一种耳机的制作方法

1.本发明涉及穿戴设备技术领域，尤其涉及一种耳机。


背景技术：

2.现今社会，人们生活水平日益提高，对于自身健康状况也愈发重视，对于自身的身体状况的及时了解也提出了新的要求，其中心率作为一种能够直观反映人们健康状况的指标，常常受到人们的关注，心率监测的技术手段和相应设备也不断涌现出来。
3.其中，能够实现心率监测的手表或是手环是现阶段比较常见的穿戴设备，也得到了广泛使用。但现阶段的穿戴类产品一般利用光电容积描记(photo plethysmo graph，ppg)的光电检测方法，通过将光源照射进人的皮肤组织，依据血液流量的周期性变化改变入射光的吸收程度来改变光信号，再转换成为电信号，从而获取脉率以得出心率，但该方法对于设备具有较高的要求，不仅要保证设备正常佩戴，而且要求设备紧贴手腕，具有较大的误差，因此如何提高穿戴设备心率监测的准确度成为亟待解决的技术问题。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供了一种耳机，旨在解决现有技术的心率监测准确度低的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种耳机，所述耳机包括：信号采集模块、信号预处理模块和计数模块，所述信号采集模块与所述信号预处理模块电连接，所述信号预处理模块与所述计数模块电连接；
7.所述信号采集模块，用于通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号；
8.所述信号预处理模块，用于对所述监测电信号进行预处理，获得预处理信号；
9.所述计数模块，用于根据所述预处理信号确定所述用户的心率。
10.可选地，所述信号采集模块包括电极单元和汇集单元，所述电极单元与所述汇集单元电连接；
11.所述电极单元，用于通过信号拾取电极采集用户的若干个拾取电信号；
12.所述汇集单元，用于将所述若干个拾取电信号在时间序列上对齐，并将在时间序列上对齐的若干个拾取电信号进行信号汇集，获得所述用户血管舒张和收缩时的监测电信号。
13.可选地，所述信号预处理模块包括放大单元、解耦单元、低通滤波单元和模数转换单元，所述放大单元与所述解耦单元电连接，所述解耦单元与所述低通滤波单元电连接，所述低通滤波单元与所述模数转换单元电连接；
14.所述放大单元，用于对所述监测电信号进行放大处理，获得监测放大信号；
15.所述解耦单元，用于对所述监测放大信号进行信号解耦，获得监测叠加信号；
16.所述低通滤波单元，用于将所述监测叠加信号中的高频信号滤除，获得低频监测叠加信号；
17.所述模数转换单元，用于对所述低频监测叠加信号进行模数转换，获得预处理信号。
18.可选地，所述计数模块包括采集单元、作差单元、去噪单元和计数器，所述采集单元与所述作差单元电连接，所述作差单元与所述去噪单元电连接，所述去噪单元与所述计数器电连接；
19.所述采集单元，用于采集目标环境中的环境声音信号；
20.所述作差单元，用于将所述环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差，获得干扰信号；
21.所述去噪单元，用于将所述预处理信号与所述干扰信号作差，获得心率拾取信号；
22.所述计数器，用于统计所述心率拾取信号的波峰数量，并根据所述波峰数量和监测时长确定所述用户的心率。
23.可选地，所述去噪单元，还用于将所述预处理信号与所述干扰信号作差，获得差值信号；
24.所述去噪单元，还用于将所述差值信号进行数模转换，获得差值模拟信号，并对所述差值模拟信号进行滤波处理，获得心率拾取信号。
25.可选地，所述耳机还包括控制模块，所述控制模块与所述信号采集模块电连接；
26.所述控制模块，用于根据接收到的控制信号输出监测信号；
27.所述信号采集模块，还用于在所述监测信号处于高电平时，通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号。
28.可选地，所述控制模块包括控制器、计时单元和定时单元，所述控制器与所述信号采集模块电连接，所述计时单元与所述信号采集模块电连接，所述定时单元与所述控制器电连接；
29.所述控制器，用于接收监测电极开关输入的开关电信号，并根据所述开关电信号输出监测信号；
30.所述计时单元，用于对心率监测的时长计时，获得监测时长；
31.所述定时单元，用于通过控制所述控制器的时钟单元对所述用户的心率进行定时监测。
32.可选地，所述耳机还包括发声模块，所述发声模块与所述计数模块电连接；
33.所述发声模块，用于在语音播报功能开启时，根据所述用户的心率输出心率的语音提示。
34.可选地，在所述耳机的外壳贴近耳道部分设置有信号拾取电极。
35.可选地，信号拾取电极有若干个，若干个信号拾取电极随机分布。
36.本发明提出提出一种耳机，所述耳机包括：信号采集模块、信号预处理模块和计数模块，所述信号采集模块与所述信号预处理模块连接，所述信号预处理模块与所述计数模块连接；所述信号采集模块，用于通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号；所述信号预处理模块，用于对所述监测电信号进行预处理，获得预处理信号；所述计
数模块，用于根据所述预处理信号确定所述用户的心率。由于在本发明提出的耳机中，信号采集模块通过信号拾取电极采集用户的监测电信号，信号预处理模块对监测电信号预处理获得预处理信号，计数模块根据预处理信号确定用户的心率，解决了现有技术中通过光电检测方法监测心率误差大的问题，提高了心率监测的准确度。
附图说明
37.图1是本发明耳机第一实施例的功能模块示意图；
38.图2为本发明耳机第一实施例的模块示意图；
39.图3为本发明耳机第二实施例的信号预处理模块的功能模块示意图；
40.图4为本发明耳机第三实施例的计数模块的功能模块示意图；
41.图5为本发明耳机第三实施例的原理示意图。
42.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
43.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.本发明实施例提供了一种耳机，参照图1，图1为本发明耳机第一实施例的功能模块示意图。
45.本实施例中，耳机包括：信号采集模块10、信号预处理模块20和计数模块30，所述信号采集模块10与所述信号预处理模块20电连接，所述信号预处理模块20与所述计数模块30电连接；
46.所述信号采集模块10，用于通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号。
47.可以理解的是，信号拾取电极可以是导电电极，其能够感应微弱的电信号；当心跳脉动时，会引起血管的收缩和舒张，从而引发振动，产生微弱的电信号；监测电信号可以是用户血管舒张和收缩时信号拾取电极采集到的电信号。
48.在具体实现中，在通过耳机进行心率监测时，信号拾取电极贴近用户皮肤，通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时用户皮肤处的电信号。
49.所述信号预处理模块20，用于对所述监测电信号进行预处理，获得预处理信号。
50.可以理解的是，信号拾取电极采集的监测电信号中存在的干扰信号会影响心率监测的准确度，预处理可以是对信号拾取电极采集到监测电信号进行处理，以去除监测电信号中的干扰信号。
51.所述计数模块30，用于根据所述预处理信号确定所述用户的心率。
52.可以理解的是，计数模块30可根据预处理信号的波峰或波谷的数量确定用户的心率。
53.进一步地，参照图2，由于在信号采集时，部分信号拾取电极可能出现问题，导致采集到的电信号不完整，为了提高信号采集的准确度，所述信号采集模块10包括电极单元101和汇集单元102，所述电极单元101与所述汇集单元102电连接；
54.所述电极单元101，用于通过信号拾取电极采集用户的若干个拾取电信号。
55.可以理解的是，电极单元101可包括若干个信号拾取电极，该若干个信号拾取电极
设置在贴近用户皮肤一侧，其中若干个信号拾取电极的设置方式可以是随机设置，也可以是按照预设规则设置；预设规则包括各信号拾取电极之间间隔相等距离、各信号拾取电极之间的连线组成一定的形状，例如三角形或矩形等，信号拾取电极的具体设置方式可根据具体情况确定，本实施例对此不作限制。
56.在具体实现中，信号拾取电极可设置在耳机外壳贴近耳道处，用户佩戴耳机时，通过信号拾取电极采集耳道壁内侧皮肤的产生的电信号。
57.应该理解的是，拾取电信号可以是各信号拾取电极采集到的用户血管舒张或收缩时皮肤处的电信号，电极单元101的若干个信号拾取电极可采集若干个拾取电信号。
58.所述汇集单元102，用于将所述若干个拾取电信号在时间序列上对齐，并将在时间序列上对齐的若干个拾取电信号进行信号汇集，获得所述用户血管舒张和收缩时的监测电信号。
59.应该理解的是，各信号拾取电极采集电信号的开始时刻可能存在偏差，将所述若干个拾取电信号在时间序列上对齐可以是将各拾取电信号的起始时刻对齐，使得各拾取电信号具有相同的起始时刻，在时间序列上对齐的若干个拾取电信号在相同时刻的波形对应。
60.可以理解的是，信号汇集可以是对各拾取电信号求并集，将在时间序列上对齐的若干个拾取电信号进行信号汇集可以是对在时间序列上对齐的各拾取电信号求并集。
61.进一步地，为了提高信号拾取的准确度，在所述耳机的外壳贴近耳道部分设置有信号拾取电极。信号拾取电极有若干个，若干个信号拾取电极随机分布。
62.在具体实现中，例如电极单元包括2个信号拾取电极，分别为电极1和电极2，电极1在时刻1.1采集到拾取电信号1，电极2在时刻1.12采集到拾取电信号2，拾取电信号1有2个波峰，拾取电信号2有3个波峰，将拾取电信号1和拾取电信号2在时间序列上对齐即将拾取电信号1的时刻1.1与拾取电信号的时刻1.12对齐，此时2个拾取电信号具有相同的起始时刻，该起始时刻可设定为0，拾取电信号1对应的波峰为时刻1和时刻3，拾取电信号2对应的波峰为时刻2、时刻3和时刻4，将拾取电信号1和拾取电信号2进行信号汇集即对比两个信号的波形，求两个拾取电信号的并集后获得监测电信号具有4个波峰。
63.进一步地，继续参照图2，为了控制耳机进行心率监测的时刻，所述耳机还包括控制模块40，所述控制模块40与所述信号采集模块10电连接；
64.所述控制模块40，用于根据接收到的控制信号输出监测信号。
65.可以理解的是，控制信号可以是控制信号采集模块采集监测电信号的信号；控制信号包括两种生成方式：1、触控生成，可设置导电电极作为心率监测开关，触摸心率监测开关时输出控制信号；2、控制终端控制生成，控制终端与耳机无线连接，例如通过蓝牙或无线网连接，通过无线通讯发送控制信号，以上两种控制信号的生成方式可采取任意一个，本实施例对此不作限制。
66.应该理解的是，控制模块40在接收到控制信号时，输出监测信号至信号采集模块。
67.所述信号采集模块10，还用于在所述监测信号处于高电平时，通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号。
68.在具体实现中，信号采集模块10在接收到的监测信号处于高电平时，通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号，在采集监测电信号一段时间后，若接收
到监测信号处于低电平，则停止信号采集。
69.进一步地，继续参照图2，为了准确地控制信号采集，所述控制模块40包括控制器401、计时单元402和定时单元403，所述控制器401与所述信号采集模块10电连接，所述计时单元402与所述信号采集模块电10连接，所述定时单元403与所述控制器401电连接；
70.所述控制器401，用于接收监测电极开关输入的开关电信号，并根据所述开关电信号输出监测信号。
71.可以理解的是，监测电极开关可以是控制心率监测的开关，监测电极开关开启时，进行心率监测，监测电极开关断开时，停止心率监测。
72.在具体实现中，首次触碰监测电极开关，监测电极开关开启，开关电信号输入控制器，控制器内部的i/o开关呈现高电平，控制器输出监测信号，信号采集模块采集监测电信号；再次触碰监测电极开关，监测电极开关断开，开关电信号输入控制器，控制器内部的i/o开关呈现低电平，控制器输出监测信号，信号采集模块停止采集信号。
73.所述计时单元402，用于对心率监测的时长计时，获得监测时长。
74.在具体实现中，计时单元在信号采集模块开始采集信号时开始计时，在信号采集模块停止采集信号时停止计时，该总时长即为监测时长。
75.所述定时单元403，用于通过控制所述控制器的时钟单元对所述用户的心率进行定时监测。
76.在具体实现中，定时单元403可通过控制所述控制器的时钟单元设定监测时长和监测时间点，从而实现对用户心率的定时监测。
77.进一步地，继续参照图2，所述耳机还包括发声模块50，所述发声模块50与所述计数模块30电连接；所述发声模块50，用于在语音播报功能开启时，根据所述用户的心率输出心率的语音提示。
78.在具体实现中，可通过控制终端设定语音播报功能的开启与关闭，控制终端包括手机、平板和个人电脑等；在语音播报功能开启时，发声模块将用户心率以语音信号的方式传达给用户。
79.本实施例提出提出一种耳机，该耳机包括：信号采集模块、信号预处理模块和计数模块，信号采集模块与信号预处理模块连接，信号预处理模块与计数模块连接；信号采集模块，用于通过信号拾取电极采集用户血管舒张和收缩时的监测电信号；信号预处理模块，用于对监测电信号进行预处理，获得预处理信号；计数模块，用于根据预处理信号确定用户的心率。由于在本实施例提出的耳机中，信号采集模块通过信号拾取电极采集用户的监测电信号，信号预处理模块对监测电信号预处理获得预处理信号，计数模块根据预处理信号确定用户的心率，解决了现有技术中通过光电检测方法监测心率误差大的问题，提高了心率监测的准确度。
80.参考图3，图3为本发明耳机第二实施例的功能模块示意图。
81.基于上述第一实施例，在本实施例中，所述信号预处理模块20包括放大单元201、解耦单元202、低通滤波单元203和模数转换单元204，所述放大单元201与所述解耦单元202电连接，所述解耦单元202与所述低通滤波单元203电连接，所述低通滤波单元203与所述模数转换单元204电连接；
82.所述放大单元201，用于对所述监测电信号进行放大处理，获得监测放大信号。
83.可以理解的是，监测电信号可以是电压信号，由于血管舒张和收缩时振动产生的电压信号较小，需要对该电压信号进行放大处理；对监测电信号进行放大处理，获得监测放大信号可以是通过差分放大电路对监测电信号进行放大，获得监测放大信号；监测放大信号与监测电信号相比，信号幅值增大，信号频率相等。
84.所述解耦单元202，用于对所述监测放大信号进行信号解耦，获得监测叠加信号。
85.可以理解的是，信号拾取电极采集的信号为多重信号的耦合信号，因此监测放大信号也为多重信号的耦合信号；对所述监测放大信号进行信号解耦，获得监测叠加信号可以是通过解耦器对监测放大信号进行信号解耦，得到多种信号的简单叠加信号即监测叠加信号。
86.所述低通滤波单元203，用于将所述监测叠加信号中的高频信号滤除，获得低频监测叠加信号。
87.可以理解的是，由于人的心脏单位时间内搏动的次数有限，因此心率对应的电压信号为低频信号，可通过低频滤波器对监测叠加信号进行低通滤波，将高频信号滤除，获得低频监测叠加信号，以降低干扰信号对心率监测结果的影响。
88.所述模数转换单元204，用于对所述低频监测叠加信号进行模数转换，获得预处理信号。
89.应该理解的是，低频监测叠加信号为模拟信号，模数转换单元204对低频监测叠加信号进行模数转换获得低频监测叠加数字信号即预处理信号。
90.在具体实现中，放大单元通过差分放大电路对监测电信号进行放大处理获得监测放大信号，该监测放大信号为多种信号的耦合信号，解耦单元通过解耦器对监测放大信号进行解耦获得多种信号的简单叠加信号即监测叠加信号，低通滤波单元通过低通滤波器将监测叠加信号中的高频信号滤除，获得低频监测叠加信号，该低频监测叠加信号为模拟信号，模数转换单元将低频监测叠加信号进行模数转换获得对应的数字信号即预处理信号。
91.本实施例信号预处理模块包括放大单元、解耦单元、低通滤波单元和模数转换单元，放大单元与解耦单元电连接，解耦单元与低通滤波单元电连接，低通滤波单元与模数转换单元电连接；放大单元，用于对监测电信号进行放大处理，获得监测放大信号；解耦单元，用于对监测放大信号进行信号解耦，获得监测叠加信号；低通滤波单元，用于将监测叠加信号中的高频信号滤除，获得低频监测叠加信号；模数转换单元，用于对低频监测叠加信号进行模数转换，获得预处理信号。由于本实施例通过放大单元对检测电信号进行放大处理获得监测放大信号，解耦单元对检测放大信号解耦获得监测叠加信号，低通滤波单元滤除掉监测叠加信号中的高频信号获得低频监测叠加信号，模数转换单元对低频监测叠加信号进行模数转换获得预处理信号，降低了干扰信号对心率监测结果的影响，提高心率监测的准确度。
92.参考图4，图4为本发明耳机第三实施例的功能模块示意图。
93.基于上述各实施例，在本实施例中，所述计数模块30包括采集单元301、作差单元302、去噪单元303和计数器304，所述采集单元301与所述作差单元302电连接，所述作差单元302与所述去噪单元303电连接，所述去噪单元303与所述计数器304电连接；
94.所述采集单元301，用于采集目标环境中的环境声音信号。
95.可以理解的是，在用户佩戴耳机时对用户进行心率监测，由于耳机扬声器发出的
部分声音信号在耳道内部反射会引起耳道内壁发生振动从而产生电压信号；由于骨传导机制，耳机会发生闭塞效应，会将用户的说话声音、咀嚼声和吞咽声等声音传入耳道，使得耳道内壁在低频部分振动产生电压信号，以上两种情况产生的电压信号为干扰信号，在心率监测时上述两种干扰信号会被心率采集模块采集。
96.应该理解的是，目标环境可以是用户耳道的内部环境；环境声音信号可以是用户耳道内部环境的声音信号；可通过单后馈降噪麦克风采集用户耳道内部的环境声音信号；环境声音信号包括上述两种干扰信号和耳机扬声器输出的声音信号。
97.所述作差单元302，用于将所述环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差，获得干扰信号。
98.应该理解的是，驱动器输出的声音信号可以是驱动器输出的用于控制扬声器输出声音的信号。
99.可以理解的是，将所述环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差可以是将环境声音信号和驱动器输出的声音信号转换为数字信号，用环境声音信号的数字信号中各频率点的信号幅值减去驱动器输出的声音信号的数字信号中对应频率点的信号幅值，获得干扰信号的数字信号；将所述环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差还可以是按照环境声音信号的时间轴和驱动器输出的声音信号的时间轴，将各时刻环境声音信号对应的信号幅值减去对应时刻驱动器输出的声音信号的信号幅值，获得干扰信号。
100.所述去噪单元303，用于将所述预处理信号与所述干扰信号作差，获得心率拾取信号。
101.应该理解的是，将预处理信号与所述干扰信号作差，获得心率拾取信号可以是用预处理信号各频率点的信号幅值减去干扰信号的数字信号对应频率点的信号幅值获得心率拾取信号。
102.可以理解的是，还可以将心率拾取信号转换为模拟信号，通过低通滤波器对转换后的心率拾取信号进行再次过滤，进一步滤除高频段信号。
103.所述计数器304，用于统计所述心率拾取信号的波峰数量，并根据所述波峰数量和监测时长确定所述用户的心率。
104.应该理解的是，心率拾取信号可分为两路信号，其中一路信号到达存储器存储，另一路经过计数器，计数器统计心率拾取信号中的波峰数量，根据统计的波峰数量除以监测时长即可获得用户的心率。
105.进一步地，为了提高心率监测的准确度，所述去噪单元303，还用于将所述预处理信号与所述干扰信号作差，获得差值信号；所述去噪单元303，还用于将所述差值信号进行数模转换，获得差值模拟信号，并对所述差值模拟信号进行滤波处理，获得心率拾取信号。
106.可以理解的是，去噪单元将预处理信号与干扰信号作差获得差值信号，并将差值信号进行模数转换获得差值模拟信号，通过低通滤波器过滤该差值模拟信号中的高频段信号获得心率拾取信号。
107.在具体实现中，参照图5，例如监测电极开关或手机终端输出控制信号，控制模块接收到控制信号时输出监测信号至信号采集模块，信号采集模块通过3个信号拾取电极采集拾取电信号，汇集单元将三个拾取电信号汇集获得监测电信号，对监测电信号进行预处理获得预处理信号；单后馈降噪麦克风fb mic采集环境声音信号后进行模数转换后与驱动
器driver输出的声音信号对应的数字信号作差，作差后的信号经过低通滤波器filter后与预处理信号作差，作差后的信号经过低通滤波器获得心率拾取信号，心率拾取信号一路存储至存储器另一路经过计数器，计数器根据信号的波峰数量和监测时长确定用户的心率。
108.本实施例提出的耳机，计数模块包括采集单元、作差单元、去噪单元和计数器，采集单元与作差单元电连接，作差单元与去噪单元电连接，去噪单元与计数器电连接；采集单元，用于采集目标环境中的环境声音信号；作差单元，用于将环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差，获得干扰信号；去噪单元，用于将预处理信号与所述干扰信号作差，获得心率拾取信号；计数器，用于统计心率拾取信号的波峰数量，并根据波峰数量和监测时长确定用户的心率。由于本实施例是通过采集单元采集目标环境中的环境声音信号，作差单元将环境声音信号与驱动器输出的声音信号作差获得干扰信号，去噪单元将预处理信号与干扰信号作差获得心率拾取信号，计数单元根据心率拾取信号中的波峰数量和监测时长确定用户的心率，能够去预处理信号中的干扰信号，提高了用户心率监测的准确度。
109.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
110.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
111.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
112.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。