一种基于心冲击信号检测的SOC集成电路的制作方法

一种基于心冲击信号检测的soc集成电路
技术领域
1.本实用新型涉及可穿戴技术领域，具体地，涉及一种基于心冲击信号检测的soc集成电路。


背景技术：

2.心血管疾病一直是人类的头号死因，而目前的心脏检测方法最常用的是利用ecg信号来进行，但ecg信号的检测需提前在人体涂抹耦合剂后附加电极，不难看出该方法是一种接触式检测，容易给测试者带来不适感，从而造成心理压力，影响检测准确性。因此，需要找到一种非接触式检测方法来解决这一问题。
3.心冲击（ballistocardiogram, bcg）信号是一种在人体表产生的微弱的振动信号，蕴含丰富的人体心血管信息，且可以通过非接触方式进行bcg信号采集，不会对测试者产生较大的心理压力，检测结果更为准确。但由于bcg信号本身比较微弱，且采集装置体积大，不利于心血管疾病的实时监测，因此，传统的心血管疾病的检测中bcg信号检测十分少见。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于心冲击信号检测的soc集成电路。该soc集成电路使得基于bcg信号的检测成为可能，且该soc集成电路集成于可穿戴的鞋垫中，实现鞋垫的智能化以及bcg信号的非接触式测量。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于心冲击信号检测的soc集成电路，所述soc集成电路设置于鞋垫上，包括：心冲击信号采集模块、soc集成电路模块和单片机模块；所述心冲击信号采集模块设置于鞋垫上，所述心冲击信号采集模块、soc集成电路模块和单片机模块依次连接；所述soc集成电路模块包括：电荷放大器、电压跟随器、电压比较器、带通滤波器和模数转换器；所述心冲击信号采集模块与电荷放大器连接，所述电荷放大器分别与电压跟随器、电压比较器连接，所述电压跟随器与电压比较器连接，所述电压比较器与带通滤波器、模数转换器顺序连接，所述模数转换器与单片机模块连接。
6.进一步地，所述心冲击信号采集模块为pvdf压电薄膜。
7.进一步地，所述心冲击信号采集模块的厚度为0.5mm~1mm。
8.进一步地，所述电荷放大器包括并联的第一电容器c1、第一电阻r1和第一运算放大器，所述心冲击信号采集模块的一根引线与第一运算放大器的同向输入端连接，另一根引线与第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的同向输入端还与电压跟随器连接，所述第一运算放大器的输出端与电压比较器连接。
9.进一步地，所述电压跟随器由第二电阻r2、第三电阻r3组成的电源分压电路和第二运算放大器组成，所述电源分压电路与第二运算放大器的同向输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与第一运算放大器的同向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与第一运算放大器的同向输入端连接。
10.进一步地，所述电压比较器包括：第三运算放大器、第二电容器c2、第三电容器c3、第四电阻r4、第五电阻r5；所述第二电容器c2、第三电容器c3并联后与第四电阻r4的一端串联，所述第四电阻r4的另一端分别与第五电阻r5的一端、第三运算放大器的反向输入端连接，所述第五电阻r5的另一端与第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端与带通滤波器连接，所述第三运算放大器的同向输入端与电荷放大器连接。
11.进一步地，所述第二电容器c2、第三电容器c3的负极与电源分压电路并联接地，所述第二电容器c2、第三电容器c3的正极分别与第二运算放大器的输出端、第一运算放大器的同向输入端连接。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的soc集成电路将采集的bcg信号经soc集成电路模块处理后，传送给单片机模块，单片机模块根据bcg信号判断出人的心脏健康状况，进行合理预警。本实用新型中的soc集成电路将心冲击信号采集模块、电荷放大器、电压跟随器、电压比较器、带通滤波器、模数转换器和单片机集成于一体，大大减小了bcg信号检测装置的体积和质量，同时可以将微弱的bcg信号进行放大、滤波，提高测量精度。本实用新型中将基于bcg信号检测的soc集成电路设置在鞋垫上，实现bcg信号的非接触式测量，该soc集成电路具有方便实用、成本低廉的特点，在心血管疾病的检测中具有广阔前景。
附图说明
13.图1为本实用新型基于心冲击信号检测的soc集成电路的结构示意图；
14.图2为本实用新型中soc集成电路模块的电路图。
具体实施方式
15.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
16.参见图1，为本实用新型基于心冲击信号检测的soc集成电路的结构示意图；该soc集成电路设置于鞋垫上，包括：心冲击信号采集模块、soc集成电路模块和单片机模块；心冲击信号采集模块设置于鞋垫上，心冲击信号采集模块、soc集成电路模块和单片机模块依次连接；本实用新型中所采用的心冲击信号采集模块为pvdf压电薄膜，将pvdf压电薄膜裁成鞋垫状，并粘黏在鞋垫下方，利用pvdf压电薄膜对动态应力具有高灵敏度的特性来采集测试者站立静止状态下的bcg信号，通过导电胶粘结电极上下表面将pvdf压电薄膜两端的电极引出，与soc集成电路模块连接，将采集的bcg信号传输给soc集成电路模块。由于鞋垫的厚度一般为2~3mm，为避免测试者产生不适感，本实用新型中将pvdf压电薄膜厚度设置为0.5~1mm。本实用新型中的soc集成电路将通过pvdf压电薄膜采集的bcg信号进行电荷放大、电压跟随、电压抬升、电压比较、滤波处理后，进行模数转换，最后传送给单片机模块，单片机模块判断出人的心脏健康状况，并进行预警。因此，本实用新型中的soc集成电路模块包括：电荷放大器、电压跟随器、电压比较器、带通滤波器和模数转换器；心冲击信号采集模块与电荷放大器连接，电荷放大器分别与电压跟随器、电压比较器连接，电压跟随器与电压比较器连接，电压比较器与带通滤波器bf、模数转换器顺序连接，模数转换器与单片机模块连接。
17.参见图2，为本实用新型soc集成电路的电路图，电荷放大器将心冲击信号采集模块采集的微弱电荷信号转换成电压信号，电荷放大器包括并联的200pf的第一电容器c1、100mω的第一电阻r1和第一运算放大器，心冲击信号采集模块的一根引线与第一运算放大器的同向输入端连接，另一根引线与第一运算放大器的反向输入端连接，第一运算放大器的同向输入端与电压跟随器连接，第一运算放大器的输出端与电压比较器连接。电压跟随器由10kω的第二电阻r2、10kω的第三电阻r3组成的电源分压电路和第二运算放大器组成，电源分压电路对供电电压vcc进行分压，给第二运算放大器的同向输入端输入一半的供电电压，第二运算放大器的输出端与第一运算放大器的同向输入端连接，构成电压抬升电路，抬升电压为1.65v，使输出电压满足模数转换器adc的电压转换范围；第二运算放大器的反向输入端与第一运算放大器的同向输入端连接。电压比较器包括：第三运算放大器、68μf的第二电容器c2、0.1μf的第三电容器c3、10kω的第四电阻r4、10kω的第五电阻r5；第二电容器c2、第三电容器c3并联后与第四电阻r4的一端串联，第四电阻r4的另一端分别与第五电阻r5的一端、第三运算放大器的反向输入端连接，第五电阻r5的另一端与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的输出端与带通滤波器bf连接，第三运算放大器的同向输入端与电荷放大器连接；第二电容器c2、第三电容器c3的负极与电源分压电路并联接地，第二电容器c2、第三电容器c3的正极分别与第二运算放大器的输出端、第一运算放大器的同向输入端连接。电压比较器作用在于将经过抬升叠加后的混合非正弦信号整形放大为占空比不同的矩形波波形，最终经输出端输出。该电压比较器采用了工频信号与bcg叠加的方式，当无bcg信号时，输出占空比约为50%的方波信号，当工频信号中拓载了bcg信号时，输出占空比变化的方波（大于50%）信号。其中，第一运算放大器、第三运算放大器的同向输入端均接入供电电压vcc，第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器的输出端接地。
18.由于经电压比较器输出端输出的矩形波信号中可能存在噪声等干扰信号，通过带通滤波器bf对其进行滤波处理，使检测结果更为准确，本实用新型中所采用的带通滤波器bf为使用理想运放的带通滤波器（供电电压为vcc），来实现带通滤波器bf的功能。将经过滤波处理的bcg信号传输至模数转换器中，本实用新型中所采用的模数转换器为逐次逼近型adc，供电电压为vcc，并接入一个基准电压v
ref
，该转换器将经滤波处理的bcg信号进行模数转换，将模拟信号转换为离散的数字信号，将数字信号v
out
传送给单片机模块，通过单片机模块来判断该bcg信号是否异常，并对异常的bcg信号进行预警。
19.本实用新型的soc集成电路将bcg信号采集、电压放大、电压跟随、电压抬升、电压比较、滤波以及模数转换过程集成于一体，大大减小了bcg信号处理模块的体积和质量，使得该soc集成电路能够广泛用于可穿戴器件中，如适用于本实用新型的鞋垫中，实现对bcg信号的非接触式测量。
20.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。