基于SON1303的简易运动心率仪设计

为适应运动状态下的心率检测，以低功耗微控制器STC11L01E为控制核心，采用性能优秀的绿光光电反射式传感器SON1303采集心率信号，并通过滤波、放大、信号调理再送入微控制器处理，设计平滑抗干扰算法得到的心率数据由数码管实时显示，在心率失常时给出报警信号。经实物检测心率准确率达到98%以上，可有效检测心率。整个系统采用低功耗设计。

心率是用来描述心动周期的专业术语， 是指心脏每分钟跳动的次数。

它是一项重要的人体机能指标， 也是初步判断心脏及身体是否正常的指标。现有的心率仪主要适用于静态心率测量，大多采用成本较低的透射式光电器件作为心率信号采集器。而运动状态下因晃动、光线、皮肤差异等干扰因素导致测量误差大，甚至失效[1] [2] [3] [4] [5]。本心率仪就是一个可穿戴智能电子小设备。主要采用性能优越的绿光反射式光电传感器采集心率信号，可对静止或运动状态下心率进行较精准的监测，并对不同年龄心率特征的一般范围进行监测，当超出范围时给予声音警示。

脉搏为体表可触摸到的动脉搏动[6]。心脏的左心室周期性收缩将血液挤压流入主动脉，血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播， 这种波称为脉搏波。

脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，作业医疗诊断的依据。身体正常时心率与脉搏是相等的，脉搏的测量更容易实现，因此测心率实质上就是测一分钟内的脉搏次数。

2. 光电容积法检测心率原理 本文主要讨论便携式较精确的检测方法。

中医把脉只能粗略感知心率， 且受主观经验与感觉影响大。

医疗上通过测量心电图算出心率太复杂。目前脉搏波的测量方法常用的有光电容积法和压电式测量法。

PVDF (极化的聚偏氟乙烯)压力传感器由于测压端面积较大[7]， 将产生位置相关性影响， 且采用直接接触法还会产生一系列不利的影响。故本文采用光电检测法。

光电法是基于郎伯－比尔(lamber-beer)定律， 即物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。人体皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织的光吸收量是恒定的，而静脉血的搏动相对于动脉血十分微弱可忽略， 故定波长光源照射在体表的光强变化就反映了血容积搏动， 如图1 所示。

Figure 1. Principle schematic diagram of photoelectric detection pulse 图1. 光电式检测脉搏原理示意图