1.設計背景

為了能夠連續(xù)便捷地檢測到亞健康人群的各項生理參數(shù)，及時了解人體健康狀況，并為臨床診斷治療提供準確的依據(jù)，通過分析人體皮膚表面的光電容積脈搏波(PPG信號)能夠提取與生理健康相關的特征數(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行PPG信號的采集，通過分析實現(xiàn)連續(xù)健康狀態(tài)監(jiān)測以及心血管疾病分級預警。

1.1技術要求

包括通過水凝膠貼片吸附在手背的檢測主機和手指尖固定的副機其中主機端搭載PCB主控板、采集芯片、六軸傳感器模塊、藍牙傳輸模塊和電池;副機端通過柔性電路板FPC連接主機，并搭載采集芯片。主機可單獨實現(xiàn)PPG信號采集，也可與副機連接后同時采集。

2.設計框圖

分為主機和副機兩個部分，主機負責手背端的PPG，姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集，副板需要手指端的PPG采集。

3. 設計細節(jié)

3.1 主機設計

MAX30102與主機通訊使用的是IIC，MPU6050也是，而且需要藍牙進行無線的傳輸，手背上面的皮較厚，所以設計了單獨的模擬采集電路，設計了一路5v轉3.3V的LDO為若干器件供電。

手背有些凹凸不平，選擇了單獨的光電器件來測量，ST188，輸出微弱的電壓，由于接觸面的不穩(wěn)定會有低頻噪音，后級又使用LM358構成同相放大器對微弱的前級信號進行放大，為了快速實現(xiàn)心率測量又加了一路施密特觸發(fā)器，將連續(xù)的心率信號處理成數(shù)字量快速計算。如果想獲取RAW數(shù)據(jù)可以在ADC處進行采集。

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(即脈搏信號)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)計算出同相輸入低通濾波器截至頻率。假設人體脈搏心率跳動頻率為來4Hz考也，假設選定C8的容量為105，即10x10SpF=luF=10，代入截止頻率計算公式得出R740KQ，暫時采取10KQ進行測試。假設放大倍數(shù)為200，R9選取120K2，由并聯(lián)得出電阻R81.7K2暫時采用220Ω。

光電二極管

施密特觸發(fā)器后的波形，可以更適合單片機采集計算

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，以及一個可擴展的數(shù)字運動處理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口連接一個第三方的數(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的舒適度。低功耗設計也可以保證長時間的測量需求。

參考的設計方案，但是又兩個額外的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單獨供電：