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个性化氧气追踪与 VCNL4020C 和 STM32F410RB

通过每日洞察过更健康的生活

Oximeter 3 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Oximeter 3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

通过创新的光学脉搏血氧技术升级您的解决方案的健康监测能力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Oximeter 3 Click基于Vishay Semiconductor的VCNL4020C-GS08,这是一个具有I2C接口的完全集成的生物传感器和环境光传感器。VCNL4020C-GS08传感器在单个封装中具有内置的红外发射器和信号处理IC,配备16位ADC。它还具有具有接近人眼灵敏度的环境光PIN光电二极管,通过信号调制具有出色的环境光抑制能力。对于生物传感器功能,它将PIN光电二极管的电流转换为16位数字数据输出值,而对于环境光感应,它将环境光检测器的电流转换,放大并将其转换为16位数字输出流。集成的红外发射器的波峰波长为890nm。它发出的光线反射到传感器附近20cm范围内的物体上,并且具有可编程的驱动电流,从10mA到

200mA,步进为10mA。内置的红外发射器和更广泛的灵敏度光电二极管还可以与此Click板™上设计的额外的绿色LED和IRLED一起工作。作为附加光源,真绿色LED(VLMTG1300)具有525nm波峰波长,与660nm和940nm波峰波长的红外双色发光二极管(VSMD66694)一起非常适合用于光学脉搏血氧测量。PIN光电二极管接收到反射到物体上的光线并将其转换为电流。它具有890nm的波峰灵敏度,与发射器的波峰波长匹配,并且不受环境光的影响。VCNL4020C还提供环境光感应,以支持传统背光和显示亮度自动调节。环境光传感器接收可见光并将其转换为电流,其波峰灵敏度为540nm,带宽为430nm至

610nm。Oximeter 3 Click使用标准I2C 2线接口与MCU通信,具有固定地址,与所有I2C模式(标准、快速和高速)兼容。它可以轻松访问生物传感器信号和光强度测量,无需复杂的计算或编程。它还生成可编程中断信号,路由到mikroBUS™的INT引脚,当发生接近事件或环境光变化时,MCU可以使用唤醒功能,从而通过消除连续轮询来减少处理开销。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平运行。这样,3.3V和5V能力的MCU都可以正确使用通信线。不过,该Click板™配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Oximeter 3 Click top side image
Oximeter 3 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
NC
NC
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
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!”

原理图

Oximeter 3 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Oximeter 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • oximeter3_generic_write - 向寄存器地址写入数据的函数。

  • oximeter3_generic_read - 从寄存器地址读取数据的函数。

  • oximeter3_read_value - 从传感器读取值的函数。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * \file 
 * \brief Oximeter3 Click example
 * 
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Oximeter 3 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver, checks the device ID then configures the device for the selected mode.
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the selected mode it reads heart rate data (OXIMETER3_HEART_RATE mode) or
 * values of proximity and ambient light sensor (OXIMETER3_PROX or OXIMETER3_ALS modes).
 * All data is being logged on USB UART where you can track their changes.
 * 
 * @note
 * In the case of heart rate, please use a Serial Plot application for data plotting.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "oximeter3.h"

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

static oximeter3_t oximeter3;
static log_t logger;

uint8_t dev_mode = 0;
uint16_t rd_val = 0;
uint16_t counter = 2500;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    oximeter3_cfg_t cfg;

    uint8_t dev_status;

    /** 
     * 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.

    oximeter3_cfg_setup( &cfg );
    OXIMETER3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    oximeter3_init( &oximeter3, &cfg );

    dev_status = oximeter3_generic_read( &oximeter3, OXIMETER3_REG_PRODUCT_ID );
    
    if ( dev_status != OXIMETER3_ID_VAL )
    {
        log_printf( &logger, " *****  ERROR!  ***** \r\n" );
        for ( ; ; );
    }

    dev_mode = OXIMETER3_HEART_RATE;
    
    oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_COMMAND,
                                         OXIMETER3_CMD_MEASUREMENT_DISABLE );
    
    oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_INTERRUPT_CTRL,
                                         OXIMETER3_INT_STATUS_PROX );
    
    if ( OXIMETER3_HEART_RATE == dev_mode )
    {
        oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_LED_CURRENT, 
                                             OXIMETER3_LED_CURR_MID );
        oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_PROX_MODULATOR_TIMING,
                                             OXIMETER3_PROX_TIMING_FREQ_390p625_KHZ );
    }
    else
    {
        oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_LED_CURRENT, 
                                             OXIMETER3_LED_CURR_MIN );
        oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_PROX_MODULATOR_TIMING,
                                             OXIMETER3_PROX_TIMING_FREQ_3p125_MHZ );
    }
    
    oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_PROX_RATE,
                                         OXIMETER3_PROX_RATE_250_MPS );

    oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_COMMAND,
                                         OXIMETER3_CMD_MEASUREMENT_ENABLE |
                                         OXIMETER3_CMD_PROX_PERIODIC_MEASUREMENT_ENABLE |
                                         OXIMETER3_CMD_ALS_PERIODIC_MEASUREMENT_ENABLE );

    log_printf( &logger, " ***** APP TASK ***** \r\n" );
}

void application_task ( void )
{
    if ( OXIMETER3_HEART_RATE == dev_mode )
    {
        if( !oximeter3_get_int_status( &oximeter3 ) )
        {
            rd_val = oximeter3_read_value( &oximeter3, OXIMETER3_PROX );
            oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_INTERRUPT_STATUS, 
                                                 OXIMETER3_INT_STATUS_PROX );
            
            counter++;
            if ( rd_val > 10000 )
            {
                log_printf( &logger, "%u\r\n", rd_val );
                counter = 2500;
            }
            else if ( counter > 2500 )
            {
                log_printf( &logger, "Please place your index finger on the sensor.\r\n" );
                counter = 0;
            }
        }
    }
    else if ( OXIMETER3_PROX == dev_mode || OXIMETER3_ALS == dev_mode )
    {
        if( !oximeter3_get_int_status( &oximeter3 ) )
        {
            rd_val = oximeter3_read_value( &oximeter3, OXIMETER3_PROX );
            oximeter3_generic_write( &oximeter3, OXIMETER3_REG_INTERRUPT_STATUS, 
                                                 OXIMETER3_INT_STATUS_PROX );
            
            log_printf( &logger, " * Proximity: %u \r\n", rd_val );
        
            rd_val = oximeter3_read_value( &oximeter3, OXIMETER3_ALS );
            log_printf( &logger, " * ALS: %u \r\n", rd_val );
            
            log_printf( &logger, "******************** \r\n" );
            
            Delay_ms( 500 );
        }
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

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资源

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