的信號放大倍數。

作為優選，所述的無線通信單元模塊采用WiFi方式、藍牙方式、3G通信方式、4G通信方式、5G通信方式或者Zigbee方式。睡眠體征信號采集裝置通過無線通信單元模塊與后續設備進行數據交流，為后續設備提供準確的人體參數信息。

作為優選，所述的供電單元模塊的輸出由微控制器單元模塊通過I2C總線控制，輸出電壓類型包括+1.2V、+1.8V、-1.8V、+3.3V、-3.3V以及GND。供電單元模塊能為多通道信號分離處理模塊、微控制器單元模塊、數字電位器程控模塊、無線通信單元模塊獨立提供具有適應性電壓參數的電源，確保各模塊正常地獨立運轉。