2024年6月15日发(作者：止江雪)
新技术应用与实践
ApplicationandPracticeofNewTechnology
智能手环心率测量系统的设计
TheDesignoftheIntelligentWristbandHeartRateMeasurementSystem
孙超，王游司，陈洪燕，卢宇
（内江师范学院，四川内江641000)）
SUNChao,WANGYou-si,CHENHong-yan,LUYu
(NeijiangNormalUniversity,Neijiang641000,China)
揖
摘要
铱
随着社会的不断进步，
对智能医疗检测设备提出了更高的要求。对此，
人们生活水平的不断提高，人们对健康越来越重视，
主要是监测心率。
论文提出了一种基于
son1303
的智能手环的监测系统，
揖Abstract铱
Withthecontinuousprogressofsocietyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,peoplearepayingmoreandmoreattentionto
health,andpuofthis,amonitoringsystemofintelligentbracelet
basedonson1303isproposed,whichismainlyusedtomonitorheartrate.
揖
关键词
铱
心率；光电容积法；滤波
揖Keywords铱
heartrate;opticalcapacitancemethod;filtering
【中图分类号】
TP3
【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2018）08-0149-02
1发展背景
在社会老龄化日趋严重的时代，心脑血管疾病成了老年
有一款实时测量心率
人的隐形杀手。所以，对于老年人来说，
的智能手环可以帮助老年人随时了解自己的健康状况，对疾
病的及时预防和治疗意义重大。年轻的用户可以通过自己的
智能
心率来设定自己的运动强度，制定自己的健康锻炼计划。
环保，价格相对较低
，手环体积小，节能，方便，已经受到越来
且准
越多人们的青睐。但大多智能手环对心率监测存在误差，
确测量的条件比较苛刻，在静止测量时对心律的监测误差最
小，动态测量心率误差太大。对此本文提出一种智能手环的检
测系统，采用光电容积法准确地监测心率。
[1]
在10%左右。
1.2国内发展状况
在国外智能手环蓬勃发展时，国内的智能手环也不甘落
后。国内的厂商们纷纷投身于智能手环的研发和制作。由于人
们的需求不同，手环发展呈现差异化，以满足用户们的个性化
需求。
ZDC(互联网消费调研中心)统计的数据显示，2015年1-6
月中国智能手环市场参与竞争的厂商数量持续增长，从1月
有
7家新晋加入。而在售的智能的37家增长到6月的44家，
手环产品也从1月的54款上升至69款，增加了15款之多，
用户的关注度也随之水涨船高。
小米、华为、咕咚
其中市场销售量在前额的生产厂家如：
睡眠分析、运动追踪等功
等公司设计的手环功能不但有计步、
能还包括监测心率的功能。
但是相比之下有心率监测的手环种类数量还是相对较
少。而且测量的精度比较差，从市场分析和用户的需求来看，
心率监测将会普及在各类智能手环中。
1.1国外发展状况
在2014年苹果推出一款利用电容积脉搏波描计法，也是
本系统所采用的方法的智能手环AppleWatch。它利用绿色
根
LED向手腕发射出可见光，再用光电感应器感应反射光，
使反射光的强度大小发生变化来测量心率。但是在实际的使
用中发现设备的测量并不精准，尤其是在运动的时候误差大
的可以忽略不看，而且人的肤质以及毛发密度也会影响心率
误差通常
测量精度，只有在静止测量时测量的数据较为精确，
【基金项目】
心率的智能手环，
基于安卓系统的监测血压、项目编号：
X2017081。
[2]
据脉搏会使动脉、静脉和毛细血管产生容积发生周期性变化，
2技术简介
本文采用光电容积法和滤波。
2.1光电容积法
这种方法是通过可见光在人体组织的反射，通常是利用
再利用光电感应器
感应两个绿色LED向手腕发射出可见光，
骨骼、肉、脂肪等对光的反
反射光，得到光信号。人体的皮肤、
动脉和
射为固定数值，一般不发生改变。而人体中毛细血管、
149
孙超
【作者简介】
（1997-），男，四川内江人，本科在读，从事电子信
息研究。
中小企业管理与科技
Management&TechnologyofSME
静脉随着脉搏跳动而发生容积的变化。当心脏收缩时外周血
容量达到最大数值，此时血管容积开始扩张，
其吸收光的能力
增强，所以检测到光的强度最小。当心脏扩张时，
外周血容量
少，光吸收量少，检测到光的强度最大。因此对光的检测是变
化的，这个变化的频率就是脉搏，再将光强度的变化通过模数
转换器转换为电信号，再对信号进行处理、加工、完善，得到心
率。
因为绿光对外界环境温度变化造成的信号漂移数值最
小，故采用绿光，使之测得的数值误差更小，
结果更加精确，更
易于后期数据处理和分析。
2.2检测系统的设计
心率监测芯片原始心率数据滤过波
单片机放大电路
外围电路的设计：
心率数据实时监测数据采集基于松恩电子有限公司研发
的son1303心率传感器完成。芯片采用了光电容积脉搏波描
记法，使用发光波长为570nm的绿光，与红外光相比反射率更
高，测量感度更高，绿光对外界温度变化照成的信号漂移最
小。在经过电路滤波后，
配合
son3130四运放能直接输出方波
信号。
开发板电路：
150
2.2.1
单片机与放大电路的
软件设计
IO口连接后，对单片机定时器清
零，并设置中断，每接收一次脉冲单片机就计数一次，
计够
60s
时中断计数。
开始
设置中断
定时器清零
开始计数
保存数据
是否等于
否
是
中断输出
结束
2.2.2
son1303
数据采集
仿真如图
3结语
监测系统作为智能手环框架的一部分，也是评价一款手
环好坏的标准，在未来智能医疗中有着广泛的应用。
对于病人
的病情诊断和康复有着重大的意义。随着生活水平的不断提
高，以后私人医疗将会越来越普及。
虽然传统的医疗设备能够
准确地检测出人体各种生理数据，但是传统的医疗检测设备
笨重而且价格昂贵，不能满足人们对实时测量的需求。
在未来
的发展中此系统不仅可用于智能手环，也可用于其他需要监
测心律的小型化设备中。
【参考文献
】
1
】马旭平.智能手环系统的设计及实现[J].中小企业管理与科技，2009
（2）：97-99.
2
】苏泳铭.适用于智能穿戴的心率模块的设计[J].中国科技博览，2012
（11）：24-25.
【
【
2024年6月15日发(作者：止江雪)
新技术应用与实践
ApplicationandPracticeofNewTechnology
智能手环心率测量系统的设计
TheDesignoftheIntelligentWristbandHeartRateMeasurementSystem
孙超，王游司，陈洪燕，卢宇
（内江师范学院，四川内江641000)）
SUNChao,WANGYou-si,CHENHong-yan,LUYu
(NeijiangNormalUniversity,Neijiang641000,China)
揖
摘要
铱
随着社会的不断进步，
对智能医疗检测设备提出了更高的要求。对此，
人们生活水平的不断提高，人们对健康越来越重视，
主要是监测心率。
论文提出了一种基于
son1303
的智能手环的监测系统，
揖Abstract铱
Withthecontinuousprogressofsocietyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,peoplearepayingmoreandmoreattentionto
health,andpuofthis,amonitoringsystemofintelligentbracelet
basedonson1303isproposed,whichismainlyusedtomonitorheartrate.
揖
关键词
铱
心率；光电容积法；滤波
揖Keywords铱
heartrate;opticalcapacitancemethod;filtering
【中图分类号】
TP3
【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2018）08-0149-02
1发展背景
在社会老龄化日趋严重的时代，心脑血管疾病成了老年
有一款实时测量心率
人的隐形杀手。所以，对于老年人来说，
的智能手环可以帮助老年人随时了解自己的健康状况，对疾
病的及时预防和治疗意义重大。年轻的用户可以通过自己的
智能
心率来设定自己的运动强度，制定自己的健康锻炼计划。
环保，价格相对较低
，手环体积小，节能，方便，已经受到越来
且准
越多人们的青睐。但大多智能手环对心率监测存在误差，
确测量的条件比较苛刻，在静止测量时对心律的监测误差最
小，动态测量心率误差太大。对此本文提出一种智能手环的检
测系统，采用光电容积法准确地监测心率。
[1]
在10%左右。
1.2国内发展状况
在国外智能手环蓬勃发展时，国内的智能手环也不甘落
后。国内的厂商们纷纷投身于智能手环的研发和制作。由于人
们的需求不同，手环发展呈现差异化，以满足用户们的个性化
需求。
ZDC(互联网消费调研中心)统计的数据显示，2015年1-6
月中国智能手环市场参与竞争的厂商数量持续增长，从1月
有
7家新晋加入。而在售的智能的37家增长到6月的44家，
手环产品也从1月的54款上升至69款，增加了15款之多，
用户的关注度也随之水涨船高。
小米、华为、咕咚
其中市场销售量在前额的生产厂家如：
睡眠分析、运动追踪等功
等公司设计的手环功能不但有计步、
能还包括监测心率的功能。
但是相比之下有心率监测的手环种类数量还是相对较
少。而且测量的精度比较差，从市场分析和用户的需求来看，
心率监测将会普及在各类智能手环中。
1.1国外发展状况
在2014年苹果推出一款利用电容积脉搏波描计法，也是
本系统所采用的方法的智能手环AppleWatch。它利用绿色
根
LED向手腕发射出可见光，再用光电感应器感应反射光，
使反射光的强度大小发生变化来测量心率。但是在实际的使
用中发现设备的测量并不精准，尤其是在运动的时候误差大
的可以忽略不看，而且人的肤质以及毛发密度也会影响心率
误差通常
测量精度，只有在静止测量时测量的数据较为精确，
【基金项目】
心率的智能手环，
基于安卓系统的监测血压、项目编号：
X2017081。
[2]
据脉搏会使动脉、静脉和毛细血管产生容积发生周期性变化，
2技术简介
本文采用光电容积法和滤波。
2.1光电容积法
这种方法是通过可见光在人体组织的反射，通常是利用
再利用光电感应器
感应两个绿色LED向手腕发射出可见光，
骨骼、肉、脂肪等对光的反
反射光，得到光信号。人体的皮肤、
动脉和
射为固定数值，一般不发生改变。而人体中毛细血管、
149
孙超
【作者简介】
（1997-），男，四川内江人，本科在读，从事电子信
息研究。
中小企业管理与科技
Management&TechnologyofSME
静脉随着脉搏跳动而发生容积的变化。当心脏收缩时外周血
容量达到最大数值，此时血管容积开始扩张，
其吸收光的能力
增强，所以检测到光的强度最小。当心脏扩张时，
外周血容量
少，光吸收量少，检测到光的强度最大。因此对光的检测是变
化的，这个变化的频率就是脉搏，再将光强度的变化通过模数
转换器转换为电信号，再对信号进行处理、加工、完善，得到心
率。
因为绿光对外界环境温度变化造成的信号漂移数值最
小，故采用绿光，使之测得的数值误差更小，
结果更加精确，更
易于后期数据处理和分析。
2.2检测系统的设计
心率监测芯片原始心率数据滤过波
单片机放大电路
外围电路的设计：
心率数据实时监测数据采集基于松恩电子有限公司研发
的son1303心率传感器完成。芯片采用了光电容积脉搏波描
记法，使用发光波长为570nm的绿光，与红外光相比反射率更
高，测量感度更高，绿光对外界温度变化照成的信号漂移最
小。在经过电路滤波后，
配合
son3130四运放能直接输出方波
信号。
开发板电路：
150
2.2.1
单片机与放大电路的
软件设计
IO口连接后，对单片机定时器清
零，并设置中断，每接收一次脉冲单片机就计数一次，
计够
60s
时中断计数。
开始
设置中断
定时器清零
开始计数
保存数据
是否等于
否
是
中断输出
结束
2.2.2
son1303
数据采集
仿真如图
3结语
监测系统作为智能手环框架的一部分，也是评价一款手
环好坏的标准，在未来智能医疗中有着广泛的应用。
对于病人
的病情诊断和康复有着重大的意义。随着生活水平的不断提
高，以后私人医疗将会越来越普及。
虽然传统的医疗设备能够
准确地检测出人体各种生理数据，但是传统的医疗检测设备
笨重而且价格昂贵，不能满足人们对实时测量的需求。
在未来
的发展中此系统不仅可用于智能手环，也可用于其他需要监
测心律的小型化设备中。
【参考文献
】
1
】马旭平.智能手环系统的设计及实现[J].中小企业管理与科技，2009
（2）：97-99.
2
】苏泳铭.适用于智能穿戴的心率模块的设计[J].中国科技博览，2012
（11）：24-25.
【
【