采用可編程SoC設計心率監控器

　　圖4顯示了如何實(shí)現兩種類(lèi)型的心率監控器。對于可提供增益為50,000的兩級放大器以及LPF而言，我們可使用專(zhuān)用運算放大器，每個(gè)放大器加濾波器的增益為250或200。由于輸入電壓范圍限制在0到Vdda(模擬供電電壓，如5V)，因此負電壓輸入被剪切，只有正波形能通過(guò)放大和濾波級。光電晶體管的輸出通過(guò)HPF(高通濾波器)截止為0.7 Hz，從而消除DC波動(dòng)?，F在這些模擬信號調節模塊的輸出電壓范圍介于0到1.75V((35 uV) x 50000增益=1.75V)之間。

　　放大級的輸出必須饋送給比較器，以便生成其頻率與心臟跳動(dòng)速率成正比的方波信號列?？刹捎脤?zhuān)用比較器模塊執行此操作。將1.024V的高精度內電壓作為ADC(模數轉換器)的參考。此相同電壓源可饋送至比較器模塊的負端，以便檢測出血流量/心跳的變化。

　　心率監控器的電路圖

　　圖4：心率監控器的電路圖(屏幕截圖源自PSoC Creator)

　　來(lái)自比較器模塊的脈沖可饋送給計數器模塊(PSoC 4中專(zhuān)用的TCPWM模塊)，從而計算每分鐘出現的脈搏數。一旦計算出心跳，內部ARM Cortex M0內核就可用上述方程式A和B給出的方法計算消耗的卡路里。該系統可通過(guò)專(zhuān)用段式LCD模塊靈活顯示心率以及消耗的卡路里，且該段式LCD模塊能在“數字相關(guān)模式”或正常的“PWM模式”下工作[8]。

　　卡路里的計算需要輸入年齡、體重等具體參數。在過(guò)去，所用設備采用機械按鍵，用戶(hù)必須按下按鍵才能增減段式LCD上顯示的年齡、體重值。而現在，大多數消費者更喜歡使用直觀(guān)的電容式感應觸摸按鍵來(lái)取代機械按鍵。此外，采用電容式按鍵，還可支持卡路里計算/心率監測的啟動(dòng)和停止。電容式感應(CapSense)可支持最多35個(gè)按鍵，并具備較長(cháng)的接近感應和防水操作功能，可實(shí)現低功耗、高掃描速度和高信噪比(SNR)。

　　此外，功耗也是心率監控器的一個(gè)重要設計考慮因素?？删幊唐舷到y必須實(shí)現低功耗可行性，并在沒(méi)有執行任何操作的情況下讓系統進(jìn)入休眠狀態(tài)。有效的功耗模式選項包括工作、休眠、深度休眠、冬眠及關(guān)機模式等，從而平衡系統響應能力和功耗效率。

　　由于心跳速率肯定在72 bpm或每秒鐘1.2次左右，因此我們能在計算出卡路里和心率后就讓系統進(jìn)入休眠模式。比較器的輸出可作為喚醒源，一旦設備從休眠中喚醒就能執行所有計算。計算完成后，設備可再次回到休眠狀態(tài)。即使設備處于休眠或深度休眠的模式下，PSoC 4中的段式LCD組件也能繼續驅動(dòng)段式LCD。由于設備采用電池供電，因此這種低功耗技術(shù)的使用能幫助OEM廠(chǎng)商實(shí)現產(chǎn)品特色化，延長(cháng)電池使用壽命。