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小巧、精準(zhǔn)、超低功耗—ROHM新款脈搏波傳感器評測

ROHM BH1790GLC 脈搏心率傳感器 shield

2017-03-15
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作者：SATURN
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
ROHM面向運動手環(huán)和智能手表等可穿戴式設(shè)備領(lǐng)域，開發(fā)出測量脈搏信號的脈搏傳感器“BH1790GLC”壓力傳感器，特有的光學(xué)濾光片結(jié)構(gòu)，可高精度地檢測脈搏信號。因此，不僅使可穿戴式設(shè)備的電池壽命更長，還將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運動和室外等紅外線較強的環(huán)境下，也可獲得高品質(zhì)的脈搏信號。

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，不過在光譜中紅外線的干擾是一個大問題!

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。在運動中熱量產(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?

這里有一個小術(shù)語，光電容積脈搏波描記法(photoplethysmography)，讀起來很拗口，原理是這樣：血液是紅色的，反射紅光，吸收綠光。每一次心跳，都會推動血管中血液濃度的變化，綠色LED光和綠光檢測用光電二極管的組合，通過檢測到綠光的數(shù)量，可以得知特定時間手腕處流通的血液量的周期性變化，從而計算出最終的數(shù)據(jù)。但這里有個小問題，隨著運動量的變化，會出汗，體溫會升高，相應(yīng)的紅外干擾就會增大，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發(fā)經(jīng)驗和獨有的模擬電路技術(shù)優(yōu)勢，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)確檢測脈搏波，動作時LED與IC的消費電流為0.74mA，典型工作電流約200μA，在待機時的電流更能低至0.8μA，功耗比以往產(chǎn)品降低約74%。下表為BH1790GLC與其它兩個典型脈搏傳感器的功耗對比，數(shù)據(jù)來源為ROHM官網(wǎng)，并未指明對比的產(chǎn)品型號，不過從數(shù)據(jù)來看優(yōu)勢明顯，實現(xiàn)了業(yè)界最小級別的低功耗。從系統(tǒng)設(shè)計的角度來說，采用BH1790GLC有助于延長可穿戴設(shè)備的電池壽命。

BH1790GLC與其它傳感器功耗對比

BH1790GLC典型電氣特性如下

下面來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)檢測方案功能框圖，通過測量血液中的含氧量，實現(xiàn)脈搏及血氧的檢測。該方案與BH1790GLC的檢測原理基本類似，只不過使用的是紅光

手頭沒有ADI的相關(guān)套件，列出來僅供參考，沒法比較二者的實際檢測效果。

體驗、應(yīng)用

結(jié)合SensorShield-EVK-001擴展板，BH1790GLC仍然可以實現(xiàn)即時評估的特性，做到開箱即用。

先準(zhǔn)備硬件，將擴展板連接到ARDUINO開發(fā)板，然后將BH1790GLC模塊連接到擴展板的I2C接口上，同時將VLED連接到擴展板的5V接口上，如下圖。

硬件準(zhǔn)備非常簡單，再檢查一遍，如果沒有問題就可以上電了。

ROHM為BH1790GLC提供了基于ARDUINO的演示程序。接下來打開ARDUINO開發(fā)環(huán)境，檢查串口驅(qū)動是否正常，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開發(fā)環(huán)境中。

示例代碼里用到了FlexiTimer2來實現(xiàn)定時，這是一個增強型的定時器，定時器的各項參數(shù)可以由用戶配置，靈活實現(xiàn)不同的功能。輸出結(jié)果可以使用Serial Monitor或Serial Plotter來顯示，后者是一個圖形化的輸出界面，可以捕捉ARDUINO輸出的數(shù)據(jù)并以圖形化顯示。

打開File/Examples/BH1790GLC_PulseWave/example/BH1790GLC測試程序，編譯并上載到開發(fā)板。打開Serial Plotter監(jiān)視器，可以看到初始的噪聲數(shù)據(jù)，如下