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小巧、精準(zhǔn)、超低功耗—ROHM新款脈搏波傳感器評(píng)測(cè)
- [導(dǎo)讀]
- ROHM面向運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴式設(shè)備領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出測(cè)量脈搏信號(hào)的脈搏傳感器“BH1790GLC”壓力傳感器，特有的光學(xué)濾光片結(jié)構(gòu)，可高精度地檢測(cè)脈搏信號(hào)。因此，不僅使可穿戴式設(shè)備的電池壽命更長(zhǎng)，還將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)和室外等紅外線較強(qiáng)的環(huán)境下，也可獲得高品質(zhì)的脈搏信號(hào)。
BH1790GLC模塊的典型應(yīng)用如下
從框圖上看到，綠色濾光片上有IRCUT，直接濾除紅外線，減少干擾。
BH1790GLC有三大特色：精準(zhǔn)、小巧、低功耗。
選擇合適的光波頻譜很重要，光電二極管的物理特性決定了其最佳的工作頻段，參考BH1790GLC的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的參考數(shù)據(jù)如下。
精選合適的光波頻譜，能保證與光電器件的最佳配合，不過(guò)在光譜中紅外線的干擾是一個(gè)大問(wèn)題!
BH1790GLC內(nèi)置了紅外濾光片(IRCUT)，能有效濾除外界自然光的紅外干擾。在運(yùn)動(dòng)中熱量產(chǎn)生的紅外干擾也能夠得到有效的抑制。
小科普：為什么選綠光?
這里有一個(gè)小術(shù)語(yǔ)，光電容積脈搏波描記法(photoplethysmography)，讀起來(lái)很拗口，原理是這樣：血液是紅色的，反射紅光，吸收綠光。每一次心跳，都會(huì)推動(dòng)血管中血液濃度的變化，綠色LED光和綠光檢測(cè)用光電二極管的組合，通過(guò)檢測(cè)到綠光的數(shù)量，可以得知特定時(shí)間手腕處流通的血液量的周期性變化，從而計(jì)算出最終的數(shù)據(jù)。但這里有個(gè)小問(wèn)題，隨著運(yùn)動(dòng)量的變化，會(huì)出汗，體溫會(huì)升高，相應(yīng)的紅外干擾就會(huì)增大，這也就是傳感器中增加IRCUT的作用。
為了適應(yīng)可穿戴設(shè)備對(duì)體積方面的要求，BH1790GLC采用了低亮度、低電壓的LED元件，不再需要以往LED器件中的DCDC電路，有效減少了元器件的面積，與同類產(chǎn)品相比面積可以減少30%以上。芯片封裝使用WLGA010V28形式，三維大小僅為2.8mmX2.8mmX1.0mm，非常適合集成于手表等可穿戴設(shè)備。封裝尺寸如下(TOP)
憑借ROHM多年積累的光傳感器開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)有的模擬電路技術(shù)優(yōu)勢(shì)，BH1790GLC采用高靈敏度的傳感技術(shù)，即使在LED亮度較低的情況下，也可以準(zhǔn)確檢測(cè)脈搏波，動(dòng)作時(shí)LED與IC的消費(fèi)電流為0.74mA，典型工作電流約200μA，在待機(jī)時(shí)的電流更能低至0.8μA，功耗比以往產(chǎn)品降低約74%。下表為BH1790GLC與其它兩個(gè)典型脈搏傳感器的功耗對(duì)比，數(shù)據(jù)來(lái)源為ROHM官網(wǎng)，并未指明對(duì)比的產(chǎn)品型號(hào)，不過(guò)從數(shù)據(jù)來(lái)看優(yōu)勢(shì)明顯，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最小級(jí)別的低功耗。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，采用BH1790GLC有助于延長(zhǎng)可穿戴設(shè)備的電池壽命。
BH1790GLC與其它傳感器功耗對(duì)比
BH1790GLC典型電氣特性如下
下面來(lái)看一下市面上其它的脈搏傳感器方案，下圖為ADI的SpO2(脈搏血氧儀)檢測(cè)方案功能框圖，通過(guò)測(cè)量血液中的含氧量，實(shí)現(xiàn)脈搏及血氧的檢測(cè)。該方案與BH1790GLC的檢測(cè)原理基本類似，只不過(guò)使用的是紅光
手頭沒(méi)有ADI的相關(guān)套件，列出來(lái)僅供參考，沒(méi)法比較二者的實(shí)際檢測(cè)效果。
體驗(yàn)、應(yīng)用
結(jié)合SensorShield-EVK-001擴(kuò)展板，BH1790GLC仍然可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)評(píng)估的特性，做到開(kāi)箱即用。
先準(zhǔn)備硬件，將擴(kuò)展板連接到ARDUINO開(kāi)發(fā)板，然后將BH1790GLC模塊連接到擴(kuò)展板的I2C接口上，同時(shí)將VLED連接到擴(kuò)展板的5V接口上，如下圖。
硬件準(zhǔn)備非常簡(jiǎn)單，再檢查一遍，如果沒(méi)有問(wèn)題就可以上電了。
ROHM為BH1790GLC提供了基于ARDUINO的演示程序。接下來(lái)打開(kāi)ARDUINO開(kāi)發(fā)環(huán)境，檢查串口驅(qū)動(dòng)是否正常，如下圖所示。
從附錄給出的鏈接下載軟件支持包，使用ARDUINO的Sketch/Include Library/Add .ZIP Library…將支持軟件包包含到ARDUINO開(kāi)發(fā)環(huán)境中。
示例代碼里用到了FlexiTimer2來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，這是一個(gè)增強(qiáng)型的定時(shí)器，定時(shí)器的各項(xiàng)參數(shù)可以由用戶配置，靈活實(shí)現(xiàn)不同的功能。輸出結(jié)果可以使用Serial Monitor或Serial Plotter來(lái)顯示，后者是一個(gè)圖形化的輸出界面，可以捕捉ARDUINO輸出的數(shù)據(jù)并以圖形化顯示。
打開(kāi)File/Examples/BH1790GLC_PulseWave/example/BH1790GLC測(cè)試程序，編譯并上載到開(kāi)發(fā)板。打開(kāi)Serial Plotter監(jiān)視器，可以看到初始的噪聲數(shù)據(jù)，如下
接下來(lái)測(cè)試BH1790GLC檢測(cè)脈搏數(shù)據(jù)，將手指覆蓋在BH1790GLC的傳感器上，如下圖如示
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