本發(fā)明涉及耳機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)及其心率測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

目前市面上的心率耳機(jī)大都采用PPG測(cè)量方式，PPG是通過(guò)血液血氧量變化測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量，如果人體劇烈的進(jìn)行無(wú)氧運(yùn)動(dòng)，血液血氧含量將呈非線性變化，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際的誤差較大。

目前測(cè)心率的一般方法是ECG，其全稱(chēng)為electrocardiogram，即心電圖。所謂ECG(心電圖)就是指心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮，伴隨著心電圖生物電的變化，通過(guò)心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形(簡(jiǎn)稱(chēng)ECG)。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過(guò)程的客觀指標(biāo)。

ECG測(cè)試一般要用三個(gè)電極，之所以至少需要三個(gè)電極，是因?yàn)榈谌龢O是一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，否則測(cè)量的曲線會(huì)產(chǎn)生Y軸（心率信號(hào)）上的漂移。

但是使用三個(gè)電極的心率測(cè)試方法應(yīng)用到耳機(jī)上，三個(gè)電極需有一個(gè)電極放到手臂上，使用起來(lái)不夠方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)及其心率測(cè)試方法，該基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便使用，該心率測(cè)試方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

提供一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)，包括耳機(jī)本體，所述耳機(jī)本體上設(shè)有左耳電極和右耳電極，其特征在于：所述耳機(jī)本體還設(shè)有加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理器和通信模塊，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均將采集到的信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊發(fā)送出去。

其中，所述耳機(jī)本體還設(shè)有音頻模塊，所述音頻模塊與所述通信模塊電連接。

其中，所述數(shù)據(jù)處理器包括MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和緩沖放大電路，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均與所述緩沖放大電路的輸入端電連接，所述緩沖放大電路的輸出端與所述MCU的輸入端電連接，所述MCU的輸出端與所述通信模塊電連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與所述MCU電連接。

其中，所述通信模塊包括有線通信模塊和無(wú)線通信模塊。

以上所述的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的心率測(cè)試方法，包括如下步驟：步驟一：利用加速度傳感器獲得實(shí)際騎行速度X1、利用兩個(gè)電極獲得的心率曲線A1；

步驟二：對(duì)應(yīng)騎行速度X1，在預(yù)先設(shè)置好的騎行速度X和差值Z的對(duì)應(yīng)表中查詢(xún)得到差值Z1；

步驟三：在心率曲線A1的基礎(chǔ)上計(jì)入所述差值Z1得出實(shí)際的心率曲線B1。

以上所述對(duì)應(yīng)表的形成方法包括如下步驟：

步驟一：在騎行速度X下利用三個(gè)電極測(cè)試獲得第一條心率曲線，其中兩個(gè)電極用于獲得心率信號(hào)，第三個(gè)電極用于測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)以用于修正該心率信號(hào)的偏移；

步驟二：在騎行速度X下利用兩個(gè)電極測(cè)試獲得第二條心率曲線；

步驟三：獲得第一條心率曲線和第二條心率曲線之間的心率差值Z；

步驟四：形成騎行速度X和差值Z之間的對(duì)應(yīng)表；

步驟五：將該對(duì)應(yīng)表置入所述數(shù)據(jù)處理器供查詢(xún)。

所述實(shí)際騎行速度X1進(jìn)行預(yù)處理后再用來(lái)查詢(xún)對(duì)應(yīng)表，所述預(yù)處理為：利用加速度傳感器獲得的X、Y和Z三個(gè)軸方向的速度，先計(jì)算P==X*X+Y*Y+Z*Z，再用P值查對(duì)應(yīng)表。

其中，以上方法具體是：利用緩沖放大電路將左耳電極、右耳電極和加速度傳感器采集的三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行放大。

具體的，數(shù)據(jù)處理器將所述放大后的三個(gè)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，結(jié)合所述對(duì)應(yīng)表計(jì)算得出所述實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測(cè)試獲得的實(shí)際的心率曲線B1。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理器將該實(shí)際的心率曲線B1轉(zhuǎn)換成心率數(shù)字，通過(guò)通信模塊發(fā)送至外部通信設(shè)備。

具體的，所述數(shù)據(jù)處理器還通過(guò)通信模塊發(fā)送音頻的節(jié)拍值至外部通信設(shè)備，該音頻的節(jié)拍與所述心率數(shù)字的大小相對(duì)應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)及其心率測(cè)試方法，通過(guò)利用加速度傳感器配合左耳電極和右耳電極來(lái)采集騎手在騎行時(shí)的加速度和心率，通過(guò)建立騎行速度X、兩個(gè)心率曲線（指在騎行速度X時(shí)用三個(gè)電極測(cè)試的心率曲線和用二個(gè)電極測(cè)試的心率曲線）之間的差值Z之間的對(duì)應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對(duì)應(yīng)表供查詢(xún)，從而利用二個(gè)電極測(cè)試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測(cè)試的實(shí)際騎行速度，來(lái)反推利用三個(gè)電極測(cè)試的心率數(shù)據(jù)，該基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)可只使用兩個(gè)電極，與現(xiàn)有技術(shù)使用三個(gè)電極相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用，該心率測(cè)試方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

利用附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2和圖3是本發(fā)明的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的心率測(cè)試方法的示意圖。

圖中包括有：

A——以速度X在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用兩個(gè)電極測(cè)得的心率曲線；

B——以速度X在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用三個(gè)電極測(cè)得的心率曲線；

Z——是心率曲線A和心率曲線B之間的差值；

A1——以速度X1在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用兩個(gè)電極測(cè)得的心率曲線；

Z1——是對(duì)應(yīng)表中速度X1對(duì)應(yīng)的心率曲線A1和B1之間的差值。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

本實(shí)施例的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)，包括耳機(jī)本體，所述耳機(jī)本體上設(shè)有左耳電極和右耳電極，如圖1所示，所述耳機(jī)本體還設(shè)有加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理器和通信模塊，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均將采集到的信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊發(fā)送至外部設(shè)備，如手機(jī)或平板或PC電腦等。

通信模塊可以是有線通信模塊也可以是無(wú)線通信模塊，有線通信模塊是利用USB接口與外部通信設(shè)備連接，無(wú)線通信模塊如藍(lán)牙模組等。

該耳機(jī)可以有內(nèi)置電池或直接通過(guò)USB接口供電。

其中，所述數(shù)據(jù)處理器包括MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和緩沖放大電路，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均與所述緩沖放大電路的輸入端電連接，所述緩沖放大電路的輸出端與所述MCU的輸入端電連接，所述MCU的輸出端與所述通信模塊電連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與所述MCU電連接。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊可以完成原始數(shù)據(jù)的短時(shí)臨時(shí)保存。

本實(shí)施例的原理如下：

左耳電極和右耳電極可以采用干電極或濕電極片。

由于人體的心電信號(hào)極其微弱，一般正常人的心電信號(hào)頻率在0.15-150HZ范圍內(nèi)，幅度為1mV-5mV,因此先經(jīng)過(guò)緩沖放大電路后再送至數(shù)據(jù)處理器的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

左耳電極和右耳電極采集的原始ECG信號(hào)易受到儀器，人體活動(dòng)等方面影響，數(shù)據(jù)處理器內(nèi)采用數(shù)字低通濾波器濾除低頻基線漂移干擾，數(shù)字高通濾波器濾除肌電干擾的高頻成分。

通過(guò)利用加速度傳感器測(cè)試騎行速度X，利用三個(gè)電極來(lái)采集騎手在騎行速度為X時(shí)的第一條心率曲線B，以及利用左耳電極和右耳電極來(lái)采集騎手在騎行速度為X時(shí)的第二條心率曲線A，獲得第二條心率曲線A和第一條心率曲線B之間的差值Z，制得騎行速度X和差值Z之間的對(duì)應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對(duì)應(yīng)表供查詢(xún)，從而可以利用二個(gè)電極測(cè)試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測(cè)試的實(shí)際騎行速度，來(lái)反推利用三電極測(cè)試的心率數(shù)據(jù)，再將心率數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊發(fā)送至外部設(shè)備供騎行者查看。

優(yōu)選的，所述耳機(jī)本體還設(shè)有音頻模塊，所述音頻模塊與所述通信模塊電連接，根據(jù)人體的心率波動(dòng)或心電圖曲線，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適配歌曲類(lèi)型，人體心率過(guò)快時(shí)自動(dòng)選擇舒緩的音樂(lè)等。針對(duì)睡眠有障礙的人，可以有安眠作用，當(dāng)人睡著后，耳機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的心率測(cè)試方法，如圖2和圖3所示，圖2和圖3中的X代表速度，Y代表心率，包括如下步驟：

步驟一：在騎行速度X下利用三個(gè)電極測(cè)試獲得第一條心率曲線B，其中兩個(gè)電極用于獲得心率信號(hào)，第三個(gè)電極用于測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)以用于修正該心率信號(hào)的偏移；

步驟二：在騎行速度X下利用兩個(gè)電極測(cè)試獲得第二條心率曲線A；

步驟三：獲得第二條心率曲線A和第一條心率曲線B之間的心率差值Z；

步驟四：形成騎行速度X和差值Z之間的對(duì)應(yīng)表；

步驟五：將該對(duì)應(yīng)表置入所述數(shù)據(jù)處理器供查詢(xún)；

步驟六：利用加速度傳感器獲得實(shí)際騎行速度X1、利用兩個(gè)電極獲得心率曲線A1；

步驟七：利用騎行速度X1查詢(xún)得到差值Z1；

步驟八：反推實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測(cè)試獲得的實(shí)際的心率曲線B1，B1=A1-Z1。

對(duì)應(yīng)表中，騎行速度X可以是點(diǎn)值，也可以是范圍值，如果是點(diǎn)值，那么當(dāng)實(shí)際騎行速度X1在對(duì)應(yīng)表中找不到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值時(shí)，可以找最接近的值來(lái)代替，以查詢(xún)差值Z，如果是范圍值，那么選取實(shí)際騎行速度X1所在的騎行速度X的范圍，來(lái)查詢(xún)差值Z。

所述實(shí)際騎行速度X1進(jìn)行預(yù)處理后再用來(lái)查詢(xún)對(duì)應(yīng)表，所述預(yù)處理為：利用加速度傳感器獲得的X、Y和Z三個(gè)軸方向的速度，先計(jì)算P==X*X+Y*Y+Z*Z，再用P值查對(duì)應(yīng)表。由于人的運(yùn)動(dòng)可能是三個(gè)方向的，往前，側(cè)面，以及向上（爬樓梯），其次，耳機(jī)在人耳內(nèi)的放置角度不同，方位也會(huì)有差別，采用三軸均方差算法可以有效過(guò)濾由于方位不同引發(fā)的數(shù)據(jù)差異，比如說(shuō)人如果只往x軸運(yùn)動(dòng)，Y,Z的值就會(huì)接近于0, 實(shí)際結(jié)果只和X有關(guān)，如果人傾斜的運(yùn)動(dòng)，就會(huì)在X軸，Y軸都有數(shù)據(jù)輸出，Z接近于0，實(shí)際結(jié)果和X,Y有關(guān)，通過(guò)這種算法，不管人體如何運(yùn)動(dòng)，數(shù)值最接近于人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量。

其中，以上方法具體是：利用緩沖放大電路將左耳電極、右耳電極和加速度傳感器采集的三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行放大。由于人體的心電信號(hào)極其微弱，一般正常人的心電信號(hào)頻率在0.15-150HZ范圍內(nèi)，幅度為1mV-5mV,因此先經(jīng)過(guò)緩沖放大電路后再送至數(shù)據(jù)處理器的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

具體的，數(shù)據(jù)處理器將所述放大后的三個(gè)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，結(jié)合所述對(duì)應(yīng)表計(jì)算得出所述實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測(cè)試獲得的實(shí)際的心率曲線B1。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理器將該實(shí)際的心率曲線B1轉(zhuǎn)換成心率數(shù)字，通過(guò)通信模塊發(fā)送至外部通信設(shè)備。

具體的，所述數(shù)據(jù)處理器還通過(guò)通信模塊發(fā)送音頻的節(jié)拍值至外部通信設(shè)備，該音頻的節(jié)拍與所述心率數(shù)字的大小相對(duì)應(yīng)。根據(jù)人體的心率波動(dòng)或心電圖曲線，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適配歌曲類(lèi)型，人體心率過(guò)快時(shí)自動(dòng)選擇舒緩的音樂(lè)等。針對(duì)睡眠有障礙的人，可以有安眠作用，當(dāng)人睡著后，耳機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

本實(shí)施例的一種基于ECG測(cè)量的心率耳機(jī)的心率測(cè)試方法，通過(guò)利用加速度傳感器配合左耳電極和右耳電極來(lái)采集騎手在騎行時(shí)的加速度和心率，通過(guò)建立騎行速度X、在騎行速度X時(shí)用三電極測(cè)試的心率曲線和用二電極測(cè)試的心率曲線之間的差值Z之間的對(duì)應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對(duì)應(yīng)表供查詢(xún)，從而利用二電極測(cè)試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測(cè)試的實(shí)際騎行速度，來(lái)反推利用三電極測(cè)試的心率數(shù)據(jù)，該心率測(cè)試方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。