[发明专利]一种智能预警可穿戴心率监测电路及其控制方法

权利要求书

1.一种智能预警可穿戴心率监测电路，其特征在于，包括控制器、特征采集电路、报警结构和多层学习电路，特征采集电路的输入端与外部传感器的输出端连接，外部传感器用于采集人体生理电信号，特征采集电路中具有四个分支且各个分支的输入端均与特征采集电路的输入端连接，每个分支上对应设置有一个与控制器电连接的传输门电路，各个传输门电路的电压设定阈值分别为电压VsetP、电压VsetR、电压VsetT、电压VsetU，各个传输门电路分别对应分离出P波、R波、T波和U波，特征采集电路的输出端设置有四个并分别与多层学习电路的四个输入端连接，多层学习电路的四个输出端分别与控制器的四个引脚连接，用以传输经过多层学习电路去噪后的P波、R波、T波和U波，报警结构为分别对应P波、R波、T波和U波的多个led灯，且各个led灯分别与控制器的控制引脚连接；

其中任意一个传输门电路的结构如下：包括一个忆阻器、两个CMOS传输门和两个二极管，CMOS1传输门中PMOS管的G极与二极管J1的P极连接，二极管J1的N极与CMOS1传输门中NMOS管的G极连接，在CMOS2传输门中NMOS管的G极与二极管J2的P极连接，二极管J2的N极与CMOS2传输门中PMOS管的G极连接，以CMOS1传输门的输入端来作为特征采集电路的输入端，CMOS1传输门的输出端与CMOS2传输门的输入端连接，CMOS2传输门的输出端与忆阻器的输入端连接，以忆阻器的输出端作为特征采集电路的输出端来输出的电压VoP、电压VoR、电压VoT和电压VoU分别对应P波、R波、T波和U波的四个波形信号，忆阻器的两端分别与电源连接以取电流；

所述多层学习电路包括第一神经网络层、第二神经网络层，其中，第一神经网络层包括反馈调节模块、前馈计算模块，第二神经网络层包括采样保持器、误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块，第一神经网络层中前馈计算模块的输入端与其反馈调节模块的输出端连接，第一神经网络层中前馈计算模块的输出端与第二神经网络层的前馈计算模块的输入端连接，所述第二神经网络层中前馈计算模块的输出端分成两条支路，其中一条支路与第二神经网络层的采用保持器的输入端连接，另外一条支路串联电阻后与放大器的输入端连接，放大器的输出端与控制器的I/O端连接以输出电压V0，第二神经网络层中采样保持器的输出端与其误差计算电路的输入端连接，第二神经网络层中误差计算电路的输出端与其反馈调节模块的输入端连接，第二神经网络层中反馈调节模块的输出端分成两条支路，其中一条支路与第二神经网络层的前馈计算模块的输入端连接，另外一条支路与第一神经网络层中反馈调节模块的输入端连接；

所述第二神经网络层包括采样保持器、误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块，前馈计算模块由多个忆阻突触模块和一个激活模块组成，每个忆阻突触模块设置有一个输入端和两个输出端，用以将输入电压转换为两个不同的电流，各个忆阻突触模块的输入端分别经电连接控制器的电控开关Fi来与各个检测生物机能信号的传感器连接以采集生物机能信号所转化成的电压Vi，激活模块设置有两个输入端、一个输出端，激活模块的两个输入端分别与各个忆阻突触模块中的两个输出端连接，激活模块以纯模电的形式通过算法来得到电压Vg，wi为忆阻器GI+、忆阻器GI-之间的突触权重，R为激活模块中的一个接地电阻，激活模块的输出端与采样保持器的输入端连接来采样保持电压Vg，采样保持器的输出端与控制器I/O端连接以输出电压V0；误差计算电路设置有输入端、电压期望输入端和两个输出端，其输入端连接在采样保持器与控制器的连接线路上来采集电压V0，控制器的一个引脚与误差计算电路的电压期望输入端连接以传输期望电压VT，误差计算电路以纯模电的形式通过算法ΔV＝a(VT-V0)来得到误差+ΔV、-ΔV，a为比例系数，a＝R2/R1，并通过误差计算电路的两个输出端分别输出，反馈调节模块中设置有与多个忆阻突触模块一一对应的多对开关支路，每对开关支路均包括共G极的Pmos管和Nmos管，任意一对Pmos管、Nmos管的D极、G极共接到一起形成对应开关支路的输出端，用以输出经过Pmos管或Nmos管滤波后的电压Vpi，在误差+ΔV的线路上，电压Vi和电压Vpi的极性为同向，在误差-ΔV的线路上，电压Vi和电压Vpi的极性为反向，各对开关支路的输出端与其对应的忆阻突触模块的输入端连接以传输电压Vpi，且在该连接线路上串联有与控制器电连接的电控开关Si，各个Pmos管的S极与误差计算电路其中一个输出端连接来接收+ΔV，各个Nmos管的S极与误差计算电路的另一个输出端连接来接收-ΔV，误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器分别与电源连接取电，i＝1、2、3…m；

所述各个忆阻突触模块设置有串联的忆阻器GI+、忆阻器GI-，忆阻器GI+的正极与忆阻器GI-的负极连接，忆阻突触模块的电压输入端连接在忆阻器GI+的正极与忆阻器GI-的连接线路上，用以传输传感器的检测值；

所述激活模块的两个输入端分别为I-、I+端，忆阻器GI+的负极与激活模块的I+端连接，忆阻器GI-的正极与激活模块的I-端连接，激活模块将I-、I+所输入的电流运算放大后得到电压Vg，传输给采集保持器；

所述采样保持器包括电压接受端、电阻R10、电控开关Fi、电容C1、缓冲放大器A，电阻R10的一端与电压接受端连接，另一端与共C极的缓冲放大器A的输入端连接，电控开关Fi设置在电阻R10与缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的一端设置在电控开关Fi有缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的另一端接地，电控开关Fi与控制器电连接；

所述误差计算电路包括电阻、由G极互连的两个PMOS所组成的Zi结构、由G极互连的两个NMOS所组成的Ki结构，电阻、Zi结构、Ki结构各设置有四个，Vcc为电源的正极电压，Vss为电源的负极电压，在Vcc与Vss之间依次串联一个PMOS管P1和一个NMOS管N1，PMOS管P1的G极与D极共接在一起后与Vcc连接来取电，PMOS管P1的S极与NMOS管N1的D极连接且控制器采集该连接线路上的电压-ΔV，NMOS管N1的S极与Vss连接，NMOS管N1的G极悬空，控制器的电压测量引脚连接在结构K6的Kb端与结构Z6的Zb端的连接线路上，电阻R1的一端连接在结构K6的Kd端与结构Z6的Zd端的连接线上，控制器与电阻R1的另一端连接以采集期望电压V_T,结构K6的Kc端与结构Z5的Za端连接，结构K6的Ka端串联电阻R4后与结构Z5的Zb、Zd端共接在一起后与Vss连接，结构Z6的Zc端与结构K5的Ka端连接，结构Z6的Za端串联电阻R3后和结构K5的Kb、Kd端共接在一起后与Vcc连接，结构K5的Kc端与结构Z5的Zc端连接，NMOS管N1的G极的连接在该线路上，控制器采集结构K5的Kc端与结构Z5的Zc端之间的电压+ΔV，且R2的一端连接在该线路上，另一端接地；

各个结构Ki包括G极互连的两个NMOS管，且任意一个NMOS管的D极和G极连接到同一个节点后形成Ka端，该NMOS管的S极的端点作为Kb端，另外一个NMOS管的D极的端点作为Kc端，该NMOS管的S极的端点作为Kd；

各个结构Zi包括G极互连的两个PMOS管，且任意一个PMOS管的D极和G极连接到同一个节点后形成Za端，该PMOS管的S极的端点作为Zb端，另外一个PMOS管的D极的端点作为Zc端，该PMOS管的S极的端点作为Zd；

所述激活模块包括电阻、由G极互连的两个PMOS所组成的Zi结构、由G极互连的两个NMOS所组成的Ki结构，结构Ki、Zi各设置有四个，电阻设置有五个，Vcc为电源的正极电压，Vss为电源的负极电压，结构Z4的Zb、Zd端分别对应与结构K3的Kb、Kd端连接，结构Z4的Zd端与结构K3的Kd端之间的电流为I+，结构Z4的Za端串联电阻R5后与Vcc连接来取电，结构K3的Ka端串联电阻R6后与Vss连接，结构Z4的Zc端与结构K4的Ka端连接，结构K4的Kb、Kd端分别与Vcc连接，结构Z3的Zb、Zd端分别与Vss连接，结构Z3的Zc端与结构K4的Kc端连接，结构Z1的Za端串联电阻R7后与Vcc连接，结构K2的Ka端串联电阻R8后与Vss连接，结构Z1的Zb端与结构K2的Kb端共接在一起后接地，控制器采集结构Z1的Zd端与结构K2的Kd端共接在一起后并联在结构Z3的Zc端、结构K4的Kc端的连接线路上的电流I-，结构K2的Ka端串联电阻R8后与Vss连接，结构Z2的Zc端与结构K1的Kc端连接，结构K1的Kb、Kd端共接在一起后与Vcc连接，结构K2的Kc端与结构Z2的Za端连接，结构Z2的Zb、Zd端共接在一起后与Vss连接，结构K1的Kc端与结构Z2的Zc端共接在一起后与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地。

2.一种应用于权利要求1所述的智能预警可穿戴心率监测电路的控制方法，其特征在于，运行如下步骤1至步骤4以减少去噪时穿戴设备的电量损耗：

步骤1.比较各个波形信号与其对应的电压设定阈值，若任意一个波形信号大于与其对应的设定阈值，则点亮对应波形信号的led灯，否则转入步骤2；

步骤2.断开全部电控开关Si，采集电压Vi来求取电压Vg，i＝1、2、3…n；

步骤3.对电压Vg采样保持后作为电压V0输出；

步骤4.输入期望电压V_T。