MAX30102脉搏血氧仪和心率传感器(一)驱动程序
文章目录
- 前言(文末获取源码)
- 一、PPG信号简介
- 二、MAX30102简介
- 1.总体结构
- 2.寄存器
- 三、使用步骤
- 1.I2C通信
- 2.MAX30102初始化
- 3.读取数据
- 4.数据分析
- 四、存在的问题(已修正,详情在下一章)
- 获取工程源码
前言(文末获取源码)
Maxim MAX30102传感器是一款集成脉搏血氧仪和心率监测器模块。MAX30102 包括内部 LED、光电探测器、光学元件以及低噪声电子元件,具有环境光反射特征。该高灵敏度器件由 1.8V 单电源供电,其内部 LED 由独立的 5.0V 电源供电。通过标准的 I2C 兼容接口进行通信。该传感器可通过软件来关断电源,待机模式下的电流消耗量几乎为零。
一、PPG信号简介
简单来说PPG信号就是光照照射在皮肤组织上时,由于血液流动造成对光的吸收率不同,而其它组织(例如骨骼,肌肉)对光的吸收率基本不变,导致光的反射率随血液流动情况改变的信号。如下图所示,直流信号DC反映的是组织、骨骼、肌肉、静脉血等等,交流信号AC则是反映了动脉血流动情况。根据AC、DC信号能够计算出心率、血氧,详细的计算公式在下一章进行介绍。
二、MAX30102简介
1.总体结构
可以看到,MAX30102结构包括两个光电二极管(RED:红光 IR:红外)、接收器、ADC通道、数字滤波器、数据寄存器和I2C通信模块。
2.寄存器
寄存器包括三大部分:状态寄存器、设置寄存器、温度寄存器。另外还有版本号和设备ID的寄存器,如下图。
三、使用步骤
1.I2C通信
和一般的I2C通信方式不同,MAX30102的读写时序如下
程序如下:
void max30102_i2c_write(uint8_t reg_adder,uint8_t data)
{uint8_t transmit_data[2];transmit_data[0] = reg_adder;transmit_data[1] = data;i2c_transmit(transmit_data,2);
}void max30102_i2c_read(uint8_t reg_adder,uint8_t *pdata, uint8_t data_size)
{uint8_t adder = reg_adder;i2c_transmit(&adder,1);i2c_receive(pdata,data_size);
}
2.MAX30102初始化
对照datasheet设置采样率,工作模式,led电流等等参数的设置。下面作为参考,实际使用的效果还是很好的。
void max30102_init(void)
{ uint8_t data;max30102_i2c_write(MODE_CONFIGURATION,0x40); //reset the devicedelay_ms(5);max30102_i2c_write(INTERRUPT_ENABLE1,0xE0);max30102_i2c_write(INTERRUPT_ENABLE2,0x02); //interrupt enable: FIFO almost full flag, new FIFO Data Ready,// ambient light cancellation overflow, power ready flag, // internal temperature ready flagmax30102_i2c_write(FIFO_WR_POINTER,0x00);max30102_i2c_write(FIFO_OV_COUNTER,0x00);max30102_i2c_write(FIFO_RD_POINTER,0x00); //clear the pointermax30102_i2c_write(FIFO_CONFIGURATION,0x0F); //FIFO configuration: sample averaging(1),FIFO rolls on full(0), FIFO almost full value(15 empty data samples when interrupt is issued) max30102_i2c_write(MODE_CONFIGURATION,0x03); //FIFO configuration:SpO2 modemax30102_i2c_write(SPO2_CONFIGURATION,0x26); //SpO2 configuration:ACD resolution:15.63pA,sample rate control:100Hz, LED pulse width:215 us max30102_i2c_write(LED1_PULSE_AMPLITUDE,0x2f);max30102_i2c_write(LED2_PULSE_AMPLITUDE,0x2f); //LED currentmax30102_i2c_write(TEMPERATURE_CONFIG,0x01); //temperturemax30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&data,1);max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS2,&data,1);//clear the flag
}
3.读取数据
采用轮询的方式,未用到引脚中断信号。用过中断引脚的信息,发现读出来的数据波形不太好,用10-15ms延时读取是比较好的。
void max30102_fifo_read(uint32_t *data)
{uint8_t receive_data[6],temp_data=0;max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&temp_data,1);while((temp_data&0x40)!=0x40){max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&temp_data,1);}max30102_i2c_read(FIFO_DATA,receive_data,6);data[0] = ((receive_data[0]<<16 | receive_data[1]<<8 | receive_data[2]) & 0x03ffff);data[1] = ((receive_data[3]<<16 | receive_data[4]<<8 | receive_data[5]) & 0x03ffff);
}
4.数据分析
max30102的灵敏度是很高的,手指未接近和接触后如下图。
红光和红外光两路信号,似乎红外光灵敏度更高一些。
PPG信号波形也是比较漂亮的。
四、存在的问题(已修正,详情在下一章)
- 每过若干个周期会出现莫名的噪声,原因未知,可能是硬件问题,又或者是读取数据方式出现了问题,待解决。
下一章将讨论心率、血氧的计算
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