37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验九十一：XD-58C 光学心率脉搏生物模拟传感器 pulsesensor脉搏模块

知识点：心脏、脉搏和PulseSensor脉搏传感器
一、心脏（heart）
1、常简称心，是一种在人类和其他动物都有的肌造器官，它的功用是推动循环系统中血管的血液。血液提供身体氧气以及养分，同时也协助身体移除代谢废弃物。心脏位于胸部纵隔腔的中间偏左部位（以人体自己的方向看）。

人类、其他哺乳类、鸟类的心脏可分为四个腔室：左右心房（上半部）、左右心室（下半部）。通常右心室以及右心房会被合称为右心，而左边的心房与心室则被合称为左心，两者又合称为心脏。另一方面，鱼类则有两个腔室——一个心房、一个心室；而两栖类、爬行类则有三个腔室。 健康的心脏会透过心瓣使血液维持单一方向的流动，并借此避免发生回流的问题。心脏被一种称为心包的保护性袋状物所围绕，在心膜中有包含少量的心包液。心膜是由三层所构成：心外膜、心肌层、以及心内膜。

2、心脏的作用是推动血液流动，向器官、组织提供充足的血流量，以供应氧和各种营养物质（如水、无机盐、葡萄糖、蛋白质、各种水溶性维生素等），并带走代谢的终产物（如二氧化碳、尿素和尿酸等），使细胞维持正常的代谢和功能。体内各种内分泌的激素和一些其它体液因素，也要通过血液循环将它们运送到靶细胞，实现机体的体液调节，维持机体内环境的相对恒定。此外，血液防卫机能的实现，以及体温相对恒定的调节，也都要依赖血液在血管内不断循环流动，而血液的循环是由于心脏“泵”的作用实现的。成年人的心脏重约300克，它的作用是巨大的，例如一个人在安静状态下，心脏每分钟约跳70次，每次泵血70毫升，则每分钟约泵5升血，如此推算一个人的心脏一生泵血所作的功，大约相当于将3万公斤重的物体向上举到喜马拉雅山顶峰所作的功。组成心脏的心肌有节律地收缩和舒张形成心脏的搏动。心肌收缩时，推动血液进入动脉，流向全身；心肌舒张时，血液由静脉流回心脏。所以，心脏的搏动推动着血液的流动，是血液运输的动力器官。

3、心血管疾病的重要事实
心血管疾病是全球的头号死因：每年死于心血管疾病的人数多于任何其它死因。
2016年，估计有1790万人死于心血管疾病，占全球死亡总数的31％。而在这些死亡的案例当中，有超过四分之三是因为冠状动脉疾病和中风而死亡。非传染性疾病导致的1700万七十岁以下死亡中，有82%发生在低收入和中等收入国家，37%由心血管疾病造成。大多数心血管疾病可以通过面向全民的战略解决诸如烟草使用、不健康饮食和肥胖、缺乏身体活动和有害使用酒精等危险因素而得到预防。

4、让心脏更强壮的五个办法
（1）规律运动——养成运动的好习惯不只能燃烧卡路里，也能维持身体的健康。就有研究发现，家族中若有心脏病的相关病史，也可以透过运动预防心脏病发作，该研究认为跑步、散步或是骑自行车都能维持心血管健康，进而降低心脏病发作和中风的风险。你可以试着养成散步的习惯，并在吃完晚餐后在街区闲晃一下，如果可以，也能够多做些高强度间歇训练，这些都对心脏的健康有帮助。

（2）遵循植物性饮食——除了生活习惯之外，你吃的食物也会影响你的心脏健康。如果想要让心脏变的更健康，就应该要遵循「植物性饮食」，在一整天当中要摄取大量的蔬菜、水果、全谷物、坚果和豆类；但是假如你真的很喜欢吃肉，偶尔可以吃一点点没关系。

（3）多吃坚果——因为坚果富含健康的脂肪和蛋白质，有助于改善心脏的健康，而且坚果的味道很好，也很有饱足感。就有一项研究观察了吃坚果和心血管疾病、冠心病之间的联系，结果发现每周吃2次以上的花生和坚果以及每周吃1次以上的核桃，就能降低心血管疾病的风险13～19％，而冠心病的风险则降低15％～23％；而坚果除了直接吃以外，也可以将坚果加到主食之中，增添食物的口感和风味。

（4）喝一点咖啡——早上喝一杯咖啡不仅能让你在醒来后有一股肾上腺素，还可以保护心脏。一项研究指出，4杯或以上的爪哇咖啡能够改善内皮细胞（排列在红血球内部）的功能，而咖啡因也会促进一种称为p27的蛋白质进入线粒体，让内皮细胞能够达到保护心肌细胞的功效。

（5）放松冥想——冥想和正念不只对心理健康有益，更能保持身体健康。一项新的小型研究证实，每天只需要冥想1小时就能确实改善心脏的健康；研究人员发现，当受试者放松1个小时候，他们的「静息心率」会变比较低，主动脉的负荷也会减少，这是心脏健康的2个良好迹象。「压力」会对身体造成严重破坏，因此冥想能够让你的内心变的更平静，注意力也会更集中。

二、脉搏（pulse）
1、是体表可触摸到的动脉搏动；在正常情况下，脉搏与心搏（heartbeat）的频率相同、波形相似。人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。动脉为富有弹性的结缔组织与肌肉所形成管路。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏。

2、脉搏通常与心跳的速率一致，可借由触摸腕部之桡动脉量测脉搏速率，亦可在喉头两侧触摸到颈动脉脉搏。因动脉收缩和舒张所产生。一般成人为每分钟60～100次，常为每分钟70～80次，平均约每分钟72次。老年人较慢，为每分钟55～60次。脉搏的频率受年龄和性别的影响，胎儿每分钟110～160次，婴儿每分钟120～140次，幼儿每分钟90～100次，学龄期儿童每分钟80～90次。当然，普通人在运动、激动、愤怒的时候，心率自然也会加快。在正常情况下，心率过快或过慢都属“异常”，应引起注意，可能与某些疾病相关。比如，心室肥大、甲亢等可引起心率过快，房室传导阻滞、脑梗死、甲状腺功能紊乱等可引起心率过慢。

3、加州大学圣地牙哥分校医学系副教授、同时也是心脏科医师的陶柏（Pam R. Taub）建议，相较于单次的心跳异常，如能养成定期测量心跳的习惯，更能及早发现问题。当你心跳异常时，检视一下，这7件事是否说中了。

（1）你的压力很大
压力会影响我们的心跳及血压，让我们身体启动「战或逃」的紧绷状态。陶柏提醒，慢性压力会使心脏负荷较大，进而增加心脏病或中风的风险。

（2）你有糖尿病，或是罹患糖尿病的风险增加
发表在《国际流行病学期刊》的研究发现，心跳速率越快，似乎与糖尿病风险增加有关；休息时的心跳一分钟每多10下，罹患糖尿病风险便上升23％。研究人员还提到，心跳速率越快，空腹血糖就越容易出现异常，当空腹血糖出现异常，就越容易产生糖尿病。陶柏更提醒，糖尿病患通常还有肥胖、少运动等问题，罹患心血管疾病及高血压等机率也较高，也容易造成心脏的负担。

（3）你有心律不整的问题
我们的心脏拥有自己的电位系统，可以帮助心脏正常跳动。但如果你发现你的心跳较慢，有可能是你的心律不正常，陶柏提到。心律不整病人也常合并头晕、头昏的症状；不过别太担心，简单的心电图检查就能判断是否异常。

（4）你运动不够
「用进废退」这句成语正适合用在心脏上。心脏也是一块肌肉，需要你不断锻炼，它才会变得强壮。 「当你不运动而变胖，你的静止心率就会加快！」陶柏说。一方面是因为你的心脏不够力，它需要出更多力才能将血液顺利打到全身；再加上你变胖了，需要的血也变多了。最后的结果就是你的心跳变快。

（5）你服用的药物会影响你的心跳
某些含有beta阻断剂或钙离子阻断剂的药物，因为能帮助放松你的心脏，所以会使你的心跳趋缓。这不见得有什么危险，但如果你担心，可以向医生咨询。另方面，含咖啡因的药物则可能加速你的心跳。最常见就是头痛药，另外像茶、咖啡、能量饮料、巧克力等食物也有含咖啡因。陶柏说，如果你是对咖啡因敏感的人，这些东西都可能立即反应在心跳上，就少吃一点吧。

（6）你可能脱水，或是身体里太多水
身体里的电解质不平衡也会影响心跳。当你喝太多水，或水分补充不足时，体内的电解质就容易失衡，而影响身体的化学反应。尤其是当体内的镁、钾、钙太低时，就会引发心律失常（arrhythmias），表现在心跳上就是心跳过快。

（7）你可能有甲状腺亢进或低下的问题
甲状腺是位于脖子的一个腺体，主要分泌荷尔蒙协助身体正常运作。如果它分泌不足，会产生甲状腺功能低下，进而导致心跳减慢；反之，若因甲状腺亢进而导致分泌过剩，心跳就会加快。这个问题可以透过抽血来判断。

4、专业运动员或者长期坚持锻炼的人，因为训练有素，心脏功能强劲、效率高，用更少的心脏跳动次数就可以满足泵血的需要，因此他们的心率都是偏慢的，平常可能低于50次，这是一件好事情。因此，建议大家参加适度的体育锻炼，最好每周活动3次，每次30至60分钟。同时，积极改正不良生活方式，戒烟限酒，减少熬夜，保持适当的体重。心态平和，情绪稳定，遇事别激动，必要时可通过听音乐等方式帮助自己恢复平静。

心脏跳动不只代表你还活着，它也能看出你活得健不健康。多多关心它吧！

三、PulseSensor脉搏传感器
1、脉搏传感器是用来测试心跳速率的传感器，学生、艺术家、运动员、创造者、游戏或者移动终端开发人员，可以开发出和心率有关的互动作品。传感器可以戴在手指或者耳垂上，通过互联线可以与Arduino相连。它还有一个开源的app程序，可以实时的把您的心率用图线显示出来。实质是一款集成了放大电路和噪声消除电路的光学心率传感器。

2、光电式脉搏传感器的原理
光学脉搏波传感器的原理是通过检测绿色LED发出的光随血管容积的变化，光的吸收量也发生变化，从而得到了脉搏波。根据郎伯－比尔（lamber－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比,当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。

3、脉搏传感器指的是用于检测脉搏相关信号的传感器。脉搏指的是动脉搏动，脉搏传感器即是用来检测动脉搏动时产生的压力变化，将之转换成可以被更直观观察和检测的电信号。脉搏传感器按照输出方式有模拟输出、数字输出两种。按照采集信号的方式主要可以分为压电式、压阻式、光电式等三种。其中压电式和压阻式通过微压力型的材料（压电片、电桥等）将脉搏跳动的压力过程转换为信号输出。

光电式脉搏传感器则通过反射或对射式的方式，将血管在脉搏跳动过程中透光率的变化转换为信号输出。脉搏传感器主要应用在医疗设备、教学设备，教学实训等领域，如血氧测量、心率监测、中医脉象诊断等等。脉搏传感器按照输出方式有模拟输出、数字输出两种。按照采集信号的方式主要可以分为压电式、压阻式、光电式等三种，其中光电式多数为红外光。

红外脉搏传感器，利用特定波长红外线（典型的有570、870um）对血管末端血液微循环产生的血液容积的变化的敏感特性，检测由于心脏的跳动，引起指尖的血液中血氧蛋白含量变化，经过信号放大、调整等电路处理后，可以输出同步于脉搏跳动的脉冲信号，从而计算出脉率，也可以输出反映指尖血容积变化的完整的脉搏波波形信号。主要应用于临床上脉率的测量、监测和脉搏波的病理分析。还可计算血氧饱和度。

4、一般用绿光-- 红光作为测量光源
早起多数采用红光为光源，随着进一步的研究和对比，绿光作为光源得到的信号更好，信噪比也比其他光源好些，所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源。但是考虑到皮肤情况的不用（肤色、汗水），高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。绿光作为光源的几个特点：
（1）皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波
（2）皮肤上的水份也会吸收大量的UV和IR部分的光
（3）进入皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收
（4）红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织
（5）血液要比其他组织吸收更多的光
（6）相比红光，绿（绿-黄）光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收。

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