第6讲 基于PPG的可穿戴脉搏波测量.ppt

电子系统设计选题脉搏与血氧 心率与血氧监测技术指标 1.系统功能 依据需求可分采取为2个方案： A：在PC端显示，可以选用无线模块，通过USB串口将测量结果传输给PC，在主机上显示脉搏波波形和心率数据. B：在智能手机端显示，信号采集端与手机间选用蓝牙通信，设计APP显示脉搏波波形和心率。 2.心跳量测： 脉搏在0~60 bpm范围内：+/-1 bpm, 脉搏在60~120 bpm 范围内：+/- 2 bpm, 脉搏在120~180 bpm 范围内: +/-3 bpm 背景与意义 现代运动医学经常把心率监测器作为生物反馈的仪器以及评估工具。生物反馈就是将生理变量的信息转化成为心率等可听或可视的形式。这对评价训练中的有氧过程、有氧速度具有重要参考意义。更为重要的是，生物反馈还可以用来测算人体结构与生化指标的运动潜力、精神/情感压力等识别过度训练的因素。 血氧饱和度不仅表征着血液携氧的能力，也揭示了肺的交换氧的能力，更直接反映了人体各组织的可被供氧的状态，因而是一个十分重要的生理指标。血氧饱和度已成为监护仪器的一个基本指标。在国外，该仪器已经进入家庭，像体温计、血压计一样成为一种普通家庭医疗仪器。 随着智能硬件的兴起，具备健康监测功能的智能穿戴设备受到消费者的青睐，能够监测人体各种健康指标的产品逐渐兴起，包括心率、血氧、血压、呼吸、心电等基本健康参数。 心率、血氧饱和度测量原理： 采用不同频率的方波驱动三种波段LED，LED发出的光经过被测手指后反射到光敏器件接收转换成电信号，电信号经过后续电路放大成一定幅值的电压信号，电压信号经过A/DC转换成数字信号送入MCU（微处理器），在MCU完成基于郎伯－比尔(Lambert-Beer)定律的数据运算处理，得出心率和血氧数据。 心率和血氧监测方案 信号调理电路包括2个独立的低通滤波器，他们的截止频率大约为2.5Hz，也就说最高能测量的心率为150bpm。该运放芯片采用双运放芯片MCP602，它由单电源供电，提供轨到轨输出摆幅（rail-to-rail output swing）。滤波非常必要，它能够滤掉任何高频噪声。每个运放的增益为101，总共运放为10000。同时，每个运放前有一个1uF的电容，来滤掉直流分量。 ? ? ?nRF51822是一款为超低功耗无线应用打造的多协议单芯片解决方案。它整合了Nordic无线收发器，一个ARM Cortex M0内核以及256KB的flash+16KB的RAM。nRF51822支持 BLE和专用的 2.4GHz协议栈。 nRF51822使用32位ARM Cortex M0核心，片上256kB的flash。相对于8/16位的平台拥有更佳的代码密度和更快的执行速度。? 该模块支持低功耗蓝牙（Bluetooth low energy）并同时兼容Nordic的nRF24L系列产品。输出功率范围在+4dBm到-20dBm之间，步进为4dB。 * * * * * * * *