“可穿戴设备”这个发端于2013年的核心词汇，在最近的CES大会上再一次的成为了焦点，这似乎说明了可穿戴设备将在2014年处于极速上升期。而心率作为最容易采集和分析人体生理信号必将是最先攻克的堡垒。各种亮相大会的可穿戴设备基本都具有心率采集显示的功能，虽然看起来不明觉厉，其实我们也可以DIY一个来检测一下自己的心率。
其实心率测量对于我们来说一点也不陌生，在学校搞体能测试的时候，大家都会在运动后把夹子夹在自己的手指上测量一下看看心率是否正常。这种方法的缺点就是不够便携，必须大家挤到一起去测量，不能实现运动时测量。传统的脉搏测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；三是光电容积法。其中目前市面上的心率带或者一些专业的心电采集设备应该用的第一种方式，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。前两种方法提取信号都会限制病人的活动，如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。
光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量的。其使用的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病人的手指或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长（ 500nm~700nm）的发光二极管。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏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变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。
由于光电容积法比较容易实现，所以经过查找发现了一款开源的心率传感器pulse sensor（下图）。该传感器是可以配套Arduino使用的一个心率传感器，本质是一个带有放大和消噪功能的光学放大器，通过佩戴在手指末端或者耳垂等毛细血管末端来检测血液量的变化从而得到人体的实时心率。该传感器只有三根线，电源、地和信号线，信号线输出模拟信号，利用相应的Arduino下位机程序和Processing上位机程序，可以方便的显示脉搏波形，可以直接拿来做演示实验或者开发原型，而且其相关的硬件和软件资料都放在官网上http://pulsesensor.myshopify.com/，有兴趣的人可以浏览一下，也许能激发你更多的灵感。
闲话少说，将配件中的透明贴膜粘在传感器表面防止手指上的汗液将电路短路，背面沾上黑色圆形钩贴。将传感器紧贴手指指肚，再用绑带缠绕，做到传感器和皮肤紧密接触即可。将pulse sensor与arduino相连，通过USB线将数据上传电脑。通电后，pulse sensor上的LED发出绿光，电脑屏幕上的脉搏波形刚开始还是很凌乱的，等待arduino采集数据一段时间后就会有相应的脉搏波形显示出来，同时arduino板上的LED灯也会随着佩戴者的每一次心跳而闪烁。
首先测试一下平常的心率：
为了验证其有效性，游泳后再次测量
从实验结果来看，效果还是不错的，能够实时捕捉到人体心率的变化。当然这个东西的缺点也是有的，我个人觉得有以下几点：1.电路上没有增益控制，不同情况下信号的差别有点大，有些时候信号幅度过大会出现“削顶”现象；2.传感器的灵敏度不够高，只能检测手指或者耳垂等血液末端处，对于手腕等部位不能有效检测脉搏波；3.传感器的固定方式有待改进。利用绑带固定传感器到手指并不能保证手指与传感器的接触紧密，手指活动会造成脉搏波形发生变化，影响信号。
总体来看，该传感器与Arduino可以很好配合，上手简单，演示方便，作为一款玩具级别的心率传感器还是不错的。最后附上传感器的购买链接http://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.16.zfuFB9&id=36688885742&_u=f2i27ok4ce1，这一家的传感器做工不错，有相应配件可以方便使用。
最后我觉得可以将这个传感器与zigbee小组发的RBEE模块结合起来，参照《building wireless sensor networks》做一个人体监护的自组织网络（好像现在已经有类似的BAN网络了），这样倒是有趣的多。
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用户377235 2014-5-2 15:47