初学者
10 分钟

基于SFH7050和STM32G071RB的全面心脏监测

您的心脏,实时监测

Heart Rate 3 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Heart Rate 3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

开发通过手指尖进行脉搏血氧和心率读数的算法。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Heart Rate 3 Click 基于ams OSRAM的SFH7050,这是一个脉搏血氧和心率传感器。这个多芯片封装由三个发射器和一个探测器组成,有一个光障碍层用来阻止LED与探测器之间的串扰。这些发射器是指向测量对象(人类皮肤,手指)的绿色、红色和红外LED。绿色LED通常用于测量血管的扩张。由于富氧和贫氧血液对红色和红外LED光的吸收不同,因此SFH7050包含这两种LED。每个LED的峰值波长不同,但所有三个LED的半角相同,±60°。作为探测器,通过一个隔离屏障,光电二极管检测返回的光强度。如前所述,这个Click board™使用三个LED和一个光电二极管来检测返回的光强度,此外,它还包含了德州仪器的AFE4404,这是一个集成的用于光学心率监测和生物感测的模拟前端(AFE)。AFE4404包括三个LED的6

位可编程LED电流和每个LED及环境相位的TIA(跨阻放大器)输入处的单独直流偏移减法DAC,以提高传感器的精确度并消除信号噪声。还有一种方法可以在发送到BPM算法之前平均光电二极管的24位输出,以更好地取消噪声。Heart Rate 3 Click通过AFE4404上的I2C接口与主MCU通信,通过mikroBUS™插座。每当所有三个LED完成采样和转换,就会通过RDY引脚触发中断,从而避免主MCU不断轮询传感器以获取数据。当PRF(脉冲重复频率)周期结束时,此引脚被设置为高逻辑电平,允许读取四个输出数据寄存器。PRF可在每秒10到1000样本之间变化。时钟输入可以通过CLK引脚选择,因为AFE4404可以内部或外部供时钟。输入时钟可高达60MHz,但IC的内部分频器必须设置,使时钟保持在4MHz到6MHz的范围

内。当由内部时钟驱动时,设备运行在4MHz。默认情况下选择外部时钟输入。用户可以通过R5和R6电阻选择其中一个时钟选项(R5用于外部时钟模式,R6用于内部振荡器模式)。上电序列后,AFE需要复位。mikroBUS™插座的RST引脚允许主MCU复位AFE。将此引脚拉低超过200微秒会将设备置于掉电模式。AFE也可以通过I2C接口通过设置适当寄存器中的位进行复位。这个Click board™只能在3.3V逻辑电压水平下操作。使用不同逻辑电平的MCU之前,必须执行适当的逻辑电压水平转换。然而,Click board™配备了一个包含函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。虽然Heart Rate 3 Click只支持3.3V逻辑电平,但板载LED SUP跳线允许您将驱动SFH7050 LED的电压设置为3.3V或5V。

Heart Rate 3 Click top side image
Heart Rate 3 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
External Clock Mode
PC8
PWM
Ready Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Heart Rate 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G071RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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

这个库包含了Heart Rate 3 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • heartrate3_check_data_ready - 用于检查数据就绪标志的函数

  • heartrate3_write_data - 用于将32位数据写入寄存器的函数

  • heartrate3_read_24bit - 用于从寄存器读取24位值的函数

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 
 * \brief HeartRate3 Click example
 * 
 * # Description
 * The demo application shows reflected red, green and ir values.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initalizes click driver, resets the device, applies default settings
 * and makes an initial log.
 * 
 * ## Application Task  
 * This example demonstrates the use of Heart rate 3 board. It is set in default
 * mode, and reads reflected red, green and ir values and displays the results 
 * on USART terminal.
 * 
 * @note
 * We recommend using the SerialPlot tool for data visualizing.
 * 
 * \author Jovan Stajkovic
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "heartrate3.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static heartrate3_t heartrate3;
static log_t logger;

static uint32_t led_2;
static uint32_t aled_2;
static uint32_t led_1;
static uint32_t aled_1;
static uint32_t led_2_aled_2;
static uint32_t led_1_aled_1;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    heartrate3_cfg_t heartrate3_cfg;

    /** 
     * 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.
    heartrate3_cfg_setup( &heartrate3_cfg );
    HEARTRATE3_MAP_MIKROBUS( heartrate3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == heartrate3_init( &heartrate3, &heartrate3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, "----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "  Heart rate 3 Click  \r\n" );
    log_printf( &logger, "----------------------\r\n" );
    
    if ( HEARTRATE3_ERROR == heartrate3_default_cfg ( &heartrate3 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, "     Initialised!     \r\n" );
    log_printf( &logger, "----------------------\r\n" );    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    err_t error_flag = HEARTRATE3_OK;
    if ( heartrate3_check_data_ready ( &heartrate3 ) )
    {
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_LED2VAL, &led_2 );
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_ALED2VAL, &aled_2 );
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_LED1VAL, &led_1 );
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_ALED1VAL, &aled_1 );
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_LED2_ALED2VAL, &led_2_aled_2 );
        error_flag |= heartrate3_read_24bit( &heartrate3, HEARTRATE3_REG_LED1_ALED1VAL, &led_1_aled_1 );
        if ( HEARTRATE3_OK == error_flag )
        {
            log_printf( &logger, "%lu;%lu;%lu;%lu;%lu;%lu;\r\n", 
                        led_2, aled_2, led_1, aled_1, led_2_aled_2, led_1_aled_1 );
        }
    }
}

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

喜欢这个项目吗?

'购买此套件' 按钮会直接带您进入购物车,您可以在购物车中轻松添加或移除产品。