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小巧、精準(zhǔn)、超低功耗—ROHM新款脈搏波傳感器評(píng)測(cè)

2017-03-15
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作者：SATURN
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
ROHM面向運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴式設(shè)備領(lǐng)域，開發(fā)出測(cè)量脈搏信號(hào)的脈搏傳感器“BH1790GLC”壓力傳感器，特有的光學(xué)濾光片結(jié)構(gòu)，可高精度地檢測(cè)脈搏信號(hào)。因此，不僅使可穿戴式設(shè)備的電池壽命更長(zhǎng)，還將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)和室外等紅外線較強(qiáng)的環(huán)境下，也可獲得高品質(zhì)的脈搏信號(hào)。

很快就會(huì)看到Serial Plotter上畫出的波形。

用戶A

可以看到明顯的波形數(shù)據(jù)，也比較穩(wěn)定。查看BH1790GLC的數(shù)據(jù)手冊(cè)，輸出的數(shù)據(jù)是指的綠光的計(jì)數(shù)值(COUNT),猜想內(nèi)部的工作原理應(yīng)該是將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)閾值化，然后根據(jù)閾值化后的值來進(jìn)行計(jì)數(shù)，這一點(diǎn)官方的數(shù)據(jù)手冊(cè)上并沒有提及。注意圖中的數(shù)據(jù)曲線有二，分別代碼了LED燈亮及滅時(shí)接收的波形，藍(lán)色代表的是LED ON時(shí)接收到的數(shù)據(jù)，紅色代表LED OFF時(shí)的數(shù)據(jù)。

代碼中設(shè)計(jì)以32Hz的頻率采樣，這是BH1790GLC模塊I2C接口的工作頻率，可以參考BH1790GLC的數(shù)據(jù)手冊(cè)來獲取。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證BH1790GLC的通用性。通過采集不同人的數(shù)據(jù)來進(jìn)行驗(yàn)證，下面是另外兩幅采集到的信息圖片，以供對(duì)比

用戶B

這是切換到另一個(gè)人時(shí)得到的數(shù)據(jù)，可以看到前面有一段時(shí)間并沒有采集到有效的數(shù)據(jù)，或者說波形并不很明顯。

用戶C

這一幅圖像看到波形不太明顯。去除圖片分辨率及大小等因素，看到這一波形相對(duì)來說確實(shí)不太明顯。

這是終端輸出的數(shù)字化顯示形式，看起來很亂，需要進(jìn)一步分析才能看出具體的含義。

其實(shí)，不管是血氧還是脈搏波，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要考慮的要素還有很多，典型的要素如下

● 低血流灌注(小信號(hào)水平)。光電二極管測(cè)量需要寬動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲增益的信號(hào)調(diào)理，以便捕捉脈搏事件。發(fā)射和接收路徑需要具有高分辨率DAC的高質(zhì)量、低噪聲LED驅(qū)動(dòng)電路和具有高分辨率ADC的高精度模擬前端電路。

● 運(yùn)動(dòng)和皮膚濕度。運(yùn)動(dòng)會(huì)引起偽像，這可以通過軟件算法來解決，或者利用ADXL345等加速度計(jì)來檢測(cè)并解決。

● 雜散光干擾。使用光電二極管來響應(yīng)紅光和紅外光，它很容易受環(huán)境光干擾。因此，用于過濾出紅光和紅外光目標(biāo)信號(hào)的算法非常重要，這意味著信號(hào)處理更加復(fù)雜。這種情況下，需要使用具有更高信號(hào)處理能力的DSP。

● 碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。一氧化碳(CO)很容易與血紅蛋白結(jié)合，使血液變得更像紅色HbO2，導(dǎo)致測(cè)得的SpO2值虛高。

小結(jié)來講，BH1790GLC確實(shí)做了簡(jiǎn)單易用。但實(shí)際的測(cè)試過程中，受個(gè)體特質(zhì)的影響，得到的結(jié)果還是有一定的差別。讓我想起看到的一則消息，有報(bào)道稱深色皮膚兄弟抱怨買到的某米手環(huán)不能準(zhǔn)確檢測(cè)心率問題�？磥韨€(gè)體的特質(zhì)化問題又將會(huì)是一個(gè)新的研究課題。

結(jié)論

BH1790GLC體驗(yàn)不錯(cuò)，簡(jiǎn)單易用，菜鳥們也可以輕松上手。由于使用了低亮度、低電壓的LED元件，節(jié)省了DCDC電路，IC可以做得非常小巧;低至0.8UA的待機(jī)電流，可以有效的節(jié)省電池壽命。精度方面，也還是不錯(cuò)的，測(cè)試樣本中也發(fā)現(xiàn)了部分脈搏波的波形不很明顯，這個(gè)問題可以從兩個(gè)方面來討論，一是個(gè)性的差異，這一點(diǎn)沒有辦法避免，世界是豐富多彩的。另一方面也要注意，我們得到的都是原始數(shù)據(jù)，通過濾波算法進(jìn)行處理后，再加上一個(gè)自我學(xué)習(xí)的算法，適應(yīng)的范圍就更廣!這也意味著如果采用該芯片來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的話，設(shè)計(jì)者需要將這一點(diǎn)考慮進(jìn)去。

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參考資源

模塊資料：http://www.rohm.com.cn/web/china/sensor-shield-support/heart-rate-sensor

購(gòu)買鏈接：http://www.rightic.cn/Article/Detail/17280183

http://www.ameya360.com/product/6474412

FlexiTimer2: playground.arduino.cc/Main/FlexiTimer2

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