使用Arduino的心跳傳感器

心跳傳感器是一種用于測(cè)量心率即心跳速度的電子裝置。監(jiān)測(cè)體溫、心率和血壓是我們?yōu)楸３纸】刀龅幕臼虑椤?/p>本文引用地址：http://2s4d.com/article/202304/446047.htm

為了測(cè)量體溫，我們使用溫度計(jì)和血壓計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)動(dòng)脈壓力或血壓。

心率可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)：一種方式是手動(dòng)檢查手腕或脖子上的脈搏，另一種方式是使用心跳傳感器。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用Arduino和心跳傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。你可以找到心跳傳感器的原理，心跳傳感器的工作原理和基于Arduino的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用一個(gè)實(shí)用的心跳傳感器。

心跳傳感器簡(jiǎn)介

監(jiān)測(cè)心率對(duì)運(yùn)動(dòng)員、病人來(lái)說(shuō)是非常重要的，因?yàn)樗梢源_定心臟的狀況（只是心率）。測(cè)量心率的方法有很多，最精確的是使用心電圖。

但監(jiān)測(cè)心率更簡(jiǎn)單的方法是使用心跳傳感器。它有不同的形狀和大小，可以即時(shí)測(cè)量心跳。

心跳傳感器可用于手表（智能手表）、智能手機(jī)、胸帶等。心跳的測(cè)量單位是每分鐘心跳次數(shù)或bpm，它表示心臟在一分鐘內(nèi)收縮或擴(kuò)張的次數(shù)。

心跳傳感器的原理

心跳傳感器的工作原理是光腦儀。根據(jù)這一原理，一個(gè)器官中血液量的變化是由通過(guò)該器官的光線強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)量的。

通常情況下，心跳傳感器的光源是一個(gè)紅外LED，而檢測(cè)器是任何光電檢測(cè)器，如光電二極管、LDR（光依賴電阻）或光電晶體管。

有了這兩個(gè)，即一個(gè)光源和一個(gè)檢測(cè)器，我們可以用兩種方式安排它們： 一個(gè)透射式傳感器和一個(gè)反射式傳感器。

在透射式傳感器中，光源和檢測(cè)器是面對(duì)面放置的，人的手指必須放在發(fā)射器和接收器之間。

另一方面，反射式傳感器的光源和檢測(cè)器彼此相鄰，人的手指必須放在傳感器的前面。

心跳傳感器的工作原理

一個(gè)簡(jiǎn)單的心跳傳感器由一個(gè)傳感器和一個(gè)控制電路組成。心跳傳感器的傳感器部分由一個(gè)紅外LED和一個(gè)光電二極管組成，放在一個(gè)夾子里。

控制電路由一個(gè)運(yùn)算放大器和其他一些幫助連接信號(hào)到微控制器的元件組成。如果我們看一下它的電路圖，就能更好地理解心跳傳感器的工作。

上面的電路顯示了手指式心跳傳感器，它通過(guò)檢測(cè)脈沖來(lái)工作。每一次心跳都會(huì)改變手指中的血液量，來(lái)自紅外LED的光線穿過(guò)手指，從而被光電二極管檢測(cè)到，也會(huì)發(fā)生變化。

光電二極管的輸出通過(guò)一個(gè)電容被賦予第一個(gè)運(yùn)算放大器的非反相輸入，該電容阻斷了信號(hào)的直流成分。第一個(gè)運(yùn)算放大器作為一個(gè)非反相放大器，其放大系數(shù)為1001。

第一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出被作為第二個(gè)運(yùn)算放大器的輸入之一，該運(yùn)算放大器作為一個(gè)比較器。第二個(gè)運(yùn)算放大器的輸出觸發(fā)了一個(gè)晶體管，從該晶體管發(fā)出的信號(hào)被送給Arduino等微控制器。

這個(gè)電路中使用的運(yùn)算放大器是LM358。它在同一個(gè)芯片上有兩個(gè)運(yùn)算放大器。此外，使用的晶體管是BC547。當(dāng)檢測(cè)到脈沖時(shí)，連接到晶體管的LED將閃爍。

使用心跳傳感器的基于Arduino的心率監(jiān)測(cè)器的電路

下面的圖片顯示了使用心跳傳感器的基于Arduino的心率監(jiān)測(cè)器的電路圖。該傳感器有一個(gè)夾子用于插入手指，并有三個(gè)針腳用于連接VCC、GND和數(shù)據(jù)。

心跳傳感器電路圖

所需元件

Arduino UNO x 1 [在此購(gòu)買(mǎi))

16 x 2 LCD顯示屏 x 1 [在此購(gòu)買(mǎi)］

10KΩ電位器 

330Ω電阻（可選 - 用于LCD背光） 

按鍵 

帶探針的心跳傳感器模塊（基于手指） 

迷你面包板 

連接線 

心跳傳感器與Arduino連接的電路設(shè)計(jì)

使用心跳傳感器的基于Arduino的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。首先，為了顯示以bpm為單位的心跳讀數(shù)，我們必須將一個(gè)16×2的LCD顯示器連接到Arduino UNO。

LCD模塊的4個(gè)數(shù)據(jù)引腳（D4、D5、D6和D7）被連接到Arduino UNO的1、1、1和1引腳。此外，一個(gè)10KΩ的電位器被連接到LCD的第3針腳（對(duì)比度調(diào)整針腳）。LCD的RS和E（針腳3和5）被連接到Arduino UNO的針腳1和1。

接下來(lái)，將心跳傳感器模塊的輸出連接到Arduino的模擬輸入針腳（針腳1）。

電路的工作

將代碼上傳到Arduino UNO，并接通系統(tǒng)電源。Arduino要求我們將手指放在傳感器中并按下開(kāi)關(guān)。

將任何手指（除拇指外）放在傳感器的夾子里并按下開(kāi)關(guān)（按鈕）。根據(jù)來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，Arduino計(jì)算出心率并以bpm為單位顯示心跳。

當(dāng)傳感器收集數(shù)據(jù)時(shí)，坐下來(lái)放松，不要搖晃電線，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)值。

在LCD上顯示結(jié)果后，如果你想進(jìn)行另一次測(cè)試，只需按下Arduino上的休息按鈕，再次啟動(dòng)程序。

使用Arduino的心率監(jiān)測(cè)器的應(yīng)用

這里設(shè)計(jì)了一個(gè)涉及Arduino UNO、16×2 LCD和心跳傳感器模塊的簡(jiǎn)單項(xiàng)目，可以計(jì)算出一個(gè)人的心率。

這個(gè)項(xiàng)目可以作為智能手表和其他昂貴的心率監(jiān)測(cè)器的廉價(jià)替代品。