技术领域
[0001] 本发明涉及心率检测设备领域，具体地，涉及一种基于宠物健康监测的装置与方法。
相关背景技术
[0002] 随着人们生活水平的不断提高，越来越多的人开始饲养宠物，随之带来的宠物健康问题也不断涌现，其中心脏问题已经成为威胁宠物健康的重要问题之一。但目前市面上针对宠物心率检测的装置较少，且现有的检测装置多局限于宠物医院，需要专业人士操作进行检测，检查费用较高而且便利性较差，而宠物主人很少有定期进行宠物健康检查的习惯，多数有带宠物健康检查习惯的主人检查频率多为一年一次，宠物患病有时不会直接表现出来，因此，宠物如患有心脏问题是很难第一时间发现的。
具体实施方式
[0056] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0057] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0058] 实施例1
[0059] 本实施例提供了一种基于宠物健康监测的装置，如图1‑图10所示，包括两个固定于宠物体表的固定约束带1、连接两个所述固定约束带1的连接带4和安装于所述连接带4上表面的监测组件，所述监测组件与宠物体表贴合，所述监测组件包括定位模块21和依次信号连接的信号采集模块、信号放大模块19、A/D转换模块20、信号去噪模块22、D/A转换模块23和无线通讯模块24，所述定位模块21与所述D/A转换模块23信号连接，所述无线通讯模块
24与控制终端信号连接。
[0060] 其中，两个固定约束带1优选分别佩戴于宠物的脖子上和胸部，使得连接带4位于靠近宠物心脏的部位，监测组件的检测端与宠物体表贴合，采集宠物的心电信号，心电信号通过信号放大模块19、A/D转换模块20后转化为数字信号，数字信号通过信号去噪模块22和D/A转换模块23后重新转化为模拟信号，通过无线通讯模块24传输到控制终端，便于用户随时观察，定位模块21可以是GPS、北斗等。
[0061] 在更为优选的实施例中，所述信号采集模块包括MCU和若干心电传感器18，所述心电传感器18均与所述MCU信号连接，所述MCU与所述信号放大模块19信号连接。
[0062] 其中，MCU采用高速低功耗的微控制单元，心电传感器18的数量是任意的，根据宠物监测需求确定，心电传感器18矩形阵列布设，增大对宠物心脏的心电采集范围，例如40个心电传感器18分2×20两列布置；
[0063] 心电传感器18采集到的心电信号传入到MCU中，MCU仅取40个信号的信号强度Rss1、Rss2、Rss3……Rss40作为变量存入C++STL优先队列priority_queue中，该队列采用堆来实现，默认大顶堆，即堆顶元素为最大值，整个过程时间复杂度为O(log40)，再通过iterator迭代器对堆内40个元素由上往下依次遍历，并将每次遍历到的信号强度Rssi所对应的完整信号进行信号完整性检测，当所检测出符合条件的信号个数n>2时进行剪枝，遍历截止，遍历最差情况的时间复杂度为O(40)，最差情况的总时间复杂度为O(40log40)，然后将处理过后的心电信号输送至信号放大模块19中。
[0064] 在更为优选的实施例中，所述信号放大模块19包括前置放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路和后置放大电路。
[0065] 前置放大电路采用具有高输入阻抗、高共模抑制比和低漂移性质的运算放大器AD620AN芯片，将信号以差模的形式进行输入，AD620AN芯片为8引脚的集成运放，所以由引脚1和引脚8之间的电阻控制增益，前置放大电路增益G1如下：
[0066]
[0067] 其中：Rg为内部参考电阻，通常记为49.4kΩ，R1//R2为实际控制增益的电阻；
[0068] 低通滤波电路与高通滤波电路组成带通滤波电路，带通滤波电路采用有源二级滤波设计，由于心电信号主要频率范围在0.5Hz～100Hz，所以选用频带范围较宽的运算放大器TL082CM芯片，低通滤波器在复导纳分析中，传递函数为：
[0069]
[0070] 化简后得截止频率：
[0071]
[0072] 其中：该传递函数的复导纳分析采用拉普拉斯变换分析，Auo为运算放大器放大系数，Q为品质因素，C1、C2为低通滤波电容，R4、R5为同相输入端电阻，s为拉普拉斯变换中的自变量，即将原传递函数表达为指数形式时，所对应的指数幂；
[0073] 同理，高通滤波器在复导纳分析中，截止频率ω为：
[0074]
[0075] 其中：C3、C4为高通滤波电容，R6、R7为同相输入端电阻；
[0076] 后置放大电路采用具有低偏置电压、低漂移性质的运算放大器OP07AJ芯片，OP07AJ芯片在本实施例中，增益由R9和R10控制，所以后置放大电路增益G2如下：
[0077]
[0078] 其中：R9为反相输入端电阻，R10为负反馈电阻；
[0079] 由于高通滤波电路和低通滤波电路中滤波器的增益很小，可以忽略不记，则信号放大模块19的总增益G为：G＝G1×G2＝420.5。
[0080] 在更为优选的实施例中，所述连接带4包括相互平行设置的第一连接带401和第二连接带402，所述第一连接带401用于与宠物体表贴合，所述心电传感器18均匀安装于所述第一连接带401上，所述信号放大模块19、A/D转换模块20、信号去噪模块22、D/A转换模块23、定位模块21和无线通讯模块24均嵌入所述第二连接带402上。
[0081] 其中，第一连接带401和第二连接带402为大小的壳体和盖体，信号放大模块19、A/D转换模块20、信号去噪模块22、D/A转换模块23、定位模块21和无线通讯模块24均嵌入作为壳体的第二连接带402上，盖上第一连接带401对其进行保护，心电传感器18这矩形阵列布设于第一连接带401上。
[0082] 实施例2
[0083] 在实施例1的基础上，如图1‑图10所示，还包括安装于所述固定约束带1外侧的防滑拉扣2、魔术贴6和若干安装于所述固定约束带1内侧的防滑块3，所述固定约束带1一端穿过所述防滑拉扣2后通过所述魔术贴6固定，所述防滑块3用于与宠物体表接触。
[0084] 其中，固定约束带1采用软质材料制成，优选布、尼龙等，防滑拉扣2的大小与固定约束带1端部的大小相同，即固定约束带1的端部能够穿过防滑拉扣2，魔术贴6的圆毛端和刺毛端均位于固定约束带1外侧，当固定约束带1穿过防滑拉扣2时，魔术贴6的圆毛端和刺毛端分别位于防滑拉扣2的两侧，防滑块3的数量是任意的，优选采用硅胶、橡胶等制成。
[0085] 在更为优选的实施例中，所述固定约束带1侧壁上开设有磁吸扣滑槽501和安全锁滑槽502，所述连接带4两端均设有与所述磁吸扣滑槽501磁吸连接的磁吸扣8和与所述安全锁滑槽502匹配的安全锁扣9。
[0086] 其中，磁吸扣滑槽501的宽度等于磁吸扣8的宽度，磁吸扣滑槽501的长度大于磁吸扣8的长度，便于连接带4向侧方向调节位置，安全锁滑槽50的宽度等于安全锁扣9的宽度，安全锁滑槽502的长度大于安全锁扣9的长度。
[0087] 在更为优选的实施例中，所述磁吸扣8包括安装于所述磁吸扣8下端两侧的滑轨12、与所述滑轨12平行设置的滑杆14、一端固定于所述滑轨12上且另一端穿过所述滑杆14的拉力弹簧15和套设于所述滑杆14上且与所述拉力弹簧15连接的止推柱13，所述安全锁扣
9包括U型卡扣7和与所述U型卡扣7铰接的滑板10，所述止推柱13的顶端与所述滑板10固定连接，所述滑板10远离所述止推柱13的一侧设有滑推槽11，所述滑板10远离所述U型卡扣7的一端嵌入所述连接带4内部且能够滑动。
[0088] 其中，滑轨12为凹槽型滑轨，滑杆14嵌入凹槽内且滑杆14两端与凹槽两端侧壁固定连接，拉力弹簧15的长度小于滑杆14的长度，留出拉长的空间，止推柱13在滑轨内滑动，止推柱13与滑板10靠近U型卡扣7的一端固定连接，滑推槽11用于手指接触并推动，即滑推槽11靠近U型卡扣7的一端的端面垂直于滑板10表面，便于推动，连接带4内部开设有用于容纳滑板10的凹槽。
[0089] 在更为优选的实施例中，所述U型卡扣7的U型内侧设有锁扣内卡槽16，所述安全锁滑槽502内部设有与所述U型卡扣7匹配的U型凹槽，所述U型凹槽侧壁上设有若干与所述锁扣内卡槽16匹配的滑槽内卡槽17。
[0090] 其中，锁扣内卡槽16和滑槽内卡槽17均优选设置为矩形槽，锁扣内卡槽16和滑槽内卡槽17大小和间隔均相等，相互之间通过错位进行配合达到侧向限位的目的，锁扣内卡槽16的数量少于滑槽内卡槽17的数量，锁扣内卡槽16的数量是任意的。
[0091] 实施例3
[0092] 在上述任一实施例的基础上，如图10所示，包括如下步骤：
[0093] S1：将两个固定约束带1分别固定于宠物胸部和颈部；
[0094] S2：调节所述连接带4的位置和长度，使位于连接带4上的信号采集模块贴紧宠物体表；
[0095] S3：将采集到的心电信号和定位信号依次通过信号放大模块19、A/D转换模块20、信号去噪模块22、D/A转换模块23和无线通讯模块24的处理传输到控制终端。
[0096] 在更为优选的实施例中，信号去噪模块22接收A/D转换模块20的输出信号，通过如下公式对接收的输出信号做相关函数去噪：
[0097]
[0098] 其中：e(t)为A/D转换模块20的输出信号，Ree(t)为e(t)的自相关函数，T为心动周期，τ为积分自变量， 为平均自相关函数，M为平均窗口大小，t为自相关函数的自变量，e(τ)为在τ时刻的输入信号，e(τ‑t)为在τ‑t时刻的输入信号，e(‑t)为输入信号进行反褶后的信号；
[0099] S302、对经过相关函数去噪的信号再通过如下小波变换公式做二次处理：
[0100]
[0101] 其中：x(t)是输出信号，a为尺度，b为时间，h(a,b)(t)是小波函数在尺度a和时间b的平移和尺度变换后的形式，Y(a,b)为处理后的小波系数， 为h(a,b)(t)带入尺度a和时间b后的结果；
[0102] S303、将x(t)输出至D/A转换模块(23)。
[0103] 其中，去噪系统采用LTI因果系统，仅在t>0的范围内有意义，且由于心电信号为周期性信号，利用相关函数可以很好地处理周期性信号，假设经放大后输入信号去噪模块22的激励为e(t)，该激励包含原始信号x(t)与噪声u(t)，即：
[0104] e(t)＝k1x(t)+k2u(t)；
[0105]
[0106] 其中：e(t)为A/D转换模块20的输出信号，e(t)*e(‑t)表示e(t)与e(‑t)的卷积运算，k1、k2、m1和m2为任意常数， 为平均自相关函数，x(t)是输出信号，r(t)为经过一次处理后的噪声，此时r(t)所对应的信号强度Rss(r)小于初始噪声u(t)所对应的信号强度Rss(u)；
[0107] 由于心电信号存在突变的不确定性和较多的细节需要提取，优选采用Daubechies小波函数作为小波变换中的小波基函数，使用所述Daubechies小波函数中的D4小波对信号进行小波变换，将上述平均自相关函数信号 分解成小波系数：
[0108]
[0109] 其中：h(t)为本实施例中所采用的D4小波，u(t)为单位函数，a为尺度，b为时间，h(a,b)(t)为所述D4小波在尺度a和时间b上平移变换的结果，X(a,b)为小波系数，τ为积分自变量，m1、m2为常数；
[0110] 在本实施例中选用SureShrink阈值对小波系数进行处理，将小波系数中的噪声系数进行减弱，同时保留信号中的有用信息，公式如下：
[0111]
[0112] 其中：H代表阈值，n代表信号的长度，本实施例中以单位周期为固定采样时间，即n＝T，σ代表噪声的混合标准差，其中：
[0113]
[0114] 其中：r1、r2、r3…rN为对应采样周期T内的噪声r(t)，μ为所采样时间内r(t)的平均值，N为采样个数；
[0115] 通过上述计算出的阈值H对小波系数X(a,b)进行处理，X(a,b)的绝对值小于H的部分会被设为零，而X(a,b)的绝对值大于H的部分会保留，处理后的小波系数为Y(a,b)；
[0116] 选用逆连续小波变换对阈值处理后的小波系数进行处理并重建原始信号，在输入激励为e(t)＝k1x(t)+k2u(t)的情况下经过信号去噪模块22所得到的输出为x(t)。
[0117] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0118] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
