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20 分钟

使用 SFH 7074 和 STM32F107VC 高精度监测心率和生命体征

用于心率和生命体征监测的生物监测传感解决方案

Heart Rate 13 Click with Fusion for ARM v8

已发布 2月 26, 2025

点击板

Heart Rate 13 Click

开发板

Fusion for ARM v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F107VC

实时心率和生命体征监测,非常适用于可穿戴设备、物联网项目和医疗应用

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Heart Rate 13 Click 基于 ams OSRAM 的 SFH 7074,这是一款高性能生物监测传感器,专为精确可靠的生命体征监测而设计。该传感器针对光电容积脉搏波(PPG)应用进行了优化,能够提供强大且精确的光学信号,同时通过集成光屏障将光学串扰的影响降至最低。此外,SFH 7074 符合严格的 ESD 保护标准(符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 HBM 1.5 kV),确保其在各种工作环境中的稳健性。由于其先进的设计,该传感器广泛用于数字诊断应用,如可穿戴设备、健身追踪器和医疗诊断设备,可实现准确的心率、血氧饱和度等生物特征测量。Heart Rate 13 Click 集成了 Analog Devices 的 ADPD1080,这是一款光度前端,确保最佳信号处理和高测量精度。该前

端专用于处理 SFH 7074 接收的光学信号,包含 14 位模数转换器(ADC)和 20 位突发累加器,可对检测到的生物数据进行精确数字转换。ADPD1080 控制传感器的发光二极管(LED),通过刺激并捕获反射光信号来生成精确读数。该光学前端的关键优势在于其内置信号处理能力,无需外部光学滤波器或直流偏移消除电路。它能抑制信号偏移并减少由环境光源调制干扰引起的信号损坏,确保生物测量数据的稳定性和可靠性。该 Click 板通过 ADPD1080 的标准 I2C 接口与主 MCU 进行通信,工作电压为 1.8V。此外,它还配备了两个通用 I/O 引脚(IO0 和 IO1),连接至默认 mikroBUS™ 插座的 PWM 和 INT 位置,可用作中断源,并提供多种时钟选项,使其在应用设计和

不同处理平台的集成上具有更大的灵活性。SFH 7074 采用 3.3V 供电,不需要特定的上电顺序。然而,ADPD1080 光度前端的模拟和数字核心需要 1.8V 供电才能正常运行。为满足这一要求,Heart Rate 13 Click 集成了一款低压差(LDO)稳压器 BH18PB1WHFV,将 3.3V mikroBUS™ 电源轨转换为稳定的 1.8V 供电,以确保 ADPD1080 的正常运行。该 Click 板仅支持 3.3V 逻辑电压,在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的电压电平转换。此外,该 Click 板配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Heart Rate 13 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for ARM v8 是一款专为快速开发嵌入式应用而设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如各种 ARM® Cortex®-M 基础 MCU,不论其引脚数量,并具有一系列独特功能,例如首次通过 WiFi 的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,确保最终用户在一个地方可以找到所有必需的元素,如开关、按钮、指示器、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for ARM v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方都能访问。Fusion 

for ARM v8 开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成 CODEGRIP  程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对 JTAG、SWD 和 SWO Trace(单线输出)的支持,并与 Mikroe 软件环境无缝集成。此外,它还包括一个为开发板提供的干净且调节过的电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部 12V 电源供应,以及通过 USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项包括 USB-UART、USB 

HOST/DEVICE、CAN(如果 MCU 卡支持的话)和 以太网。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™ 标准、为 MCU 卡提供的标准化插座(SiBRAIN 标准),以及两种显示选项,用于 TFT 板线产品和基于字符的 LCD。Fusion for ARM v8 是 Mikroe 快速开发生态系统的一个重要组成部分,由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for ARM v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

256

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

100

RAM (字节)

65536

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PD14
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
General-Purpose I/O 0
PC9
PWM
General-Purpose I/O 1
PD7
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Heart Rate 13 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for ARM v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

Heart Rate 13 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示如何使用 Heart Rate 13 Click 读取和显示 PPG(光体积脉搏波)测量数据,并在 SerialPlot 应用程序 上进行可视化。

关键功能:

  • heartrate13_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • heartrate13_init - 初始化函数。

  • heartrate13_default_cfg - Click 默认配置函数。

  • heartrate13_get_pd_data - 等待数据就绪中断,然后从 PD1、PD2 和 PD3 光电二极管 读取数据。

  • heartrate13_set_mode - 设置设备的工作模式。

  • heartrate13_sw_reset - 执行设备的软件复位。

应用初始化
初始化驱动程序,并执行 Click 板™ 的默认配置 以进行心率测量。

应用任务
等待数据就绪中断,然后读取 PPG 测量数据,并在 USB UART(SerialPlot) 上显示。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Heart Rate 13 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Heart Rate 13 Click board by reading and displaying
 * the PPG measurements which can be visualized on the SerialPlot application.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration for heart rate measurement.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for the data ready interrupt, then reads the PPG measurements and displays it on the
 * USB UART (SerialPlot).
 *
 * @note
 * We recommend using the SerialPlot tool for data visualizing.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "heartrate13.h"

static heartrate13_t heartrate13;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    heartrate13_cfg_t heartrate13_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    heartrate13_cfg_setup( &heartrate13_cfg );
    HEARTRATE13_MAP_MIKROBUS( heartrate13_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == heartrate13_init( &heartrate13, &heartrate13_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( HEARTRATE13_ERROR == heartrate13_default_cfg ( &heartrate13 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    heartrate13_pd_data_t pd_data;
    if ( HEARTRATE13_OK == heartrate13_get_pd_data ( &heartrate13, &pd_data ) )
    {
        log_printf ( &logger, "%u\r\n", pd_data.pd3 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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