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[心率传感器]心率传感器工作原理详细讲解

日期:2022-04-29

  心率是了解您的肌肉和肺部的窗口,因为它揭示了它们的工作强度!对准确且价格合理的心脏监测器的需求对于确保人们的健康质量至关重要。因此,这里有一篇前言文章,可帮助您设计/构建紧凑且具有成本效益的心率(脉搏率)监测器,该监测器将提供准确的心率读数。请记住,您的心率是您身体状况的一个很好的指标!


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心率传感器一、背景知识

在你开始自己动手之前,有一些事情需要详细了解。新萄京ag65609com想首先介绍无创心率/脉搏率测量技术,并简要说明基本原理。请记住,新萄京ag65609com不是一个心脏研究员,而是一个热心的读者、学者和自信的作家。心率可以用不同的方式测量。最常见的两种技术是电法和光学法,后者更具成本效益和方便。原则上,光学方法(称为光电容积描记术)通过感应通过食指的血流变化来测量心率。记录的这种变化随时间变化的曲线称为光体积描记 (PPG) 波形。



心率传感器二、基本电子产品

非侵入式光学心率传感器由一个电子电路组成,该电路通过夹在指尖上来监测心跳。它通过将光照射到(或穿过)手指并测量反射(或吸收)多少光来实现这一点。当血液通过手指泵送时,这种情况会上下波动。通常使用红外光发射器和光接收器的巧妙组合进行操作。除了光学传感器组件外,还需要一个放大电路来“增强和整形”来自光学传感器的微弱信号。下图显示了典型光学心率监测器的整个电路图。令人惊讶的是,它的输出强度足以在每次心脏跳动时使绿灯闪烁。



心率传感器三、峰值发射波长

上面的电路已经试过了,效果很好。对于光学传感器组件 (U2),新萄京ag65609com使用了来自 Vishay 的(稍作修改)TCRT5000L 反射式光学传感器(带晶体管输出)。来到运算放大器 (U1) 新萄京ag65609com会成功使用 MCP6273。值得注意的是,TCRT5000L的峰值发射波长为950 nm。设计师和工程师通常使用 700 nm(红色)到 1000 nm(红外线)的范围进行生物测量,因为光束可以穿过身体的狭窄部位,例如指尖、耳垂或下唇。最终,您可能会得到一个看起来类似于典型体积描记波形的图。


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心率传感器四、光亮保持恒定

由于脉冲传感器放大来自光学传感器的原始信号,并在 Vcc/2(电压中点)附近归一化脉冲波,如果入射到光接收器部分的光量保持恒定,则信号电压将保持在 (或接近)2.5VDC 在 5VDC 电源。输出信号值为 512(ADC 范围的中点)。来自光发送器的绿光反射回光接收器在每个脉冲期间都会发生变化——信号会随着更多的光而射出,而在光越少的情况下,反之亦然。


心率传感器五、模块输出终端


同样的假脉冲传感器做了一个有趣的实验。对于不知情的实验,新萄京ag65609com只是通过一个 1KΩ 电阻器在模块的输出端(信号输出和接地线之间)连接了一个绿色 LED。此后,当新萄京ag65609com通过干净的 5VDC 电源单独为模块供电时,没有将任何手指放在传感器区域(空闲状态)上,LED 开始以接近 3Hz 的速率连续闪烁。您可以在下面看到一个随意的范围捕获。该实验进行了数十次迭代以找出原因,但失败了。目前新萄京ag65609com还没有办法弄清楚其中的奥秘!


心率传感器六、测试

因为新萄京ag65609com听说某些研究建议使用纯绿色 LED 以获得更准确的数据包后,新萄京ag65609com迅速更换了绿色 LED,并像以前一样将脉冲传感器重新连接到新萄京ag65609com的 Arduino Uno 板上。然后新萄京ag65609com为 BPM 测量上传了一个新的基本测试草图(见下文),并且在一定程度上它进展顺利。该代码仅在 10 秒内查找高于阈值的脉冲,然后将其乘以 6 以获得 BPM。


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