Arduino开发实例-MAX30100 脉搏血氧仪传感器驱动

MAX30100 脉搏血氧仪传感器驱动

1、MAX30100介绍

MAX30100 脉搏血氧仪和心率传感器是一款基于 I2C 的低功耗即插即用生物识别传感器。

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MAX30100 是一款集成脉搏血氧饱和度和心率监测传感器解决方案。 它结合了两个 LED、一个光电探测器、优化的光学器件和低噪声模拟信号处理，以检测脉搏血氧饱和度和心率信号。

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MAX30100模块结合了两个 LED、一个光电探测器、优化过的光学器件和低噪声模拟信号处理来检测脉搏血氧饱和度 (SpO2) 和心率 (HR) 信号。

在右侧，MAX30100 有两个 LED——一个 RED 和一个 IR LED。 左边是一个非常灵敏的光电探测器。 这个想法是你一次点亮一个 LED，检测反射回探测器的光量，然后根据特征，就可以测量血氧水平和心率。

MAX30100 芯片需要两种不同的电源电压：IC 为 1.8V，RED 和 IR LED 为 3.3V。 所以模块自带3.3V和1.8V稳压器。 这允许将模块连接到任何具有 5V、3.3V 甚至 1.8V 电平 I/O 的微控制器。

MAX30100 最重要的特性之一是其低功耗：MAX30100 在测量过程中的功耗低于 600μA。 也可以将MAX30100置于待机模式，其功耗仅为0.7μA。 这种低功耗允许在手机、可穿戴设备或智能手表等电池供电设备中实现。

MAX30100具有片上温度传感器，可用于补偿环境变化并校准测量值。可测量 -40˚C 至 +85˚C 范围内的“芯片温度”，精度为 ±1˚C。

MAX30100模块使用简单的两线 I2C 接口与微控制器通信。 它有一个固定的 I2C 地址：0xAE（用于写操作）和 0xAF（用于读操作）。

MAX30100 嵌入了一个 FIFO 缓冲器，用于存储数据样本。 FIFO 有一个 16 个样本的存储库，这意味着它可以容纳多达 16 个 SpO2 和心率样本。 FIFO 缓冲器可以减轻微控制器从传感器读取每个新数据样本的负担，从而节省系统功耗。

MAX30100可以编程产生中断，允许主机微控制器在传感器收集数据的同时执行其他任务。 可以为 5 个不同的源启用中断：

  • 电源就绪：在上电或掉电后触发。
  • SpO2 数据就绪：在收集每个 SpO2 数据样本后触发。
  • 心率数据就绪：在收集到每个心率数据样本后触发。
  • 温度就绪：当内部芯片温度转换完成时触发。
  • FIFO 几乎已满：当 FIFO 已满且未来数据即将丢失时触发。

INT 线是漏极开路，因此被板载电阻拉高。 当中断发生时，INT 引脚变为低电平并保持低电平，直到中断被清除。

2、MAX30100工作原理

MAX30100，或任何光学脉搏血氧计和心率传感器，由一对高强度 LED（RED 和 IR，两种不同波长）和一个光电探测器组成。 这些 LED 的波长分别为 660nm 和 880nm。

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MAX30100 的工作原理是将两束光照射到手指或耳垂（或者基本上是皮肤不太厚的任何地方，因此两束光都可以轻松穿透组织）并使用光电探测器测量反射光量。 这种通过光检测脉冲的方法称为光电体积描记图( Photoplethysmogram.)。

MAX30100的工作可以分为两部分：心率测量和脉搏血氧饱和度（测量血液中的氧含量）。

1）心率测量

动脉血中的氧合血红蛋白（HbO2）具有吸收红外光的特性。 血液越红（血红蛋白越高），吸收的红外光越多。 当血液随着每次心跳通过手指泵出时，反射光的量会发生变化，从而在光电探测器的输出端产生变化的波形。 当继续照射光并获取光电探测器读数时，很快就会开始获得心跳 (HR) 脉搏读数。

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2）脉搏血氧饱和度测量

脉搏血氧仪的原理是，吸收的 RED 和 IR 光量取决于血液中的氧气量。 下图是含氧血红蛋白 (HbO2) 和脱氧血红蛋白 (Hb) 的吸收光谱。

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从图中可以看出，脱氧血液吸收更多红光（660nm），而含氧血液吸收更多红外光（880nm）。 通过测量光电探测器接收到的 IR 和 RED 光的比率，可以计算出血液中的氧气水平 (SpO2)。

3、硬件准备

  • Arduino Uno 开发板一块
  • MAX30100传感器模块一个
  • 面板板一块
  • 边接线若干

硬件接线如下：

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由于MAX30100模块的设计的有缺陷，修正方案请参考：

5、驱动实现

MAX30100驱动安装如下：

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驱动示例代码如下：

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#include <Wire.h>
#include "MAX30100\_PulseOximeter.h"

#define REPORTING\_PERIOD\_MS 1000

// Create a PulseOximeter object
PulseOximeter pox;

// Time at which the last beat occurred
uint32\_t tsLastReport = 0;

// Callback routine is executed when a pulse is detected
void onBeatDetected() {
    Serial.println("Beat!");
}

void setup() {
    Serial.begin(9600);

    Serial.print("Initializing pulse oximeter..");

    // Initialize sensor
    if (!pox.begin()) {
        Serial.println("FAILED");
        for(;;);
    } else {
        Serial.println("SUCCESS");
    }

	// Configure sensor to use 7.6mA for LED drive
	pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA);

    // Register a callback routine
    pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
}

void loop() {
    // Read from the sensor
    pox.update();

    // Grab the updated heart rate and SpO2 levels
    if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) {
        Serial.print("Heart rate:");
        Serial.print(pox.getHeartRate());
        Serial.print("bpm / SpO2:");
        Serial.print(pox.getSpO2());
        Serial.println("%");

        tsLastReport = millis();
    }
}

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/127957929