在當(dāng)今這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，它不斷在一些工廠、機(jī)械、醫(yī)療以及車載、移動(dòng)通信領(lǐng)域方面都有廣泛的一些應(yīng)用。傳感器是設(shè)備感受外界環(huán)境的重要硬件，決定了裝備與外界環(huán)境交互的能力，是設(shè)備智能化的硬件基礎(chǔ)，尤其在很多智能設(shè)備中，傳感器決定著設(shè)備的核心能力。2017年2月21日，羅姆帶來(lái)了適用于可穿戴設(shè)備的脈搏傳感器，羅姆半導(dǎo)體上海有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)工程師孫彬?yàn)榇诉M(jìn)行了詳細(xì)講解。

脈搏傳感器的工作原理

脈搏傳感器整個(gè)模塊包括兩個(gè)部分，如下圖所示。一個(gè)是綠色的LED的發(fā)射，右邊是芯片的接收，主要利用的是綠光達(dá)到人體的血管之后進(jìn)行散射回來(lái)檢測(cè)的一個(gè)結(jié)果。人體心臟在收縮與舒張的過(guò)程當(dāng)中，血管中的血流會(huì)發(fā)生體積變化，當(dāng)你血流變多的時(shí)候，反射回來(lái)的綠光強(qiáng)度就會(huì)變小，血流變少的時(shí)候綠光強(qiáng)度就會(huì)變大，最終出現(xiàn)的就是一個(gè)脈沖的信號(hào)，通過(guò)脈沖的數(shù)量可以計(jì)算人體的脈搏數(shù)。

脈搏傳感器可以計(jì)算脈搏數(shù)，還可以計(jì)算最大攝氧量，此外，還可以應(yīng)用在一些智能的軟件里面，通過(guò)人的脈搏數(shù)來(lái)反映一個(gè)人當(dāng)前的精神狀態(tài)。另外，羅姆還在開(kāi)發(fā)一個(gè)新的算法，就是利用人體的脈搏數(shù)來(lái)計(jì)算人體的血壓。

據(jù)羅姆半導(dǎo)體上海有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)工程師孫彬介紹，脈搏傳感器應(yīng)用得最多的就是智能手表以及運(yùn)動(dòng)手環(huán)當(dāng)中。他提到，“羅姆與一些客戶接觸之后，有客戶做游戲機(jī)的時(shí)候，他們想在游戲機(jī)的手柄下面放一個(gè)脈搏傳感器，在用戶玩的時(shí)候監(jiān)測(cè)用戶的心跳，在游戲中給出一些反饋信號(hào)，這種有趣的應(yīng)用也是可以通過(guò)脈搏傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。”

羅姆脈搏傳感器三大優(yōu)勢(shì)

脈搏傳感器在以往遇到了不少問(wèn)題，其中一個(gè)就是在室外檢測(cè)脈搏的時(shí)候，檢測(cè)精度非常不好，這是因?yàn)樘?yáng)光里含有紅外線成分，透過(guò)人體的紅外光線形成噪音。為了解決這個(gè)問(wèn)題，羅姆采用了專門(mén)的紅外線去除措施，這是羅姆脈搏傳感器的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)。羅姆在產(chǎn)品外面加了兩層濾光片，一個(gè)是紅外濾光片，一個(gè)是彩色濾光片，如下圖所示。

紅外濾光片首先可以把外界的紅外光在這邊全部過(guò)濾掉。彩色濾光片可以將可見(jiàn)光當(dāng)中除了綠光的部分全部過(guò)濾掉，只讓綠光通過(guò)，這樣就更加突出了綠光，達(dá)到高精度的檢測(cè)。可以看到羅姆的產(chǎn)品最終檢測(cè)到的脈搏信號(hào)與一般性的產(chǎn)品波形相比非常清晰。

羅姆脈搏傳感器另外還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是低功耗。脈搏傳感器的功耗主要來(lái)源于兩個(gè)方面。一個(gè)是LED的驅(qū)動(dòng)電流，另外一個(gè)是芯片內(nèi)部的功耗。孫彬提到，羅姆的產(chǎn)品可以達(dá)到一個(gè)很好的高精度檢測(cè)，因此驅(qū)動(dòng)LED燈的電流也就不需要很強(qiáng)，就可以檢測(cè)到很高質(zhì)量的信號(hào)，所以這部分的電流可以削減掉。同時(shí)，羅姆的產(chǎn)品在內(nèi)部也優(yōu)化了電路構(gòu)造，放大器采用了電容式的積分放大器代替了傳統(tǒng)的跨阻式的放大器，也是減少了電流的消耗。可以看到，羅姆最終的整體功耗比以往的產(chǎn)品下降了74%左右。

另外，由于脈搏傳感器應(yīng)用最多的是一些運(yùn)動(dòng)手表、移動(dòng)手環(huán)之類的產(chǎn)品，人在戴著這些設(shè)備在戶外運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，通常會(huì)跟人體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)偏差當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生一些噪音，羅姆針對(duì)這些情況開(kāi)發(fā)了一個(gè)專門(mén)的脈搏計(jì)算算法。它的方法就是利用了Kionix公司(羅姆集團(tuán)旗下公司之一)的加速度傳感器與脈搏傳感器同時(shí)采集信號(hào)，最后通過(guò)快速傅里葉變換，在頻域中找出跟加速度傳感器信號(hào)頻率一致的脈搏噪音，把它去除掉，最終還原出純粹的脈搏信號(hào)。

在現(xiàn)場(chǎng)，羅姆的技術(shù)人員還給我們演示了這款脈搏傳感器的DEMO。其中，藍(lán)色的這條曲線是加了濾光片的，紅色這條曲線是沒(méi)有加濾光片的，明顯看到使用藍(lán)線的數(shù)據(jù)比紅線的更穩(wěn)定和精確。

據(jù)悉，羅姆從去年開(kāi)始就開(kāi)始在官網(wǎng)上售賣(mài)這套傳感器評(píng)估套件，這個(gè)評(píng)估套件是支持Arduino開(kāi)放平臺(tái)的，近年來(lái)在業(yè)內(nèi)有越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)人員用到Arduino開(kāi)放平臺(tái)，可以非常便利地做一些軟件開(kāi)發(fā)與產(chǎn)品評(píng)估。羅姆的傳感器擴(kuò)展板可以完全兼容Arduino Uno開(kāi)發(fā)板，擴(kuò)展板上可以接插羅姆的各種傳感器，如今還推出了一個(gè)脈搏傳感器的擴(kuò)展板。

羅姆認(rèn)為，對(duì)于個(gè)人可穿戴的需求有可能差不多已經(jīng)達(dá)到頂峰了。但是就健康的概念來(lái)說(shuō)，應(yīng)該還是會(huì)有很多的需求，包括以后的養(yǎng)老，還有醫(yī)院輔助的護(hù)理，這方面還會(huì)有很多需求，羅姆主要目標(biāo)就是這樣一個(gè)長(zhǎng)線的市場(chǎng)。