《无线电》
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用Arduino 玩转传感器（3）——漫谈心率测量
2015-04-30 09:28:19心率（Heart Rate）是用来描述心脏跳动周期的专业术语，指的是心脏每分钟跳动的次数，即为心脏跳动的频率。心率是人体生理信号中较为重要的一项，也是较为容易采集和分析的。正常成年人安静时的平均心率在75次/分左右，正常范围为60~100次/分。心率可因年龄、性别及健康状况而各不相同，常作为疾病诊断的一项依据。
医院测量心率一般是医生通过听诊器来监听心脏跳动并估算出心率值，另外也有数字化的心率测量装置，而且市售的心率测量产品一般还带有检测血氧饱和度（SpO2）的功能，如图1 所示，只要把手指放在测量夹之中，即可实现自动测量，一些心率测量装置还会实时显示心电跳动的波形。这些心率测量产品看起来“不明觉厉”，其实我们也可以DIY 一个，用来测量自己和家人的心率。
在开始动手之前，我们先了解一下心率的测量方法。传统的测量方法主要有3 种：一是从心电信号中提取并计算心率；二是从测量血压时压力传感器所测量到的波动来计算心率；三是采用光电容积法测量。目前市面上的心率带或者一些专业的心电采集设备一般使用第一种方式，从采集到的ECG 信号中直接计算R-R 间期的时间就可以得到心率，不需要额外的硬件设备。光电容积法是一种简单且价格低廉的光学技术，可以探测微血管的血液体积变化，进而测量心率，具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。
■ 图1 各种心率测量产品
了解了基本知识之后，下面介绍一下我们所使用的心率传感器Pulse Sensor。这是国外的一款开源心率传感器，基于光电容积法原理实现心率测量，如图2 所示。
具体来说，光电容积法是利用人体组织在血管搏动时产生透光率不同来进行心率测量的。其传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在人体的手指或耳垂上。传感器光源的选择有一定的讲究，一般采用对人体动脉血中的氧和血红蛋白有选择性的一定波长（500 ～ 700nm）的发光二极管。当光束透过人体外周血管时，由于动脉搏动充血容积变化导致光束的透光率发生改变，同时，光电变换器接收到经过人体组织反射的光线，将其转变为电信号并将其放大和输出。图2 中圆孔中间的半球状的器件即发光二极管，圆孔下方的方形器件即光电变换器。由于心率是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性的变化，因此光电变换器输出的电信号的变化周期就是心率。
除了传感器本身之外，还需要配套的附件，如耳夹、粘扣等。Pulse Sensor 传感器套件如图3 所示。
