[发明专利]心率传感器及其自适应心跳锁环系统和方法

权利要求书

1.一种自适应心跳锁环系统，其特征在于，包括：心率计算器模块和自适应窗口生成器模块；其中：

所述心率计算器模块，包括：

频率数字转换器子模块，该频率数字转换器子模块接收与心跳同步的PPG时钟信号，并将所述PPG时钟信号的频率转换为数字信号后输出；

除法器子模块，该除法器子模块接收所述数字信号以及分频倍数，并将所述数字信号除以分频倍数得到分频数字信号后输出；

数字滤波器子模块，该数字滤波器子模块接收所述分频数字信号，并滤除高频噪声后得到数字心率信号后输出；

所述自适应窗口生成器模块，包括：

心率微分器子模块，该心率微分器子模块接收所述数字心率信号以及外部时钟信号，并计算出每个外部时钟信号周期内的心率变化率信号后输出；

比较器子模块，该比较器子模块接收所述心率变化率信号以及临界失锁心率变化率信号，并比较心率变化率信号与临界失锁心率变化率信号的比值，得到分频器控制信号后输出；

窗口生成器子模块，该窗口生成器子模块接收所述数字心率信号，并生成与所述数字心率信号频率一致的窗口信号后输出；

分频器子模块，该分频器子模块接收所述分频器控制信号以及所述窗口信号，并依据所述分频器控制信号决定对所述窗口信号的分频倍数，得到分频后的自适应窗口信号以及分频倍数后输出。

2.根据权利要求1所述的自适应心跳锁环系统，其特征在于，所述频率数字转换器子模块，包括：时钟基准单元、计数器单元、第一寄存器单元、第二寄存器单元和第一减法器单元；其中：

所述时钟基准单元的输出端与所述计数器单元的输入端连接，所述计数器单元计算所述时钟基准单元输出的基准时钟的触发沿个数并输出；

所述第一寄存器单元的输入端与所述计数器单元的输出端连接，所述第一寄存器单元的触发端口连接PPG时钟信号，并利用输入的PPG时钟信号对所述计数器单元输出的基准时钟的触发沿个数进行采样，得到的所述第一寄存器单元输出信号接入所述第一减法器单元的正端；

所述第二寄存器单元的输入端与第一寄存器单元的输出端连接，所述第二寄存器单元的触发端口连接PPG时钟信号，并利用输入的PPG时钟信号对所述第一寄存器单元的输出信号进行采样，得到的所述第二寄存器单元输出信号接入所述第一减法器单元的负端；

所述第一减法器单元接收所述第一寄存器单元和所述第二寄存器单元的输出信号，相减产生的输出信号，即为所述PPG时钟信号的频率信号转换后的数字信号。

3.根据权利要求1所述的自适应心跳锁环系统，其特征在于，所述心率微分器子模块，包括：第三寄存器单元、第四寄存器单元和第二减法器单元；其中：

所述第三寄存器单元的输入端与所述心率计算器模块的数字滤波器子模块连接，所述第三寄存器单元的触发端口连接外部时钟信号，并利用外部时钟信号对输入的数字心率信号进行采样，得到的所述第三寄存器单元输出信号接入所述第二减法器单元的正端；

所述第四寄存器单元的输入端与所述第三寄存器单元的输出端连接，所述第四寄存器单元的触发端口连接外部时钟信号，并利用外部时钟信号对输入的所述第三寄存器单元的输出信号进行采样，得到的所述第四寄存器单元输出信号接入所述第二减法器单元的负端；

所述第二减法器单元接收所述第三寄存器单元和所述第四寄存器单元的输出信号，相减产生的输出信号，即为每个外部时钟信号周期内的心率变化率信号。

4.一种自适应心跳锁环方法，其特征在于，包括：

获取与心跳同步的PPG时钟信号，并将所述PPG时钟信号的频率转换为数字信号；

获取分频倍数，将所述数字信号除以分频倍数，得到分频数字信号；

将所述分频数字信号滤除高频噪声后，得到数字心率信号；

获取外部时钟信号，基于所述数字心率信号，计算每个外部时钟信号周期内的心率变化率信号；

获取临界失锁心率变化率信号，计算所述心率变化率信号与所述临界失锁心率变化率信号的比值，得到分频器控制信号；

基于所述数字心率信号，生成与所述数字心率信号频率一致的窗口信号；

根据所述分频器控制信号，确定对所述窗口信号的分频倍数，得到分频后的自适应窗口信号以及所述分频倍数；其中，所述分频倍数用于得到所述分频数字信号，所述自适应窗口信号用于控制LED灯的工作时间。