日期：2022-04-29
心率是了解您的肌肉和肺部的窗口，因?yàn)樗沂玖怂鼈兊墓ぷ鲝?qiáng)度!對準(zhǔn)確且價(jià)格合理的心臟監(jiān)測器的需求對于確保人們的健康質(zhì)量至關(guān)重要。因此，這里有一篇前言文章，可幫助您設(shè)計(jì)/構(gòu)建緊湊且具有成本效益的心率(脈搏率)監(jiān)測器，該監(jiān)測器將提供準(zhǔn)確的心率讀數(shù)。請記住，您的心率是您身體狀況的一個(gè)很好的指標(biāo)!
心率傳感器一、背景知識
在你開始自己動(dòng)手之前，有一些事情需要詳細(xì)了解。我想首先介紹無創(chuàng)心率/脈搏率測量技術(shù)，并簡要說明基本原理。請記住，我不是一個(gè)心臟研究員，而是一個(gè)熱心的讀者、學(xué)者和自信的作家。心率可以用不同的方式測量。最常見的兩種技術(shù)是電法和光學(xué)法，后者更具成本效益和方便。原則上，光學(xué)方法(稱為光電容積描記術(shù))通過感應(yīng)通過食指的血流變化來測量心率。記錄的這種變化隨時(shí)間變化的曲線稱為光體積描記 (PPG) 波形。
心率傳感器二、基本電子產(chǎn)品
非侵入式光學(xué)心率傳感器由一個(gè)電子電路組成，該電路通過夾在指尖上來監(jiān)測心跳。它通過將光照射到(或穿過)手指并測量反射(或吸收)多少光來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)血液通過手指泵送時(shí)，這種情況會(huì)上下波動(dòng)。通常使用紅外光發(fā)射器和光接收器的巧妙組合進(jìn)行操作。除了光學(xué)傳感器組件外，還需要一個(gè)放大電路來“增強(qiáng)和整形”來自光學(xué)傳感器的微弱信號。下圖顯示了典型光學(xué)心率監(jiān)測器的整個(gè)電路圖。令人驚訝的是，它的輸出強(qiáng)度足以在每次心臟跳動(dòng)時(shí)使綠燈閃爍。
心率傳感器三、峰值發(fā)射波長
上面的電路已經(jīng)試過了，效果很好。對于光學(xué)傳感器組件 (U2)，我使用了來自 Vishay 的(稍作修改)TCRT5000L 反射式光學(xué)傳感器(帶晶體管輸出)。來到運(yùn)算放大器 (U1) 我會(huì)成功使用 MCP6273。值得注意的是，TCRT5000L的峰值發(fā)射波長為950 nm。設(shè)計(jì)師和工程師通常使用 700 nm(紅色)到 1000 nm(紅外線)的范圍進(jìn)行生物測量，因?yàn)楣馐梢源┻^身體的狹窄部位，例如指尖、耳垂或下唇。最終，您可能會(huì)得到一個(gè)看起來類似于典型體積描記波形的圖。
心率傳感器四、光亮保持恒定
由于脈沖傳感器放大來自光學(xué)傳感器的原始信號，并在 Vcc/2(電壓中點(diǎn))附近歸一化脈沖波，如果入射到光接收器部分的光量保持恒定，則信號電壓將保持在 (或接近)2.5VDC 在 5VDC 電源。輸出信號值為 512(ADC 范圍的中點(diǎn))。來自光發(fā)送器的綠光反射回光接收器在每個(gè)脈沖期間都會(huì)發(fā)生變化——信號會(huì)隨著更多的光而射出，而在光越少的情況下，反之亦然。
心率傳感器五、模塊輸出終端
同樣的假脈沖傳感器做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)。對于不知情的實(shí)驗(yàn)，我只是通過一個(gè) 1KΩ 電阻器在模塊的輸出端(信號輸出和接地線之間)連接了一個(gè)綠色
LED。此后，當(dāng)我通過干凈的 5VDC 電源單獨(dú)為模塊供電時(shí)，沒有將任何手指放在傳感器區(qū)域(空閑狀態(tài))上，LED 開始以接近 3Hz
的速率連續(xù)閃爍。您可以在下面看到一個(gè)隨意的范圍捕獲。該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)十次迭代以找出原因，但失敗了。目前我還沒有辦法弄清楚其中的奧秘!
心率傳感器六、測試
因?yàn)槲衣犝f某些研究建議使用純綠色 LED 以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)包后，我迅速更換了綠色 LED，并像以前一樣將脈沖傳感器重新連接到我的 Arduino Uno 板上。然后我為 BPM 測量上傳了一個(gè)新的基本測試草圖(見下文)，并且在一定程度上它進(jìn)展順利。該代碼僅在 10 秒內(nèi)查找高于閾值的脈沖，然后將其乘以 6 以獲得 BPM。
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