基于AMS AS7000动态心率测量智能手环

消费电子   作者:丁剑林 时间:2017-02-17来源:电子产品世界

图3    三轴加速度传感器LIS3DH最小系统原理图
芯片10管脚BTMS:电池电压输出引脚,分压之后一般 用来检测电池端电压。
芯片11管脚BATSNS:电池正极。
芯片12管脚BAT:电池正极。
1.2   三轴加速度传感器
方案中, 我们用了2个三轴加速度传感器, 其中一个 三轴加速度传感器是做运动记录的,我们可以使用传感器 做计步、睡眠等算法;而另外一个三轴加速度传感器是和 AS7000配合做动态心率检测功能的。三轴加速度我们使用 的是意法半导体的LIS3DH,工作电流消耗最低位2uA,这款
3×3×1mm的加速度传感器最适合运动感应功能、空间和功 耗受限的应用设计,特别适合智能手环上的应用。LIS3DH 在±2g/±4g/±8g/±16g全量程范围内,LIS3DH可提供非常 准确的测试数据输出,在额定温度和长时间工作下,仍能保 持卓越的稳定性。本方案中,我们会使用LIS3DH完成计步功能的实现。计步器是一种日常锻炼进度监
控器,可以计算人们行走的步数,估计行走 距离、消耗的卡路里,方便人们随时监控自 己的健身强度、运动水平和新陈代谢。
如图3所示,芯片4、6是作为I2C通讯引 脚,分别是对于I2C的时钟线和数据线。
芯片第7引脚是LIS3DH芯片从机地址的 选择,接地代表本机从机7位地址是0x18,芯 片第8引脚接高电平,代表选择的是I2C通讯 接口,如果接地代表选择SPI通讯接口。
芯片9、11管脚:分别对应三轴传感器 的中断信号输出引脚,一般用于数据缓存溢 出时的给MCU端的中断信号,有利于我们在 做计步算法 的时候管理MCU的功耗。
1.3  AS7000动态心率检测系统
心 率 我 们 采 用 了 A M S 的 心 率 检 测 芯 片 AS7000,该产品包含了高度集成的光学传感 器和相关软件算法。它可提供行业领先的高 精度光学心率测量(HRM)和心率变化(HRV) 测量。 A S 7 0 0 0 的运作基于光电容积脉搏波 描记法(PPG)。心脏收缩和扩张时流经血 管血量的变化会引起血管的扩张及收缩从而 对光产生调制,通过测量该调制光可测得心 率。与产生原始PPG数据的现有光学AFE不
同, AS7000集成的微处理器可运行艾迈斯半导体开发的特 殊算法,将PPG数据转换成HRM和HRV值。它内部集成了2 个绿色LED、光敏器件、模拟前段(AFE)、微处理器M0以及 HRM算法,它能实现高精度的测试,不管我们是在跑步、 骑车,AS7000低噪声和高灵敏度的模拟电路,算法结合加 速度传感器,过滤虚假心跳PPG信号。同时,心率监督在智 能手环上的应用特别要考虑它的功耗问题,AS7000在心率 连续测试模式下,可以把功耗降低到579uA,如果在测试待 机模式下,可以降低到0.8uA。
AS7000的芯片内部已经集成了心率采样算法,所以我 们只要通过I2C接口去读取数据。
如图4所示,其中第13、14引脚是和Host主机端的I2C通 讯引脚。
第7、8引脚是AS7000的SWD仿真接口,AS7000内部是 一个M0内核的MCU,主要用于心率算法的处理。其中第8

图4   AS7000原理
引脚 GPIO8是控制AS7000芯片是否进入待机模式,GPIO8输 出高电平,AS7000待机;GPIO8输出低电平,AS7000正常运 行模式。
第11、12引脚是AS7000和LIS3DH的I2C通讯引脚,主要 是因为AS7000在实现动态心率测试的时候,需要过滤掉运 动时产生的干扰。
第16引脚是GPIO5,在动态心率算法的时候,AS7000 需要三轴加速度传感器数据,第一种是可以像本方案这样单 独挂一颗三轴加速度传感器,另外一种是可以向主机请求三 轴加速度数据。GPIO5就是在第二种方式的时候使用到的。 但是考虑到三轴加速度的同步性问题,我们一般推荐第一种 方式。
第3引脚,是Sigref引脚,AS7000的SWD功能是内部可 以关闭的, 当我们关闭S WD时, 我们需要在A S7000的上 电前,把Sigref引脚接到地,此时从上电之后的5s时间内, SWD是活跃的,可以通过SWD接口实现对AS7000的程序烧 写功能。
第1、2、17、18引脚是AS7000 LED灯的电源,我们最 好的设计是需要一颗DC/DC升压到4V供电,为了确保足够 大的LED电流,同时要注意的是DC/DC需要有一个EN使能 信号脚,用于控制功耗使用。本方案中我们是直接使用电池 电压作为电源,在测试中我们需要注意在电池电压3.6V以上 测试效果比较理想。同时我也使用了一个MOS管去控制整 个电源的导通或截止。
1.4 触摸
我们选择的是CY的SoC蓝牙芯片CYBL10573,它内部集 成了Capacitive Sigma-Delta(CSD)模块,可以提供一流的信噪 比和防水性能,所有GPIO都支持CapSense,使用灵活,并且支持单指和双指触摸应用。

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关键词: AMS AS7000 心率测量 手环

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