手指心率检测仪的设计论文

1 引言脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。2 脉搏信号的拾取脉搏信号拾取电路如图1所示，IClA接为单位 增益缓冲器以产生的基准电压。 红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能，单个二极管能产生 V电压， mA电流。BPW83型红外接收二极管和IR333型红外发射二极管工作波长都是940 nm，在指夹中，红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。在图l中，RO选100 Ω是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑的。R0过大，通过红外发射二极管的电流偏小，BPW83型红外接收二极管无法区别有脉搏和无脉搏时的信号。反之，R0过小，通过的电流偏大，红外接收二极管也不能准确地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。当红外发射二极管发射的红外光直接照射到红外接收二极管上时，IC1B的反相输入端电位大于同相输入端电位，Vi为“O”。当手指处于测量位置时，会出现二种情况：一是无脉期。虽然手指遮挡了红外发射二极管发射的红外光，但是，由于红外接收二极管中存在暗电流，仍有lμA的暗电流会造成Vi电位略低于 V。二是有脉期。当有跳动的脉搏时，血脉使手指透光性变差，红外接收二极管中的暗电流减小，Vi电位上升。由此看来，所谓脉搏信号的拾取实际上是通过红外接收二极管，在有脉和无脉时暗电流的微弱变化，再经过IClB的放大而得到的。所拾取的信号为2μV左右的电压信号。3 信号的放大按人体脉搏在运动后最高跳动次数达240次/分计算来设计低通放大器，它由IC2A和C04等组成，如图2所示。转折频率由R07、C04、R08和C05决定，放大倍数由R08和R06的比值决定。 根据二阶低通滤波器的传递函数，可得 按人的脉搏最高为4 Hz考虑，低频特性是令人满意的。需要说明的是，以上分析是在忽略C03的条件下做出的，如果考虑C03的话，那么： 由此可见，C03没有影响频率特性的分析，它的作用只是隔直。二级放大器兼比较器如图3所示。Rpll用以调整系统的放大倍数，C06用以防止放大器自激。采用二级放大，零点漂移不很明显，在 V左右。所以将比较器的阈值电压设计成 V，以确保滤除干扰信号。采用比较器的好处是能有效地克服零点漂移所造成的影响，提高测量的准确性。 4 波形整形 波形整形电路如图4所示，IC3A是CD4528型单稳态多谐振荡器，有效脉宽为 s．其宽度由R22和C20决定。IC3B也组成一个单稳态多谐振荡器，脉宽为240ms。D2、Dl和T3等组成一个或非门，只有C，E两点均为低电平时，信号放大器整机输出才是高电平。设计这个电路的目的是为了在输出端输出一个窄脉冲，并且要在由R13和C07决定的时间内任何信号都不会干扰输出。R23和C21充电时间的长短决定了计数脉冲的宽度，一般不希望它太宽。波形整形时序如图5所示。5 结束语当该放大器用于集群脉搏测量仪时，一定要注意不同信号通道之间的相互影响，建议把各个放大器的电源分开。此外，测量通道需要一个开关电路，当指夹悬空时，这个开关电路关闭单稳态电路，切断信号通路，防止乱计。几年的生产实践证明，该放大处理电路稳定可靠。下面是笔者在设计中获得的一些体会。采用二级放大好于三级放大，个别三级放大电路板的零点漂移大得足以达到满幅，使得测量不准确。每个单级放大器放大倍数最好不要大于30，以免自激振荡。本信号放大器的高频转折频率由C05、C04、R07、R08和R06决定，C05、C04通常选聚丙烯电容器或聚碳酸酯电容器，R07、R08和R06通常选金属膜五色环电阻。IClA、R02和R03组成电压跟随器，设计值为 V，精确度由R02和R03决定，最好用金属膜五色环电阻器。隔直电容器C03的漏电要小，选用钽电解电容器为佳。IClA和IC1B要选用偏置电流小、输入失调电压小的运算放大器。考虑到性价比，笔者使用了TLC2264和TLC2262。

红点设计大奖由德国设计协会于1955年创立，是国际公认的全球工业设计顶级奖项之一， 与 德国“ IF奖“、美国“IDEA奖 ”并称为世界三大设计奖。此次我爱音频网将要为大家分享的便是2021年度获得红点设计的TWS耳机产品。

目前的TWS耳机市场，充电盒外观设计较为丰富，耳机主要可以分为“柄状”和“豆式”两种形态，还有仅少数的偏向于运动市场的产品采用了挂耳式设计。然后不同品牌会根据对于产品的理解，以及针对的市场定位设计差异化的产品。

从整体来看，目前市场上的TWS耳机产品外观设计虽有雷同，但由于市场快速增长，新鲜的血液在不断涌入，总体依旧呈现出百花齐放的局面，能够使消费者根据个性化需求选择。今天就来看看都有哪些产品获得了2021红点设计奖吧~

（按照品牌英文名首字母排序，排名不分先后）

AUKEY EP-T35

制造商：深圳市傲基 科技 有限公司

设计：Aukey工业设计中心 (Meiquan Yao)

耳机特点：

AUKEY EP-T35真无线耳机主要定位运动市场，凭借着IPX7级防水认证，能够应对任何突发天气状况，以及锻炼时的大汗淋漓。在外观设计上最大的特征是采用了螺旋纹理，给人一种动态的观感，更加符合其定位。并且还拥有40h续航时间，完全满足使用需求。

AXLOIE Goin

制造商：深圳市远古 科技 有限公司，中国深圳

设计：深圳市阿尔法设计有限公司, 中国深圳

耳机特点：

AXLOIE Goin是一款无线运动蓝牙耳机，采用了耳挂式的外观设计，硅胶材质，即使剧烈运动也能舒适稳定的佩戴。配置上采用复合振膜搭配专业调音，实现高保真音质。作为运动耳机，防水性能也是其标配，AXLOIE Goin支持IPX7级防水，满足多有运动健身需求。

Bose Sleepbuds II

制造商：Bose, Framingham, MA, USA

耳机特点：

Bose Sleepbuds II 是一款睡眠耳塞产品，整体采用了硅胶材质制成，灵活的耳翼设计提升晚间睡觉佩戴时的稳定性。Bose Sleep 应用程序内拥有包括噪音屏蔽和放松的50多种助眠音频，帮助用户实现更快的睡眠，以及更好的睡眠质量。

Bose QuietComfort Earbuds

制造商：Bose, Framingham, MA, USA

耳机特点：

Bose QuietComfort Earbuds在外观设计上延续了家族式的风格，体积更小，新采用了进阶版的鲨鱼鳍耳套设计，让佩戴更舒适稳固；功能上结合了耳罩式耳机的降噪技术，支持主动降噪功能，拥有11种降噪等级，以及通透模式。还支持无线充电、“腾讯小微”语音助手等功能。

Chiline泫音 Mojito

制造商：英华达电器（上海）有限公司，中国上海

设计：Tseng Shih Chin, Lan De Zheng

耳机特点：

Mojito真无线蓝牙耳机是一款日常生活和健身运动都适合使用的产品。充电盒采用了仿皮纹设计，耳机设计灵感来自于豚翼造型，线条非常优美，搭配潮流双色拼接，非常具有 时尚 感。并且单耳重量仅为，结合人体工程学，呈现非常舒适的佩戴效果。配置上，采用发声单元，支持蓝牙，支持IP55防尘防水。

Cleer ALLY Plus II

制造商：Cleer, Inc.，美国加利福尼亚州圣地亚哥

设计：深圳市冠旭电子股份有限公司，中国深圳

耳机特点：

Cleer ALLY PLUS II真无线耳机采用高品质轻量化塑胶材质，外观一流，触感也一流。特制的硅胶耳塞微微倾斜，可减小耳道内压力，长时间佩戴也舒适自在。专业调校的10mm石墨烯喇叭单元搭配定制发声管，拥有全音域低音效果，展现声音全部细节。

耳机搭载最先进的自适应降噪技术以及专业定制的声波过滤器，能够自动感知环境音，带来最佳降噪效果。定制LDS激光天线确保了连接的稳定性，高通第八代双麦cVcTM通话降噪技术使通话效果更加清晰。搭配Cleer+ APP使用还可调节音效和降噪效果，打造最适合您的专属耳机。

续航方面，耳机单次续航时间长达11小时，小巧而奢华的充电盒可额外提供22小时续航时长，使总续航达到33小时，并同时支持Type C有线快充和Qi无线充电。

Cleer ALLY

制造商：Cleer, Inc.，美国加利福尼亚州圣地亚哥

设计：深圳市冠旭电子股份有限公司，中国深圳

耳机特点：

Cleer ALLY真无线蓝牙耳机采用无缝轻量化设计，符合人体工学，佩戴十分贴合。小巧耳机，入耳舒适，简约的扭形设计、柔软的硅胶耳翼，长时间佩戴也稳固舒适。

蓝牙配对简单快捷，只需打开蓝牙设备并在蓝牙设备列表中选择Cleer Ally即可配对；专业定制6mm钕铁硼发声单元，呈现前所未有的均衡动态音效，低音坚实有力。触控面板让操作十分简单，支持播放音乐与接打电话，任意一只耳机均可单独使用。

IPX5级防水防汗，无论是旅行、跑步、锻炼还是运动都不在话下。续航上单次续航时间长达10小时，小巧的充电盒可额外增加20小时，使总续航达到30小时。还支持快速充电功能，耳机放入充电盒10分钟便可再使用1小时。

Cleer ARC Open Ear

制造商：Cleer, Inc.，美国加利福尼亚州圣地亚哥

设计：深圳市冠旭电子股份有限公司，中国深圳

耳机特点：

Cleer ARC Open Ear 是一种开放式的蓝牙耳机产品，采用了16mm动态驱动单元，位置处于耳道前方而非耳道内，使用户可以在欣赏音乐的同时依旧可以获悉周围环境声音。为了改善开放式的听音效果，其还采用了波束成形技术，能够将乐曲直接输入到耳道，提供清晰听音的同时不影响周围人群。

Dacom BoneBuds

制造商：深圳市三德大康电子有限公司，中国深圳

设计：深圳市盟大网络 科技 有限公司，Yang Chuangchao，Zhang Shuaijun

耳机特点：

Dacom BoneBuds是一款骨传导真无线蓝牙耳机，采用了分离式设计，耳挂式外观；内置骨传导单元，提供开放式的听音体验。耳机还设计了可开关呼吸灯，夜间运动佩戴更安全。还支持IP55级防尘防水，运动健身均可使用。

Dóttir Freedom

制造商：深圳市迈斯高 科技 有限公司

设计：Yuanqing Huang

耳机特点：

Dóttir Freedom是一款耳挂式的无线耳机产品，充电盒腰线雕刻菱形图案，彰显高级质感。耳机支持内部搭载储存器，无需手机即可本地听音乐。Dóttir Freedom还支持IP68级防尘防水，可抵御灰尘、泥土和沙子以及水下浸没，也可以在游泳时佩戴。

设计理念：

Dóttir Freedom是迈斯高以运动健身为导向研发的一款新产品，它的设计理念是“无限自由，更多可能”。为了贯彻这一理念，迈斯高在产品材质、外观设计、重量把控和防水性能等方面都慎重地做了取舍。

迈斯高还创新性地在耳机中增加了8G的存储设备，实现了可以脱离手机完全自由的使用。并且，迈斯高参考CrossFit专业健身运动员的反馈意见，将健身的杠铃元素融入充电盒的设计之中，并吸纳物联网的基本思想，在内部预留了心率、血压等 健康 传感器的空间，增强了产品的差异化特质，进一步扩大了产品再度创新的潜能与包容性。

EDIFIER漫步者 NB2 Pro

制造商：漫步者国际有限公司，香港

设计：Bo Rong

耳机特点：

漫步者TWS NB2 Pro真无线主动降噪耳机，充电仓采用仿皮革纹理翻盖设计，耳机线条犀利硬朗。Hybrid复合降噪方案,最大深度-38dB，ENC双麦克风通话降噪算法，支持AAC音频编码，搭载全景声环绕音效和入耳检测功能， 游戏 模式延迟低至80ms，还可通过漫步者的“Edifier Connect”APP拓展更多功能。

Google Pixel Buds

制造商：Google Inc., Mountain View, CA, USA

耳机特点：

Google Pixel Buds是谷歌旗下第二代TWS耳机产品，在外观设计上非常的独特，充电盒采用了立式椭圆形造型，便于开启。耳机形似“蜗牛”，符合人体工程学设计提供非常舒适的佩戴体验。内部搭载了12mm高动态扬声器、加速计、红外检测传感器，支持Hey Google快速唤醒和实时翻译功能，拥有24h整体续航。

JBL TUNE225TWS Ghost 透明珍藏版

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

耳机特点：

JBL TUNE225TWS Ghost 透明珍藏版最大的特点就是其充电盒、耳机均采用了半透明材质，可清晰看待内部精密的电路。整体外观设计非常炫酷，并且具有舒适的佩戴体验。功能上采用蓝牙，支持双路传输，支持单/双耳模式使用。搭配JBL纯正低频音效和25h整体续航，提供不间断的优质音频体验。

JBL Reflect Flow Pro+

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Axel Lorsold, Jerry Chen, Weijia Lu

耳机特点：

JBL Reflect Flow Pro+真无线耳机专门为运动而设计的产品，充电盒体积小巧且自带便携绳，方面外出携带。耳机采用符合人体工学的设计，搭配耳翼提供舒适稳固的佩戴体验。并且支持IPX8级防水功能，耳机可在水下时长达到了30分钟；还支持Google Fast Pair功能，与Android手机配对非常便捷。

JBL Endurance PEAK II

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Axel Lorsold, Jerry Chen

耳机特点：

JBL Endurance PEAK II是一款挂耳式的真无线运动耳机，采用了新一代自塑型耳挂设计，可根据个人生理条件自由调节耳挂角度，从而提升佩戴体验。功能方面，拥有JBL增强型运动音效，由哈曼声学实验室专业调校；还支持30和续航时间，以及IPX7级防水/防汗，可在水下浸泡30分钟。

JBL Reflect Mini NC

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Axel Lorsold

耳机特点：

JBL Reflect Mini NC与上文中一起获奖的Reflect Flow Pro+采用了统一设计语言，也都主打运动市场。得益于稳定的耳挂，以及轻巧紧凑的设计，运动也能提供稳定的佩戴。得益于IPX7防水性能，无惧汗水和湿气。独特的反光标志设计，提升了夜间锻炼的安全性。

JBL LIVE PRO+ TWS

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Johnny Lee, Hawa Souchaud

耳机特点：

JBL LIVE PRO+ TWS是一款支持混合数字降噪的真无线耳机，采用人体工学设计，搭配多套可供个性化选择的硅胶耳塞，实现出色的降噪和佩戴体验。采用11mm高品质动圈单元，拥有JBL标志性音效，能够实现全音域重现均衡音色。

JBL Tour Pro+ TWS

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Johnny Lee

耳机特点：

JBL Tour Pro+是JBL最新推出的 TOUR 系列一款旗舰级TWS耳机产品，于4月16日在欧洲发布上市，外观设计上颇具特色，采用了黑色机身搭配亮色金属装饰，整体设计相对更加偏商务化。配置上搭载了数字自适应降噪技术，支持15级自定义可控降噪，支持智能环境感知和三麦通话降噪功能，内置腾讯小微语音助手。

JBL UA True Wireless Streak

制造商：哈曼国际公司，中国深圳

设计：Jerry Chen

耳机特点：

JBL联名UA推出的这款TWS耳机在外观设计上非常的小巧紧凑，硅胶耳翼设计、IPX7级防水、以及JBL增强型运动音效，非常适合运动健身使用。还支持双麦通话降噪，提供清晰的通话效果。仿生听觉搭载智能环境识别技术，无需摘掉耳机也可清晰聆听外界声音。

LG Earbuds (FP8)

制造商：LG Electronics Inc., Seoul, 韩国首尔

设计：Byunghyun Yi, Soonhyun Park

耳机特点：

LG Earbuds (FP8)是一款主打高音质和杀菌防护的TWS耳机，在外观设计上对世界各地的外耳道进行了分析，并考虑了面部的解刨结构，从而使耳机曲线在佩戴时能够与耳道贴合紧密，提升佩戴舒适度和稳定性。其具有医疗品质的抗菌耳塞、抗菌颜色以及UVnano充电盒则保证了日常使用的卫生。

Libratone AIR+

制造商：Little Bird Co., Ltd., 中国北京

设计：Swift Creatives, Aarhus, Denmark

耳机特点：

Libratone AIR+真无线耳机关注我爱音频网的小伙伴应该比较熟悉，此前我爱音频网做了详细的体验评测和拆解报告。新一代AIR+降噪款真无线耳机，充电盒采用了全新独特的直立开放式设计，耳机取放更加自如，并且兼顾了体积的小巧美观。

耳机延续了极简的设计语言，三角几何形设计搭配金属材质赋予高级质感。混合式主动降噪，搭配独立数字降噪芯片，降噪性能高达30dB；全新升级智能降噪技术CityMix Smart,自适动态调音,声学/振动双传导麦克增强技术等提升智能 科技 体验，搭载新一代高通旗舰芯片QCC5141，提供24h续航体验，还支持无线充电功能等。

ODDICT Twig

制造商：Cresyn Co., Ltd.，韩国首尔

设计：Jinho Hwang, Taeyun Kim

耳机特点：

ODDICT Twig真无线耳机充电盒采用了圆形的粉饼盒设计，搭配阳极氧化铝材质带来很强的质感表现，并且还支持无线充电功能。耳机为柄状的半入耳式设计，采用12mm双层驱动单元，双碳TPU振膜有效降低失真，提升音质表现。还支持入耳检测、触控操作和自定义EQ等功能。

PaMu Quiet

制造商：厦门市派美特 科技 有限公司，中国厦门

设计：Harda Intelligent Technologies Co., Ltd., Xiaolu Cai, Xiamen, China

耳机特点：

Pamu Quiet真无线降噪耳机采用双芯片组合，高通新一代的QCC5124蓝牙芯片+AS3460独立降噪芯片，降噪深度可达40dB。定制的10mmPEN+钛复合膜动圈单元，HIFI音质，支持aptX Classic、AAC、SBC高清解码。单耳仅重，耳压低，佩戴舒适。自带专属App，享受专属定制。

设计理念： 怀表式外观设计，轻奢 时尚 ，设计灵感源于梵高的《星空》作品，蓝色隐藏式“星轨”， 科技 感十足。

Perzon Buds

制造商：Perzon Co., Ltd., 中国台湾台北市

设计：TC Chang, Yin Chen, Chun-Kai Huang

耳机特点：

Perzon Buds真无线耳机充电盒设计非常独特，采用了不锈钢材质，犹如镜面般光滑明亮；耳机嵌入在上下两端，只需要轻轻一按即可取出。两侧为圆滑的弧度处理，提供舒适的握持。机身上还设计有隐藏的数字显示屏，用于反馈电池状态。

Philips T8506 TWS In-Ear Headphones

制造商：冠捷 科技 集团，中国台湾新北市

设计：Philips Experience Design, Eindhoven, Netherlands

耳机特点：

Philips T8506 真无线耳机是一款面向发烧友的高端旗舰产品，拥有着非常清晰细腻的音质表现。外观上圆形设计非常的独特、精致，具有很高的辨识度。并且耳机也能够提供舒适且贴合牢固的佩戴体验。

Philips Fidelio T1 TWS In-Ear Headphones

制造商：冠捷 科技 集团，中国台湾新北市

设计：Philips Experience Design, Eindhoven, Netherlands

耳机特点：

Philips Fidelio T1真无线耳机同样是一款主打高端市场的产品，拥有着出色的音质表现，在外观设计上采用了极简主义理念，阶梯式外观极具独特性，并且最顶层还是触控单元，能够更好的实现触控操作。

SONY WF-XB700

制造商：Sony Home Entertainment & Sound Products Inc., Tokyo, Japan

设计：Sony Corporation, Creative Center, Soichi Tanaka, Tokyo, Japan

耳机特点：

SONY WF-XB700是索尼成立74周年之际发布的产品，也是索尼将招牌的EXTRA BASS 重低音调音技术首次引入真无线的产品。内置12mm动圈单元，在提升低频的下潜和冲击感同时，对中频进行了优化调整，使得人声清晰自然，节奏感更强，更加“摇摆”。耳机支持IPX4级防水设计，拥有18小时整体续航，支持快速充电等。

TCL TWS Pro

制造商：捷开通讯(深圳)有限公司，中国深圳

耳机特点：

TCL TWS Pro真无线耳机在外观设计上体积非常的小巧，在机身材质上做了很多的处理。充电盒采用了镜面和哑光两种工艺装饰，耳机涂层采用3D选择性PVD工艺，使其在一块材料上实现两种不同的表面效果，提升产品质感。

U&I 由我 BS346

制造商：广州由我 科技 有限公司，中国广州

设计：He Qian, Lai Shaobing, Wang Shimin, Wei Qingjie

耳机特点：

BS346是U&I由我 科技 在ANC主动降噪系列中的升级之作，采用了全新 Hybrid 数字降噪技术，可以实现更宽的降噪频宽以及更深的降噪深度，通过配备 FF 前馈和 FB 后馈双向反馈麦克风，能精准捕捉噪音并反向消除，给用户带来真正的听觉享受。同时搭载ENC双咪通话降噪算法，在确保环境噪音最大程度消除的情况下，兼顾高清通话效果。

设计理念：

BS346在产品设计上还融合了U&I 由我工程师极具创新的设计创意，外盒两端处采用弧形设计，贴合用户手指曲线，方便随手取拿，符合人体工学的同时也彰显了极简设计的理念。

Wearbuds

制造商：深圳市傲基 科技 有限公司，中国深圳

设计：Aukey工业设计中心（Minmin Zhang）

耳机特点：

Wearbuds是一款充电盒可以戴在手腕上的真无线耳机，其采用了手环、耳机二合一的设计，耳机未使用时放置在手环左右两侧，并为耳机充电。耳机部分，搭载了高通智能音频芯片，支持aptX音频编解码。搭配石墨烯增强驱动，实现高保真音质。

手环部分，配备英寸TFT屏，搭载了ARM Cortex-M4处理器，7轴加速度传感器、心率检测仪，支持心率、睡眠监测，以及计步、闹钟等功能。

我爱音频网总结

2021红点设计奖TWS耳机获奖产品涵盖了20个品牌旗下的30款产品，不同品牌下的产品外观设计各具特色，功能上也不尽相同。从能够有如此多的产品获得红点设计奖也可以反映出目前TWS耳机市场的火爆程度。

随着TWS耳机性能的不断提升，功能的进一步丰富，消费者的认可度也在不断提高，市场在未来还将逐渐扩大。因此，还会有更多优秀的TWS耳机产品上市供消费者选择。而随着产品多样性的提升，无论是外观设计还是功能上，拥有差异化的产品将获得市场更高的关注。

优点：设备简单实用, 成本低.是一种无创、安全、有效的检测方法, 便于实现动态检测.缺点：测量时要求光源光强可调且便于测量, 设备中利用点光源光强随距离平方衰减, 略显粗糙, 有待改进.信号小, 噪声大, 操作有一定难度,