心跳传感器 – 工作和应用

心跳是什么意思？

一个人的心跳是他/她心脏瓣膜在将血液从一个区域推向另一个区域时收缩或扩张的声音。心脏每分钟跳动的次数（BPM）是心跳率，任何靠近皮肤的动脉都能感觉到的心跳是脉搏。

测量心跳的两种方法

• 手动方式 :可以通过在两个位置检查一个人的脉搏来手动检查心跳 - 手腕（径向脉搏 ) 和颈部 (颈动脉搏动 ）。程序是将两个手指（食指和中指）放在手腕（或气管下方的脖子）上，计算脉搏数 30 秒，然后将该数乘以 2 以获得心跳率。但是，施加的压力应该最小，手指也应该上下移动，直到感觉到脉搏。

• 使用传感器 ：可以根据光功率变化来测量心跳，因为随着心跳的变化，光在通过血液的过程中会被散射或吸收。

心跳传感器原理

心跳传感器基于光电容积描记原理。它测量通过身体任何器官的血液量的变化，这会导致通过该器官（无血管区域）的光强度发生变化。在需要监测心率的应用中，脉搏的定时更为重要。血容量的流量由心脏脉搏的速率决定，由于光被血液吸收，因此信号脉冲相当于心跳脉冲。

有两种类型的光体积描记术：

传输 ：发光装置发出的光通过耳垂等身体的任何血管区域，被检测器接收。

反思 ：发光器件发出的光被区域反射。

心跳传感器的工作

基本的心跳传感器由一个发光二极管和一个检测器（如光检测电阻器或光电二极管）组成。心跳脉冲会导致流向身体不同部位的血流发生变化。当组织被光源照亮时，即由 LED 发出的光，它要么反射（手指组织），要么透射光（耳垂）。一些光被血液吸收，透射光或反射光被光检测器接收。吸收的光量取决于该组织中的血容量。检测器输出为电信号形式，与心跳率成正比。

该信号是与组织和血容量有关的直流信号，与心跳同步的、由动脉血容量脉动变化引起的交流分量叠加在直流信号上.因此，主要要求是隔离最重要的交流分量。

为了实现获取交流信号的任务，检测器的输出首先使用2级HP滤波-LP 电路，然后使用比较器电路或使用简单的 ADC 转换为数字脉冲。数字脉冲被提供给微控制器用于计算心跳率，由公式给出-

BPM（每分钟节拍数）=60*f

其中f是脉冲频率

实用的心跳传感器

实际的心跳传感器示例是心率传感器（产品编号 PC-3147）。 它由一个红外线 LED 和一个嵌入到夹状结构上的 LDR 组成。夹子固定在器官（耳垂或手指）上，检测器部分位于肉体上。

另一个例子是TCRT1000 , 有 4 个引脚-

Pin1：给 LED 提供电源电压

Pin2 和 3 接地。引脚 4 是输出。引脚 1 也是使能引脚，将其拉高会打开 LED，传感器开始工作。它嵌入在可佩戴在手腕上的可穿戴设备上，输出可以无线（通过蓝牙）发送到计算机进行处理。

应用开发你的心跳传感器系统

一个基本的心跳传感器系统也可以使用如下所示的 LDR、比较器 IC LM358 和微控制器等基本组件构建

如上文关于心跳传感器的原理所述，当使用光源照射手指组织或耳垂组织时，光线经过调制后传输，即部分得到被血液吸收，其余的被传播。该调制光被光检测器接收。

这里使用光敏电阻 (LDR) 作为光检测器。它的工作原理是当光照射在电阻器上时，它的电阻会发生变化。随着光强度的增加，电阻减小。因此电阻两端的压降减小。

此处使用比较器，将 LDR 的输出电压与阈值电压的输出电压进行比较。阈值电压是当来自光源的具有固定强度的光直接落在 LDR 上时，LDR 上的电压降。比较器LM358的反相端连接到设置为阈值电压的分压器装置，同相端连接到LDR。当使用光源照射人体组织时，光的强度会降低。当这种降低的光强度落在 LDR 上时，电阻会增加，并且由于电压降而增加。当 LDR 或同相输入端的压降超过反相输入端的压降时，比较器的输出端会产生逻辑高信号，如果压降较小，则会产生逻辑低输出。因此输出是一系列脉冲。这些脉冲可以馈送到微控制器，微控制器相应地处理信息以获得心跳率，并显示在与微控制器接口的显示器上。

心跳传感器电路图视频讲解