小巧、精准、超低功耗—ROHM新款脉搏波传感器评测

李商隐有诗云：身无彩凤双飞翼，心有灵犀一点通。古代科技不发达，所谓的心有灵犀，终究只是一种美好的愿望!ROHM的BH1790GLC脉搏波传感器，却真的能看懂你的心。不必过分纠结此心是否彼心，科技到底还是以造福人类为已任!

不知道大家是否还记得ROHM去年推出的SensorShield-EVK-001套件呢?这套传感器评估套件中包含加速度、温度等8种常用传感器，结合配套的扩展板，可以实现即时评估，助力研发人员快速选择并评估产品。不过在可穿戴产品上，心率、脉搏的检测是不可或缺的组件，无论是健康需求还是人文情怀，我们都希望首先能读懂自己的心。ROHM准确把握市场脉搏，继而又推出了新款脉搏波传感器BH1790GLC，该传感器主要面向可穿戴设备、手机及平板等产品应用。

开箱

拆开快递，看到一个小巧精致的盒子，外观干净简洁，确实是大牌风范。

包装盒上印有评估套件的型号BH1790GLC-EVK-001及产品的Part Number, 另外ROHM的LOGO也非常醒目, 从产品标签上也可以看到该款产品的生产地是JAPAN.

打开包装盒，里面除了BH1790GLC传感器模块之外，还包括一张产品使用文档及产品使用免责声明, 与以往的产品包装不同的是,盒子内部没有使用防震泡沫进行保护。

不过不用担心, ROHM对评估模块单独使用了塑料包装, 能有效的保护产品, 这种活页式的一体包装形式已广泛应用于各种开发板的包装上,例如ST及新唐的一些开发板都使用了这种形式的包装以保护产品.

不过要体验评估模块的功能, 咱还需要准备一些其它的器件, 都在上面列出来了,一块ARDUINO开发板, 一根ARDUINO专用的MINI-USB数据线, 再有就是SensorShield-EVK-001扩展板, 该扩展板也是ROHM设计的，无需使用面包板搭建评估电路，从硬件的便捷性上保证了即时评估的特点。

BH1790GLC传感器模块

BH1790GLC传感器模块写真，可以看到使用的是I2C接口，中间是传感器，两边各有一个绿色LED灯，红色的是VLED，使用5V供电。

传感器模块背面，有引出的I2C接口及VLED，还有ROHM的LOGO。

下面是ROHM BH1790GLC官方页面给出的部分相关资料，在此罗列出供读者参考

模块器件说明

电路图

Layout图

SensorShield-EVK-001扩展板

SensorShield-EVK-001扩展板，引出了GPIO、I2C及ANALOG接口，用来接插各种传感器模块，专为ARDUINO及兼容接口设计。

ARDUINO UNO

附送的ARDUINO，直接连接好就可以体验BH1790GLC。

将ARDUINO与扩展板连接，扩展板的排针很长，插上后还露出一大截，不用担心上下基板接触过近。

包装及配件感觉挺贴心，直接就可以体验，省去了搭建电路的麻烦。

下面我们来详细分析一下ROHM BH1790GLC脉搏传感器的工作原理与主要参数。

BH1790GLC传感器

BH1790GLC的功能很专一，专为读取脉搏波而设计。这是一种非介入式测量技术，传感器控制LED发射特定的光波，接收并检测反射回来的光强度及数量，进而得到需要的数据，实现脉搏波的检测。

BH1790GLC芯片内置LED驱动及绿光检测用的光电二极管。芯片控制LED灯发射相应的绿色光，再通过检测绿色光反射回来的强度实现脉搏的检测。通过精选合适的绿光波长及发射频率，结合高灵敏度的光电二极管，可以达到高精度的信号检测。[!--empirenews.page--]

BH1790GLC模块的典型应用如下

从框图上看到，绿色滤光片上有IRCUT，直接滤除红外线，减少干扰。

BH1790GLC有三大特色：精准、小巧、低功耗。

选择合适的光波频谱很重要，光电二极管的物理特性决定了其最佳的工作频段，参考BH1790GLC的数据手册给出的参考数据如下。

精选合适的光波频谱，能保证与光电器件的最佳配合，不过在光谱中红外线的干扰是一个大问题!

BH1790GLC内置了红外滤光片(IRCUT)，能有效滤除外界自然光的红外干扰。在运动中热量产生的红外干扰也能够得到有效的抑制。

小科普：为什么选绿光?

这里有一个小术语，光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography)，读起来很拗口，原理是这样：血液是红色的，反射红光，吸收绿光。每一次心跳，都会推动血管中血液浓度的变化，绿色LED光和绿光检测用光电二极管的组合，通过检测到绿光的数量，可以得知特定时间手腕处流通的血液量的周期性变化，从而计算出最终的数据。但这里有个小问题，随着运动量的变化，会出汗，体温会升高，相应的红外干扰就会增大，这也就是传感器中增加IRCUT的作用。

为了适应可穿戴设备对体积方面的要求，BH1790GLC采用了低亮度、低电压的LED元件，不再需要以往LED器件中的DCDC电路，有效减少了元器件的面积，与同类产品相比面积可以减少30%以上。芯片封装使用WLGA010V28形式，三维大小仅为2.8mmX2.8mmX1.0mm，非常适合集成于手表等可穿戴设备。封装尺寸如下(TOP)

凭借ROHM多年积累的光传感器开发经验和独有的模拟电路技术优势，BH1790GLC采用高灵敏度的传感技术，即使在LED亮度较低的情况下，也可以准确检测脉搏波，动作时LED与IC的消费电流为0.74mA，典型工作电流约200μA，在待机时的电流更能低至0.8μA，功耗比以往产品降低约74%。下表为BH1790GLC与其它两个典型脉搏传感器的功耗对比，数据来源为ROHM官网，并未指明对比的产品型号，不过从数据来看优势明显，实现了业界最小级别的低功耗。从系统设计的角度来说，采用BH1790GLC有助于延长可穿戴设备的电池寿命。

BH1790GLC与其它传感器功耗对比

BH1790GLC典型电气特性如下

下面来看一下市面上其它的脉搏传感器方案，下图为ADI的SpO2(脉搏血氧仪)检测方案功能框图，通过测量血液中的含氧量，实现脉搏及血氧的检测。该方案与BH1790GLC的检测原理基本类似，只不过使用的是红光

手头没有ADI的相关套件，列出来仅供参考，没法比较二者的实际检测效果。

体验、应用

结合SensorShield-EVK-001扩展板，BH1790GLC仍然可以实现即时评估的特性，做到开箱即用。

先准备硬件，将扩展板连接到ARDUINO开发板，然后将BH1790GLC模块连接到扩展板的I2C接口上，同时将VLED连接到扩展板的5V接口上，如下图。

硬件准备非常简单，再检查一遍，如果没有问题就可以上电了。

ROHM为BH1790GLC提供了基于ARDUINO的演示程序。接下来打开ARDUINO开发环境，检查串口驱动是否正常，如下图所示。

从附录给出的链接下载软件支持包，使用ARDUINO的Sketch/Include Library/Add .ZIP Library…将支持软件包包含到ARDUINO开发环境中。

示例代码里用到了FlexiTimer2来实现定时，这是一个增强型的定时器，定时器的各项参数可以由用户配置，灵活实现不同的功能。输出结果可以使用Serial Monitor或Serial Plotter来显示，后者是一个图形化的输出界面，可以捕捉ARDUINO输出的数据并以图形化显示。

打开File/Examples/BH1790GLC_PulseWave/example/BH1790GLC测试程序，编译并上载到开发板。打开Serial Plotter监视器，可以看到初始的噪声数据，如下

接下来测试BH1790GLC检测脉搏数据，将手指覆盖在BH1790GLC的传感器上，如下图如示[!--empirenews.page--]

很快就会看到Serial Plotter上画出的波形。

用户A

可以看到明显的波形数据，也比较稳定。查看BH1790GLC的数据手册，输出的数据是指的绿光的计数值(COUNT),猜想内部的工作原理应该是将AD转换后的数据阈值化，然后根据阈值化后的值来进行计数，这一点官方的数据手册上并没有提及。注意图中的数据曲线有二，分别代码了LED灯亮及灭时接收的波形，蓝色代表的是LED ON时接收到的数据，红色代表LED OFF时的数据。

代码中设计以32Hz的频率采样，这是BH1790GLC模块I2C接口的工作频率，可以参考BH1790GLC的数据手册来获取。

为了进一步验证BH1790GLC的通用性。通过采集不同人的数据来进行验证，下面是另外两幅采集到的信息图片，以供对比

用户B

这是切换到另一个人时得到的数据，可以看到前面有一段时间并没有采集到有效的数据，或者说波形并不很明显。

用户C

这一幅图像看到波形不太明显。去除图片分辨率及大小等因素，看到这一波形相对来说确实不太明显。

这是终端输出的数字化显示形式，看起来很乱，需要进一步分析才能看出具体的含义。

其实，不管是血氧还是脉搏波，在实际应用时，要考虑的要素还有很多，典型的要素如下

● 低血流灌注(小信号水平)。光电二极管测量需要宽动态范围和低噪声增益的信号调理，以便捕捉脉搏事件。发射和接收路径需要具有高分辨率DAC的高质量、低噪声LED驱动电路和具有高分辨率ADC的高精度模拟前端电路。

● 运动和皮肤湿度。运动会引起伪像，这可以通过软件算法来解决，或者利用ADXL345等加速度计来检测并解决。

● 杂散光干扰。使用光电二极管来响应红光和红外光，它很容易受环境光干扰。因此，用于过滤出红光和红外光目标信号的算法非常重要，这意味着信号处理更加复杂。这种情况下，需要使用具有更高信号处理能力的DSP。

● 碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。一氧化碳(CO)很容易与血红蛋白结合，使血液变得更像红色HbO2，导致测得的SpO2值虚高。

小结来讲，BH1790GLC确实做了简单易用。但实际的测试过程中，受个体特质的影响，得到的结果还是有一定的差别。让我想起看到的一则消息，有报道称深色皮肤兄弟抱怨买到的某米手环不能准确检测心率问题。看来个体的特质化问题又将会是一个新的研究课题。

结论

BH1790GLC体验不错，简单易用，菜鸟们也可以轻松上手。由于使用了低亮度、低电压的LED元件，节省了DCDC电路，IC可以做得非常小巧;低至0.8UA的待机电流，可以有效的节省电池寿命。精度方面，也还是不错的，测试样本中也发现了部分脉搏波的波形不很明显，这个问题可以从两个方面来讨论，一是个性的差异，这一点没有办法避免，世界是丰富多彩的。另一方面也要注意，我们得到的都是原始数据，通过滤波算法进行处理后，再加上一个自我学习的算法，适应的范围就更广!这也意味着如果采用该芯片来设计产品的话，设计者需要将这一点考虑进去。

点击查看：ROHM脉搏传感器详情

参考资源

模块资料：http://www.rohm.com.cn/web/china/sensor-shield-support/heart-rate-sensor

购买链接：http://www.rightic.cn/Article/Detail/17280183

http://www.ameya360.com/product/6474412

FlexiTimer2: playground.arduino.cc/Main/FlexiTimer2