光敏电阻传感器心率测量

### 使用光敏电阻传感器实现心率测量的原理

光电容积描记法(Photoplethysmography, PPG)是目前最常用的心率监测技术之一。这种方法基于血液对特定波长光的不同吸收特性，在心脏每次泵血过程中，血管中的血容量会发生周期性的变化。当光源照射皮肤表面时，部分光线会被散射并被组织内的血液所吸收。

对于光敏电阻传感器而言，通常采用的是反射式配置[^2]。具体来说：

- **硬件构成**
- 发射端：使用发光二极管(LED)，一般选用红色或红外光作为工作波长。
- 接收端：利用光敏电阻感知透过或反射回来的光强度变化。

- **工作过程**
当LED发出的光照向人体某一部位（如指尖），由于动脉扩张收缩引起局部血流量增加减少，从而使得透过的光量也随之波动。此时，光敏电阻会因为接收到不同强度的光而改变自身的阻值大小。这种随时间变化的电信号经过放大滤波等一系列处理之后可以转换成对应的心跳速率信息[^3]。

import numpy as np
from scipy.signal import find_peaks

def calculate_heart_rate(ppg_signal, sampling_frequency):
    """
    计算心率
    
    参数:
        ppg_signal (list): PPG信号数据列表
        sampling_frequency (float): 采样频率
        
    返回:
        float: 平均心率(bpm)
    """

    peaks, _ = find_peaks(ppg_signal, height=0)

    peak_intervals = np.diff(peaks)/sampling_frequency * 1e3 # ms单位下的间隔时间数组
    heart_rates = 60 / (peak_intervals/1000.)               # 转换成bpm形式表示的心率序列

    avg_hr = round(np.mean(heart_rates), 1)                  # 取平均值得到最终结果

    return avg_hr