张帆 王文廉 王玉

摘要：可穿戴的实时检测和诊断设备在生物医学领域的需求日益增加，而电源是可穿戴设备发展的薄弱环节。利用现有的近场通信（NFC）技术，设计一种无源无线柔性心率检测系统。测量端通过微型 NFC 天线从智能手机获得能量，利用光电容积脉搏波描记法（PPG）完成脉搏信号采集，并把信号处理结果发送到手机，进行记录和分析。对多名志愿者进行不同身体状态（运动状态、工作状态、休息状态）的心率测试，分析心率值和脉搏速率变异性（PRV）。实验结果表明，系统能够快速实时测量人体心率数据，实现无源无线生理信号监测，满足柔性可穿戴设备的设计需求。关键词：心率测量;近场通信;可穿戴测量;光电容积脉搏波描记法

中图分类号： TP212文献标志码： A文章编号：1674–5124（2021）12–0014–09

Batter-free heart rate detection method based on near field communication technology

ZHANG Fan1，2，WeANG Wenlian1，2，WANG Yu1，2

（1. Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement， Ministry of Education， NorthUniversity of China， Taiyuan 030051， China;2. National Key Laboratory for ElectronicMeasurement Technology， Taiyuan 030051， China）

Abstract： Wearable real-time detection and diagnosis devices are increasingly needed in the biomedical field. But power supply is a weak link in the development of wearable devices. We designed a batter-free wireless flexibleheartratedetectionsystemusingtheexistingnearfieldcommunication （NFC） technology. The measurementterminalobtainsenergyfromthesmartphonethroughaminiatureNFCantenna，anduses photoplethysmography （PPG） to complete pulse signal acquisition， and sends the signal processing results to thesmartphonefor recordingand analysis. Heart rateand pulse rate variability （PRV） wereanalyzed by measuring the heart rate of multiple volunteers in different body states （exercise state， working state and rest state）. The experimental results show that the system can measure human heart rate data in real time， realize passive wireless physiological signal monitoring and meet the design needs of flexible wearables devices. Keywords： heart rate measurement; NFC; wearable measurement; photoplethysmography

0引言

為了给医疗领域带来可持续的、节能的、便携式的解决方案，设计一种能够测量人体生理信号而不降低测量性能的无源可穿戴设备受到了越来越多的关注与研究[1-3]。随着电子技术小型化和系统集成化趋势的发展，监测人体生理参数的医用传感器的能量供应也逐渐由一次性的微型电池向其他能量收集技术逐渐转变，包括人体本身和周围环境都可以为这些医用设备提供能量。例如人体的四肢或关节能够产生压电效应和摩擦生电，人体的内部组织（如：肠胃）能够产生化学能，以及人体的体温能够产生一定的热势能等[4-6]。但是在实践中这些能量都无法真正实现持续收集，并且功率也远远不能够驱动人体生理信息采集设备来监测人体生理参数。……