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用SFH 7060和STM32F410RB聆听您的心跳故事

您的心跳,您的指南

Heart Rate 9 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Heart Rate 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

通过我们的先进传感技术升级您的解决方案的心率监测功能 - 设计用于提供准确且一致的读数。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Heart Rate 9 Click 基于 ams OSRAM 的 SFH 7060,这是一款心率和脉搏血氧监测传感器。它利用相位分割复用技术同时测量多个信号,完全消除串扰。这种技术使用了 Microchip 的 PIC16F1779 MCU 的集成核心独立外围设备 (CIPs)。CIPs 使您能够实现低噪声反射式心率监测设计,其物料清单成本显著低于传统设计。此 Heart Rate 9 Click 板引入了 Microchip 的专有方法(以下简称“专有方法”),该方法通过伪随机二进制序列生成和相位分割复用来测量身体中的多个信号。该专有方法使用一种特殊的编码/解码方案,允许多个发光二极管(LED)同时发光,并通过单个光电二极管在接收侧调节每个光的组合光。当血液通过毛细血管时,毛细血管会扩张和扩张。其光反射指数相应地变化。这是光电容积描记图(PPM)的基础,PPM 是用于测量器官体积的方法,在这种情况下是血管。心率信号是根据 PD 元件

感应到的反射绿光的变化计算的。通过将食指放在光学传感器上,Heart Rate 6 Click 可以提供心率监测 (HRM) 读数。通过测量红色/红外光谱部分的光吸收,可以确定血液中的氧饱和度。氧饱和血液吸收更多的红光而较少吸收红外光,而不饱和血液则相反。这个事实可以用来确定血液的氧饱和度。外周毛细血管氧饱和度 (SpO2) 的百分比在健康成人中范围为 95% 到 100%。在多信号源系统(例如脉搏血氧仪中的 LED)中,每个 LED 必须共享相同的光电二极管。经典解决方案是依次打开每个光源,然后依次进行测量。每个光源都有自己的时间片,光电二极管可以在该时间片内进行测量。这种方法称为时分复用 (TDM)。同样的原理也适用于基于 TDMA 的蜂窝系统。TDM 方法的缺点是,增加更多光源的同时保持数据处理程序不变,会导致从每个源获取测量所需的时间增加。Microchip 的专有方法使用一种称为最大长

度 (ML) 序列的已知概念,这是一种伪随机二进制序列,用于生成黄金码或参考序列。然后使用相位分割复用 (PDM) 对该参考序列进行相位移,以驱动多个 LED。经过身体部位后,这些 LED 的光幅度由光电晶体管或光电二极管检测,并通过模数转换器 (ADC) 数字化。数字化的 ADC 光幅值与每个 LED 的驱动序列重新相关联。扩频技术以其噪声减轻特性和通过相同介质传递多个信号而不互相干扰的能力而闻名。因此,可以在没有相互干扰的情况下,基本上同时执行每个光吸收的测量。ams OSRAM 生产的 SFH7060 在反射封装中集成了三个绿色、一个红色、一个红外发射器和一个光电二极管。反射光传感方法在开发小型可穿戴生物传感器(如智能手表或活动追踪腕带背面的绿色光传感器)方面越来越受欢迎。

Heart Rate 9 Click top side image
Heart Rate 9 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Heart Rate 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 front image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
EEPROM 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU 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

此库包含 Heart Rate 9 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • heartrate9_generic_write - 心率 9 数据写入功能

  • heartrate9_generic_read - 心率 9 数据读取功能

  • heartrate9_set_rst - 设置 rst 引脚状态

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 9 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example reads and processes data from Heart Rate 9 clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver and wake-up module.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the received data and logs it.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void heartrate9_clear_app_buf ( void ) - Function clears memory of app_buf.
 * - static err_t heartrate9_process ( void ) - The general process of collecting data the module sends.
 *
 * @note
 * Data structure is:
 *  > AA;BB;CC;DD;EE; <
 * 
 *  > AA -> Data header.
 *  > BB -> Red diode.
 *  > CC -> IR diode.
 *  > DD -> Green diode.
 *  > EE -> BPM.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "heartrate9.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 200

static heartrate9_t heartrate9;
static log_t logger;

static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static int32_t app_buf_cnt = 0;

/**
 * @brief Heart Rate 9 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset it's length and counter.
 * @note None.
 */
static void heartrate9_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief Heart Rate 9 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer.
 *
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 *         @li @c -2 - Application buffer overflow.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t heartrate9_process ( void );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    heartrate9_cfg_t heartrate9_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 );

    // Click initialization.
    heartrate9_cfg_setup( &heartrate9_cfg );
    HEARTRATE9_MAP_MIKROBUS( heartrate9_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = heartrate9_init( &heartrate9, &heartrate9_cfg );
    if ( init_flag == UART_ERROR ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
}

void application_task ( void )
{
   heartrate9_process();

    if ( app_buf_len > 0 )
    {
        log_printf( &logger, "%s", app_buf );
        heartrate9_clear_app_buf(  );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

static void heartrate9_clear_app_buf ( void )
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
}

static err_t heartrate9_process ( void )
{
    int32_t rx_size;
    char rx_buff[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };

    rx_size = heartrate9_generic_read( &heartrate9, rx_buff, PROCESS_BUFFER_SIZE );

    if ( rx_size > 0 )
    {
        int32_t buf_cnt = 0;

        if ( app_buf_len + rx_size >= PROCESS_BUFFER_SIZE )
        {
           heartrate9_clear_app_buf(  );
            return -2;
        }
        else
        {
            buf_cnt = app_buf_len;
            app_buf_len += rx_size;
        }

        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ )
        {
            if ( rx_buff[ rx_cnt ] != 0 )
            {
                app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buff[ rx_cnt ];
            }
            else
            {
                app_buf_len--;
            }

        }
        return 0;
    }
    return -1;
}

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

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