1.設(shè)計(jì)背景

為了能夠連續(xù)便捷地檢測(cè)到亞健康人群的各項(xiàng)生理參數(shù)，及時(shí)了解人體健康狀況，并為臨床診斷治療提供準(zhǔn)確的依據(jù)，通過分析人體皮膚表面的光電容積脈搏波(PPG信號(hào))能夠提取與生理健康相關(guān)的特征數(shù)據(jù)目前主流的產(chǎn)品采用綠光、紅光近紅外等不同波段的光源進(jìn)行PPG信號(hào)的采集，通過分析實(shí)現(xiàn)連續(xù)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及心血管疾病分級(jí)預(yù)警。

1.1技術(shù)要求

包括通過水凝膠貼片吸附在手背的檢測(cè)主機(jī)和手指尖固定的副機(jī)其中主機(jī)端搭載PCB主控板、采集芯片、六軸傳感器模塊、藍(lán)牙傳輸模塊和電池;副機(jī)端通過柔性電路板FPC連接主機(jī)，并搭載采集芯片。主機(jī)可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)PPG信號(hào)采集，也可與副機(jī)連接后同時(shí)采集。

2.設(shè)計(jì)框圖

分為主機(jī)和副機(jī)兩個(gè)部分，主機(jī)負(fù)責(zé)手背端的PPG，姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集，副板需要手指端的PPG采集。

3. 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

3.1 主機(jī)設(shè)計(jì)

MAX30102與主機(jī)通訊使用的是IIC，MPU6050也是，而且需要藍(lán)牙進(jìn)行無線的傳輸，手背上面的皮較厚，所以設(shè)計(jì)了單獨(dú)的模擬采集電路，設(shè)計(jì)了一路5v轉(zhuǎn)3.3V的LDO為若干器件供電。

手背有些凹凸不平，選擇了單獨(dú)的光電器件來測(cè)量，ST188，輸出微弱的電壓，由于接觸面的不穩(wěn)定會(huì)有低頻噪音，后級(jí)又使用LM358構(gòu)成同相放大器對(duì)微弱的前級(jí)信號(hào)進(jìn)行放大，為了快速實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量又加了一路施密特觸發(fā)器，將連續(xù)的心率信號(hào)處理成數(shù)字量快速計(jì)算。如果想獲取RAW數(shù)據(jù)可以在ADC處進(jìn)行采集。

R5和C2組成同相輸入一階低通濾波器，濾除高頻雜波，只允許低頻信號(hào)(即脈搏信號(hào))通過，截止頻率由 R5和 C2 來決定，放大倍由 R7 和 R11 確定，由式fc=1/(2πRC)計(jì)算出同相輸入低通濾波器截至頻率。假設(shè)人體脈搏心率跳動(dòng)頻率為來4Hz考也，假設(shè)選定C8的容量為105，即10x10SpF=luF=10，代入截止頻率計(jì)算公式得出R740KQ，暫時(shí)采取10KQ進(jìn)行測(cè)試。假設(shè)放大倍數(shù)為200，R9選取120K2，由并聯(lián)得出電阻R81.7K2暫時(shí)采用220Ω。

光電二極管

施密特觸發(fā)器后的波形，可以更適合單片機(jī)采集計(jì)算

為了采集人體的姿態(tài)數(shù)據(jù)，這里選用一顆MPU6050，它集成了3 軸MEMS 陀螺儀，3 軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，這里正好使用了MAX30102的IIC接口。

IIC的接口可以使用1KΩ的電阻進(jìn)行下拉。

3.2 MAX30102

副板是要求戴在手指處，所以分立式的器件不考慮，這里選用ADI的MAX30102，超小封裝可以保證佩戴時(shí)的舒適度。低功耗設(shè)計(jì)也可以保證長時(shí)間的測(cè)量需求。

參考的設(shè)計(jì)方案，但是又兩個(gè)額外的LED，需要提供較大的電流

需要提供最大200mA的電流，所以又加一路LDO單獨(dú)供電：