电子模块|心率血氧传感器模块MAX30102及其驱动代码

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电子模块|心率血氧传感器模块MAX30102及其驱动代码

实物照片
模块简介
工作原理
原理图及引脚说明
STM32软件驱动

IIC通信代码
数值转换代码
main函数

结果

实物照片

模块简介

MAX30102是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块。

它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的低噪声电子电路。

MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源，应用于可穿戴设备进行心率和血氧采集检测，佩戴于手指点耳垂和手腕处。

标准的I2C兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给Arduino、KL25Z、STM32、STC51等单片机进行心率和血氧计算。

此外，该芯片还可以通过软件关断模块，待机电流接近为零，实现电源始终维持供电状态。

主要参数:

产品名称	MAX30102 心率模块
LED峰值波长器	660nm/880nm
LED供电电压	3.3 ~ 5V
检测信号类型	光反射信号（PPG）
输出信号接口	I2C接口
通信接口电压	1.8 ~ 3.3V ~ 5V（可选）

产品尺寸：

工作原理

光溶积法：利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血氧饱和度测量

光源：采用对动脉血中痒合血红蛋白（HbO2）和血红蛋白（Hb）有选择性的特定波长的发光二极管

透光率转化为电信号：动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发送改变，此时由光电变换接收经人体组织反射光线，转变为电信号并将其放大输出。

原理图及引脚说明

引脚说明

名称	管教定义
VIN	电源输入 1.6V-5.5V
3位焊盘	选择总线的上拉电平，取决于引脚主控电压可选1.8v或者3.3v
SDA	IIC-SDA
SCL	IIC-SCL
GND	地
INT	INT 低电平有效中断（漏极开路）MAX30102 的中断引脚
IRD	IR_DRV IR LED阴极和LED驱动器连接点一般不接
RD	R_DRV 红色LED阴极和LED驱动器连接点一般不接

STM32软件驱动

使用STM32F103C8T6最小系统开发板验证。

接线如下：

MAX30102模块接口：PB9-SDA,PB8-SCL,PB7-INT

PA2/PA3为串口传输口TX和RX，波特率设置为115200

PC13为显示LED

IIC通信代码

#include "mbed.h"
#include "MAX30102.h"
I2C i2c(I2C_SDA, I2C_SCL);//SDA-PB9,SCL-PB8
bool maxim_max30102_write_reg(uint8_t uch_addr, uint8_t uch_data)
/**
* \brief        Write a value to a MAX30102 register
* \par          Details
*               This function writes a value to a MAX30102 register
*
* \param[in]    uch_addr    - register address
* \param[in]    uch_data    - register data
*
* \retval       true on success
*/
{
  char ach_i2c_data[2];
  ach_i2c_data[0]=uch_addr;
  ach_i2c_data[1]=uch_data;
  
  if(i2c.write(I2C_WRITE_ADDR, ach_i2c_data, 2, false)==0)
    return true;
  else
    return false;
}
bool maxim_max30102_read_reg(uint8_t uch_addr, uint8_t *puch_data)
/**
* \brief        Read a MAX30102 register
* \par          Details
*               This function reads a MAX30102 register
*
* \param[in]    uch_addr    - register address
* \param[out]   puch_data    - pointer that stores the register data
*
* \retval       true on success
*/
{
  char ch_i2c_data;
  ch_i2c_data=uch_addr;
  if(i2c.write(I2C_WRITE_ADDR, &ch_i2c_data, 1, true)!=0)
    return false;
  if(i2c.read(I2C_READ_ADDR, &ch_i2c_data, 1, false)==0)
  {
    *puch_data=(uint8_t) ch_i2c_data;
    return true;
  }
  else
    return false;
}
bool maxim_max30102_init()
/**
* \brief        Initialize the MAX30102
* \par          Details
*               This function initializes the MAX30102
*
* \param        None
*
* \retval       true on success
*/
{
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_INTR_ENABLE_1,0xc0)) // INTR setting
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_INTR_ENABLE_2,0x00))
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_FIFO_WR_PTR,0x00))  //FIFO_WR_PTR[4:0]
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_OVF_COUNTER,0x00))  //OVF_COUNTER[4:0]
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_FIFO_RD_PTR,0x00))  //FIFO_RD_PTR[4:0]
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_FIFO_CONFIG,0x0f))  //sample avg = 1, fifo rollover=false, fifo almost full = 17
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_MODE_CONFIG,0x03))   //0x02 for Red only, 0x03 for SpO2 mode 0x07 multimode LED
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_SPO2_CONFIG,0x27))  // SPO2_ADC range = 4096nA, SPO2 sample rate (100 Hz), LED pulseWidth (400uS)
    return false;
  
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_LED1_PA,0x24))   //Choose value for ~ 7mA for LED1
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_LED2_PA,0x24))   // Choose value for ~ 7mA for LED2
    return false;
  if(!maxim_max30102_write_reg(REG_PILOT_PA,0x7f))   // Choose value for ~ 25mA for Pilot LED
    return false;
  return true;  
}
bool maxim_max30102_read_fifo(uint32_t *pun_red_led, uint32_t *pun_ir_led)
/**
* \brief        Read a set of samples from the MAX30102 FIFO register
* \par          Details
*               This function reads a set of samples from the MAX30102 FIFO register
*
* \param[out]   *pun_red_led   - pointer that stores the red LED reading data
* \param[out]   *pun_ir_led    - pointer that stores the IR LED reading data
*
* \retval       true on success
*/
{
  uint32_t un_temp;
  unsigned char uch_temp;
  *pun_red_led=0;
  *pun_ir_led=0;
  char ach_i2c_data[6];
  
  //read and clear status register
  maxim_max30102_read_reg(REG_INTR_STATUS_1, &uch_temp);
  maxim_max30102_read_reg(REG_INTR_STATUS_2, &uch_temp);
  
  ach_i2c_data[0]=REG_FIFO_DATA;
  if(i2c.write(I2C_WRITE_ADDR, ach_i2c_data, 1, true)!=0)
    return false;
  if(i2c.read(I2C_READ_ADDR, ach_i2c_data, 6, false)!=0)
  {
    return false;
  }
  un_temp=(unsigned char) ach_i2c_data[0];
  un_temp
    if(!maxim_max30102_write_reg(REG_MODE_CONFIG,0x40))
        return false;
    else
        return true;    
}

    uint32_t un_ir_mean ,un_only_once ;
    int32_t k ,n_i_ratio_count;
    int32_t i, s, m, n_exact_ir_valley_locs_count ,n_middle_idx;
    int32_t n_th1, n_npks,n_c_min;      
    int32_t an_ir_valley_locs[15] ;
    int32_t an_exact_ir_valley_locs[15] ;
    int32_t an_dx_peak_locs[15] ;
    int32_t n_peak_interval_sum;
    
    int32_t n_y_ac, n_x_ac;
    int32_t n_spo2_calc; 
    int32_t n_y_dc_max, n_x_dc_max; 
    int32_t n_y_dc_max_idx, n_x_dc_max_idx; 
    int32_t an_ratio[5],n_ratio_average; 
    int32_t n_nume,  n_denom ;
    // remove DC of ir signal    
    un_ir_mean =0; 
    for (k=0 ; k
        n_denom= ( an_x[k]+an_x[k+1]+ an_x[k+2]+ an_x[k+3]);
        an_x[k]=  n_denom/(int32_t)4; 
    }
    // get difference of smoothed IR signal
    
    for( k=0; k
        an_dx[k] =  ( an_dx[k]+an_dx[k+1])/2 ;
    }
    
    // hamming window
    // flip wave form so that we can detect valley with peak detector
    for ( i=0 ; i
        s= 0;
        for( k=i; k
            s -= an_dx[k] *auw_hamm[k-i] ; 
                     }
        an_dx[i]= s/ (int32_t)1146; // divide by sum of auw_hamm 
    }
 
    n_th1=0; // threshold calculation
    for ( k=0 ; k
        n_th1 += ((an_dx[k]0)? an_dx[k] : ((int32_t)0-an_dx[k])) ;
    }
    n_th1= n_th1/ ( BUFFER_SIZE-HAMMING_SIZE);
    // peak location is acutally index for sharpest location of raw signal since we flipped the signal         
    maxim_find_peaks( an_dx_peak_locs, &n_npks, an_dx, BUFFER_SIZE-HAMMING_SIZE, n_th1, 8, 5 );//peak_height, peak_distance, max_num_peaks 
    n_peak_interval_sum =0;
    if (n_npks=2){
        for (k=1; k
        *pn_heart_rate = -999;
        *pch_hr_valid  = 0;
    }
            
    for ( k=0 ; k
        an_x[k] =  pun_ir_buffer[k] ; 
        an_y[k] =  pun_red_buffer[k] ; 
    }
    // find precise min near an_ir_valley_locs
    n_exact_ir_valley_locs_count =0; 
    for(k=0 ; k
        un_only_once =1;
        m=an_ir_valley_locs[k];
        n_c_min= 16777216;//2^24;
        if (m+5