智能硬件設(shè)備火爆以來，到處都能見到心率檢測的影子：智能手表、智能手環(huán)、智能耳機(jī).....心率檢測電路如何設(shè)計？心率檢測原理是什么？測人體心率有哪些方式方法？有哪些心率檢測傳感器推薦？希望通過本篇文章大家能夠了解手環(huán)、手表上心率檢測的基本原理；工程師能夠少走彎路，參考借鑒。

一、心率小常識：(18px)

心率是用來描述心動周期的專業(yè)術(shù)語，是指心臟每分鐘跳動的次數(shù)，以第一心音為準(zhǔn)。 心率，現(xiàn)代漢語將心率解釋為“心臟跳動的頻率”。頻率就是在單位時間內(nèi)，某件事情發(fā)生的次數(shù)。兩種解釋合起來就是，心臟在一定時間內(nèi)跳動的次數(shù)，也就是在一定時間內(nèi)，心臟跳動快慢的意思。

心率是一項重要的人體機(jī)能指標(biāo)，健康成年人大約每分鐘心跳72下(72 beats per minute (bpm))。通常情況下運動員的心率比缺少運動的程序員的心率低。小孩心率會高一些，大約120bpm。大一點的小孩心率大約在90bpm。當(dāng)一個人運動時，心率會逐漸升高，當(dāng)停下后又會慢慢恢復(fù)。如果心率比正常的低，表明心率過緩；比正常高，表明心動過速~

二、心率測量有哪些方法

1、測心率的土方法

一般情況下最省錢的測心率的方法是——把脈法（將手指放到手腕上的動脈處，在30s的時間內(nèi)統(tǒng)計動脈搏動，然后乘以2）。這種將大姆手指放到動脈上的方法缺點是在心率高的情況下容易出錯。

2、醫(yī)學(xué)上測心率的方法--心電圖法

通過測量心電圖算出心率，這種方式因為是根據(jù)心電產(chǎn)生的生物學(xué)原理來測量，所以結(jié)果準(zhǔn)確。
但由于其測量的原理，容易受到電磁干擾，其次如果電極與人體接觸不良得到的結(jié)果也不準(zhǔn)確（醫(yī)院做之前在手上胸上擦拭酒精就是這么個道理）。這種方法是目前醫(yī)療級別最常用最準(zhǔn)確的方法，金標(biāo)準(zhǔn)。
最簡單的就是下面這種內(nèi)置算法的單導(dǎo)聯(lián)（Ⅰ導(dǎo)聯(lián)）的快速心電檢測儀（機(jī)器左右兩邊的電極直接接觸手掌）

前面說的兩種方法，一個太專業(yè)，一個太業(yè)余，都不是本文的重點。下面要講的是智能硬件設(shè)備如何測心率。

3、透射式心率檢測（夾式測心率）

像下圖中夾子型的測心率設(shè)備，其原理是如下figure1：夾子下面的TX是個LED燈，用來照射拇指；上面有個感光設(shè)備RX用來采集手指中的光亮度變化。因為心臟跳動會導(dǎo)致血液濃度變化，從而影響從TX發(fā)射的光。接著用濾波電路將RX的數(shù)據(jù)的部分雜質(zhì)濾除，并轉(zhuǎn)換到微處理AD可處理的合適電壓范圍，最后通過計算將結(jié)果顯示到LCD上。

如下圖，夾式測心率設(shè)備的原理圖比較簡單：包含夾子模塊、2個運放模塊、1個低通濾波器（濾掉毛刺）、MCU和顯示器模塊。第一個放大器使增益剛剛超過100，第二個運放的增益大約560，最后將兩極運放結(jié)果輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。




夾式測心率軟件部分是以10s為一個周期，然后將10s的計算心率的結(jié)果乘以6得到一次心率值。最終采用3次測量區(qū)平均的方法得出最終單次心率值。

4、反射式測心率

像手環(huán)、手表等智能設(shè)備采用透射式就不方便了，此時可以采用反射式心率檢測方法。其實，反射式和透射式在運放、低通濾波、嵌入式程序、以及LCD顯示部分基本一樣。不同之處在于透射式采用夾子，夾子下端有光源，上端是感光原件，通過采集透射光的變化判斷心率變化；而反射式則光源和感光原件在同一側(cè)（中間用隔光板隔開），手指按到采集設(shè)備上，發(fā)光源的光會經(jīng)過手指反射到感光設(shè)備。

5、另一種心率檢測原理圖介紹（和夾子式的大同小異）：

該信號調(diào)理電路包括2個獨立的低通濾波器，他們的截止頻率大約為2.5Hz，也就說最高能測量的心率為150bpm。該運放芯片采用雙運放芯片MCP602（淘寶上1元/個），它由單電源供電，提供軌到軌輸出擺幅（rail-to-rail output swing，如果參數(shù)為：50mV，表示輸出電壓范圍為Vee+50mV到Vcc-50mV）。這個濾波是非常必要的，它能夠濾掉任何高頻噪聲。每個運放的增益為101，總共運放為10000。同時，每個運放前有一個1uF的電容，來濾掉直流分量。




三、一些反射式光學(xué)傳感器

如果在淘寶上直接搜心率模塊，出來的種類很少。經(jīng)過這篇文章，想必你已經(jīng)知道此類心率檢測模塊只不過是一個反射是或透射式光學(xué)傳感器加上一些運放而已。幾個容易買到的反射式光學(xué)傳感器分享給大家：TCRT 1000、LTH1550、SFH7050。

四、心率檢測方案推薦

1、智能血壓心率手環(huán)（成品）

核心芯片: NORDIC 52832 BLE4.0

清華團(tuán)隊研發(fā)獨有的心率血壓專利算法，精準(zhǔn)度提高50％。運動記錄、 智能提醒、健康監(jiān)測、多國語言、時間顯示、遙控拍照、智能雙向防丟多種功能選配，支持APP空中升級，支持個性功能的軟硬件定制開發(fā)。點擊了解詳情>>

2、藍(lán)牙心率耳機(jī)（模塊）

核心芯片：CC2541

運動監(jiān)測、心率監(jiān)測、聽音樂等功能，適合市場上智能穿戴產(chǎn)品需求。本方案的動態(tài)心率測量精度高實時性好，并且用戶佩戴到耳朵處即可實現(xiàn)計步功能，完美的將傳統(tǒng)的藍(lán)牙耳機(jī)和智能穿戴結(jié)合在一起，前景廣闊。點擊了解詳情>>

3、可穿戴心率模塊

核心芯片： Nordic51822

實時心率計算、 支持BLE傳輸、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格2032紐扣電池供電。適用于心率監(jiān)測應(yīng)用. 傳統(tǒng)心率帶，智能心率帶，跑步機(jī)，智能自行車等產(chǎn)品 。點擊了解詳情>>

4、超低功耗運動心率耳機(jī)（成品）

項目心率檢測技術(shù)完全自主開發(fā)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)?，F(xiàn)在產(chǎn)品已經(jīng)具備批量生產(chǎn)的條件，自主設(shè)計的模具也已經(jīng)準(zhǔn)備開模。目前與聯(lián)想等國內(nèi)知名廠家進(jìn)行合作。產(chǎn)品適合運動人群。目標(biāo)客戶為運動產(chǎn)品品牌商，運動產(chǎn)品廠商，運動耳機(jī)廠商。點擊了解詳情>>

5、心率智能手環(huán)（成品）

核心芯片： DA14580

本方案可實現(xiàn)來電顯示、信息顯示、動態(tài)心率實時監(jiān)測、計步、測距、卡路里消耗管理、睡眠管理、久座提醒、運動量目標(biāo)管理、時鐘日期顯示、鬧鈴、雙向防丟（手機(jī)手環(huán)互找功能）、支持按鍵和翻手自拍、OTA升級、電容觸摸按鍵功能，另外還有全球首創(chuàng)獨家穿戴識別功能。點擊了解詳情>>

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