使用MAX30101进行心率监测

心率是衡量每分钟心跳次数的指标，通常表示为“每分钟跳动次数”或BPM。采用光电容积方式是一种非常普遍测量心率的方式。光电容积方式有两种形式，即反射光电容法和透射光电容法。在透射光电容方式中，光线通过手指和探测器的末端照射，测量通光量。当心脏泵血通过身体时，我们注意到手指的血量瞬间增加。也就是，通过手指的光量随着血液量的变化而变化，再由光检测器检测。在透射光电容积方式中，我们测量从手指反射的光量，而不是测量通过手指的光量。 Maxim Integrated的MAX30101采用专用集成电路，能够进行反射光电容积记录。 MAX30101包含三个发光二极管，一个红色，一个红外和一个绿色。该IC还包含一个光电探测器，包含所有的信号处理电路，来检测心跳，然后计算心率。通过使用这种专用IC，我们可以检测心跳并计算心率。

许多用户已经为MAX3010X系列芯片开发了一个库。我使用MAX30101是因为有绿光功能。在比赛结束日期之前，MAX30101无法正常工作。但是，我之前使用的MAX30100可以工作。 MAX30100和MAX30101基本相同。我就使用MAX30100来采集的数据。如下图，你看到的第一个大的峰值，是我的心脏抽吸（心室收缩），手指血量突然增加的原因。第二个峰值表明我心脏中的主动脉瓣关闭。

带有MAX30101的脉搏血氧仪

脉搏血氧仪是一种用于测量血液中氧气溶解量或血氧饱和度的仪器。为了做到这一点，我们将使用光电容积来计算心率。与简单计算心率相比，脉搏血氧饱和度更高，需要相当多的处理和临床验证才能获得合理的指标。但是，我们可以通过一些DIY技巧得到估值。目前我在我的电路板上添加了脉搏血氧测定法。

应用EXG电路的心电图，肌电图和电眼图

生物电位测量，是可以测量我们的身体在实现某些功能时，自然而然产生的一种生物电信号。如心电图和肌电图，是非常流行的。这些测量中的每一个结果都可以使用非常简单的电路来完成。当然，一些更复杂的电路，可以测量更多的数据。对体征监测器，我将使用一个简单的仪表放大器电路。仪表放大器是一个连接身体电信号的接口，类似于用万用表测量电压。万用表具有非常高的阻抗，因此我们正在测量的电路不会过载。我们的仪表放大器在测量生物电位信号时原理也是类似的。

以下数字是使用Arduino 101捕获的一些信号。第一个图是心电图，它记录了手术过程中心脏的电信号。第二个是肌电图，它测量的是导致肌肉收缩的电信号。第三个是眼电图，它测量的是当眼睛左右移动时产生的电信号。

使用AD5934测量生物阻抗

生物阻抗是另一类生物电测量方式。然而，对于生物阻抗，我们测量的是身体的阻抗而不是测量身体产生的电信号。生物阻抗分析可用于计算体脂或分析交感神经反应。我还在修改体征监测器中生物阻抗电路的一些错误。同时，我将使用之前学生写的一些报告，分析生物阻抗表示的一些身体指标。

但是，首先对生物阻抗电路进行一些描述。该电路使用AD5934进行阻抗分析，这是一个非常精巧的芯片，用于测量不同目标的阻抗。在我的例子中，我们想要测量生物系统的阻抗。在我的电路中，标有“VOUT”的AD5934输出首先经过高通滤波，并以1.65V（电源电压的一半）为中心，然后送入缓冲放大器（OTAA）。 OTAB是电流转换器。 RTUS，是个正在研究的组织，或者任何的生物材料。您可以通过安装的针头连接到RTUS。之后的更新可能会更改为TRRS插孔。它看上去可能更美观。例如，可以将RTUS连接到手臂上来计算手臂中的脂肪/水分。

生物阻抗电路使用要非常小心。这个电路中，要向你的身体注入一个小电流。但是1毫安的电流会引起刺痛感。生物阻抗电路设计不超过100微安的电流。

使用MLX90614测量体温

体温是衡量健康的重要指标。我们经常使用体温来诊断发烧和其他疾病。 MLX90614是一种便携的测量体温的方式，因为它是非接触式的。为了获得适当的体内温度，我们不需要将温度传感器固定在体内，但需采集直肠的温度。 Arduino将使用I2C与MLX90614通信。 Adafruit是为MLX90614编写了一个非常好的库。我们使用“例程”文件夹中的示例来通讯读取数据。当我将手靠近传感器时可以看到温度从69华氏度增加到90 华氏度。当我把手从传感器上移开时，温度会下降到大约71华氏度。

环境光与CdS光电池

阳光对于健康来说非常重要。 它可能不像其他一些指标那样重要，但根据一些研究，已证明长时间没有阳光会产生不利影响。 此外，过多的阳光也会产生负面影响，导致晒伤。 为了表征环境光，我在仪器上加了一个光电池。 光电池是一个非常简单的组件，可以通过改变光线来改变阻抗。 我们将光电管与分压器连接，并读取电压变化以观察环境光的变化。 不可否认，为了真正表征阳光强度以防止晒伤，使用紫外线（UV）传感器会更有意义。 紫外线是晒伤的主要原因。 后期的更新中将添加一个UV传感器。

使用热敏电阻测量环境温度

使用一个环境温度传感器，用于温度测量。对于一些人来说，天气的突然变化可能引发感冒，关节炎发作等。没有人喜欢忽冷忽热，所以可以使用这个传感器来评估舒适度。热敏电阻非常适合环境温度传感，因为它们便宜且可以方便与微控制器连接。对于我们的温度传感电路，我们在分压器电路中加上热敏电阻。如上图，可以很容易地计算温度。

通过测量客厅的环境温度来测试传感器，无论是否用手指触摸热敏电阻。我的恒温器设定在大约18摄氏度（华氏65度），但客厅的灯会将温度上升几度。传感器读数约为24.4摄氏度，看起来有点高。它可能有2度或3度的偏差，对于这类传感器来说是正常的。可以通过校准传感器或减去偏移量来达到更高的精度。触摸时或用手指摩擦传感器会产生一点摩擦，使温度稍微升高。