心率檢測(cè)的模塊基本原理 反射式心率檢測(cè)方法原理

Why I Write This Artical？

現(xiàn)在基本上到處都有心率檢測(cè)的影子，然而淘寶上找個(gè)相應(yīng)的心率檢測(cè)的模塊卻是又少又貴！

本人不服，遂打算自己做一個(gè)心率檢測(cè)模塊！

一、心率小常識(shí)：（18px）

心率是一項(xiàng)重要的人體機(jī)能指標(biāo)，健康成年人大約每分鐘心跳72下（72 beats per minute （bpm））。通常情況下運(yùn)動(dòng)員的心率比缺少運(yùn)動(dòng)的程序員的心率低。小孩心率會(huì)高一些，大約120bpm。大一點(diǎn)的小孩心率大約在90bpm。當(dāng)一個(gè)人運(yùn)動(dòng)時(shí)，心率會(huì)逐漸升高，當(dāng)停下后又會(huì)慢慢恢復(fù)。如果心率比正常的低，表明心率過(guò)緩；比正常高，表明心動(dòng)過(guò)速~（當(dāng)了回醫(yī)生哈）

二、測(cè)心率土方法：

一般情況下最省錢的測(cè)心率的方法是——把脈法（將手指放到手腕上的動(dòng)脈處，在30s的時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)動(dòng)脈搏動(dòng)，然后乘以2）。這種將大姆手指放到動(dòng)脈上的方法在心率高的情況下容易出錯(cuò)。我記得大二的時(shí)候上體育課，老師讓用土方法自己測(cè)量自己的心率，我當(dāng)時(shí)報(bào)出30多bpm老師震驚了~然后讓我再測(cè)一邊，還是30多，最后幫我找個(gè)班里最beautiful的妹子幫我測(cè)的。..更復(fù)雜的方法是用電子技術(shù)，進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)計(jì)。

tu1 測(cè)心率的土方法

三、測(cè)心率的電子方法：

3.1、手環(huán)測(cè)心率的原理：（16px）

當(dāng)然，雖然淘寶上賣的心率檢測(cè)模塊種類比較少，但是全世界制作心率檢測(cè)模塊、人體健康模塊、手環(huán)核心模塊等等的廠家非常多！前兩天還聯(lián)系一家臺(tái)灣的制作一個(gè)4mmx2mmx1mm的小芯片，集成了加速度、心率和血氧3個(gè)傳感器，不過(guò)他們不喜歡我這種只要幾片、幾十片的用戶，最后他們客服打電話建議我找他們代理去拿。

電子技術(shù)測(cè)心率用的比較多的是LED偵測(cè)法，如下圖主要是根據(jù)LED反射光的強(qiáng)度來(lái)反應(yīng)心跳的~

tu2 手環(huán)測(cè)心率的原理

3.2、夾式測(cè)心率的原理：

3.2.1、夾式測(cè)心率概括性說(shuō)明：

像figure2中夾子型的測(cè)心率設(shè)備，其原理是如下figure1：夾子下面的TX是個(gè)LED燈，用來(lái)照射拇指；上面有個(gè)感光設(shè)備RX用來(lái)采集手指中的光亮度變化。因?yàn)樾呐K跳動(dòng)會(huì)導(dǎo)致血液濃度變化，從而影響從TX發(fā)射的光。接著用濾波電路將RX的數(shù)據(jù)的部分雜質(zhì)濾除，并轉(zhuǎn)換到微處理AD可處理的合適電壓范圍，最后通過(guò)計(jì)算將結(jié)果顯示到LCD上。

tu3 夾式測(cè)心率的原理

3.2.2、夾式測(cè)心率分析原理圖：

如下圖，夾式測(cè)心率設(shè)備的原理圖比較簡(jiǎn)單：包含夾子模塊、2個(gè)運(yùn)放模塊、1個(gè)低通濾波器（濾掉毛刺）、MCU和顯示器模塊。第一個(gè)放大器使增益剛剛超過(guò)100，第二個(gè)運(yùn)放的增益大約560，最后將兩極運(yùn)放結(jié)果輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。

tu4 夾子式測(cè)心率電路原理圖

3.2.3、夾式測(cè)心率軟件偽代碼：

軟件部分是以10s為一個(gè)周期，然后將10s的計(jì)算心率的結(jié)果乘以6得到一次心率值。最終采用3次測(cè)量區(qū)平均的方法得出最終單次心率值。

tu5 夾子式測(cè)心率軟件偽代碼

3.3、反射式測(cè)心率的原理：

3.3.1、透射式與反射式心率檢測(cè)方法的聯(lián)系：

上面夾子式心率檢測(cè)方法也可以理解為透射式心率檢測(cè)方法，但是像手環(huán)、手表等智能設(shè)備采用透射式就不方便了，此時(shí)可以采用反射式心率檢測(cè)方法。其實(shí)，反射式和透射式在運(yùn)放、低通濾波、嵌入式程序、以及LCD顯示部分基本一樣。不同之處在于透射式采用夾子，夾子下端有光源，上端是感光原件，通過(guò)采集透射光的變化判斷心率變化；而反射式則光源和感光原件在同一側(cè)（中間用隔光板隔開(kāi)），手指按到采集設(shè)備上，發(fā)光源的光會(huì)經(jīng)過(guò)手指反射到感光設(shè)備。

tu6 反射式心率檢測(cè)方法原理

3.3.2、另一種心率檢測(cè)原理圖介紹（和夾子式的大同小異）：

該信號(hào)調(diào)理電路包括2個(gè)獨(dú)立的低通濾波器，他們的截止頻率大約為2.5Hz，也就說(shuō)最高能測(cè)量的心率為150bpm。該運(yùn)放芯片采用雙運(yùn)放芯片MCP602（淘寶上1元/個(gè)），它由單電源供電，提供軌到軌輸出擺幅（rail-to-rail output swing，如果參數(shù)為：50mV，表示輸出電壓范圍為Vee+50mV到Vcc-50mV）。這個(gè)濾波是非常必要的，它能夠?yàn)V掉任何高頻噪聲。每個(gè)運(yùn)放的增益為101，總共運(yùn)放為10000。同時(shí)，每個(gè)運(yùn)放前有一個(gè)1uF的電容，來(lái)濾掉直流分量。

四、一些反射式光學(xué)傳感器：

如果在淘寶上直接搜心率模塊，出來(lái)的種類很少。經(jīng)過(guò)這篇文章，想必你已經(jīng)知道此類心率檢測(cè)模塊只不過(guò)是一個(gè)反射是或透射式光學(xué)傳感器加上一些運(yùn)放而已。我也是這么過(guò)來(lái)的，遂寫(xiě)篇文章分享給大家。同時(shí)我也把找到的幾個(gè)容易買到的反射式光學(xué)傳感器分享給大家：TCRT 1000、LTH1550、SFH7050。希望通過(guò)本篇文章小白能夠了解手環(huán)、手表上心率檢測(cè)的基本原理；工程師能夠少走彎路，參考借鑒。