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30 分钟

使用ADPD105和STM32F103RB立即检查您的血氧饱和度

您的健康,触手可及

Oximeter Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Oximeter Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

使用最先进的光脉搏血氧监测和健康监测技术,将您的解决方案提升到一个新的水平。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Oximeter Click 基于 Analog Devices 的 ADPD105,这是一款高度可配置的光度前端 (AFE) 设备。该 IC 具有三个共阴 LED 驱动器和四个 AFE 输入通道,可连接光电二极管 (PD) 元件。IC 具有八个 PD 输入,可以根据需要路由到 AFE 输入通道。通过 I2C 接口可以编程三种可能的 PD 配置设置。Oximeter Click 使用两种适合测量血液中氧饱和度的 LED:红色 LED 和红外 LED。此外,单个 PD 元件用于感应反射光。然而,此 Click 提供了侧边的连接器,允许连接额外的 LED/PD 元件,扩展了 Click board™ 的可用性。标记为 J1 到 J3 的跳线用于完全断开板载光电元件,使这些线路可以与外部光电元件一起使用。PD 的电流通过模拟模块传递。模拟模块包含四个 AFE 信号调理部分,使用跨阻放大器 (TIA) 进行可编程增益、带通滤波器和积分器处理输入电流,减少外部因素(如环境光等)的影响。模拟模块与 14 位 ADC 耦合,最后是数字数据路径和控制模块,用于管理所有内部路由并在 I2C 接口上提供数据。该设备的主要工作原理基于驱动 LED 元件并通过光传感器测量响应。两个时

间槽连续执行,每个时间槽都有其路径,使用独立的 LED 驱动、AFE 设置和数据采集设置。在每个时间槽期间,配置的 LED(或一个 LED)以可编程的幅度、持续时间和脉冲数进行脉冲。PD 感应间隔与 LED 脉冲重合,排除环境光和其他外部影响。每个 LED 脉冲响应由 14 位 ADC 转换,并由 AFE 积分器块积分。在一个采样周期内最多可以积分 255 个脉冲响应,提供 20 位的最大范围。进行测量时,正确偏移 AFE 积分非常重要:如果 AFE 积分窗口偏移不正确,或其大小太小或太大,LED 脉冲将被完全跳过,或过多的噪声将影响积分。理想情况下,AFE 积分窗口应捕捉与其位置和大小匹配的 LED 脉冲。ADPD105 设备的数据手册描述了如何正确设置 AFE 积分窗口的方法,尤其是在与自定义 LED 和 PD 一起使用时。Click board™ 上的时间槽功能和两种不同的 LED/PD 设置用于顺序提供两个测量值 - 一个用于红色 LED,一个用于红外 LED。通过比较这两个测量值,可以确定血氧饱和度。测量后,数据可以直接在寄存器中获取,或存储在 128 字节的 FIFO 内存缓冲区中。当 

FIFO 缓冲区超过编程阈值时,中断事件可以提醒主 MCU。两个时间槽都可以将其数据存储在 FIFO 缓冲区中。两个 GPIO (I/O) 引脚可以配置为多种方式:它们可以设置为具有可编程极性、驱动模式(开漏、推挽)和功能的中断。它们可以作为中断输出,或设置为输出 32kHz 时钟,接受外部时钟,采样同步脉冲等。这些引脚非常适合 ADPD105 IC 自身的可编程概念,提供了 Click board™ 的扩展功能。IO0 和 IO1 引脚分别连接到 mikroBUS™ 的 PWM 引脚和 mikroBUS™ 的 INT 引脚。通过关闭所有未使用的通道,可以进一步减少低功耗消耗。这将释放资源并减少功耗。IC 需要 1.8V 才能正常工作。因此,一个小型稳压 LDO 将 3.3V mikroBUS™ 电源轨转换为 1.8V。有关寄存器及其设置的更多信息,请参阅 ADPD105 IC 数据手册。然而,包含的库包含允许轻松配置和使用 Oximeter Click 的功能。包含的示例应用程序演示了其功能,可以作为自定义设计的参考。

Oximeter Click top side image
Oximeter Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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 STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

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
General-Purpose I/O
PC8
PWM
General-Purpose I/O
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Oximeter 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 STM32F103RB 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

该库包含用于 Oximeter Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • oxim_write_reg - 向寄存器写入 16 位数据的功能

  • oxim_set_time_slotA - 配置此插槽并启用中断的功能

  • oxim_enable_channels - 确定启用哪个通道/哪些通道的功能

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 Oximeter Click example
 * 
 * # Description
 * This application collects data from the sensor, calculates it and then logs
 * the result.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver and performs the device configuration which puts Time Slot A
 * in enabled mode and LEDX2 (IR diode) to active state.  Before the device configuration, the
 * SW reset will be performed and in this way we will put the registers in initial state.
 * 
 * ## Application Task  
 * Logs PD1-PD4 data on USB UART
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "oximeter.h"

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

static oximeter_t oximeter;
static log_t logger;

static uint32_t res_slot[ 100 ] = { 0 };

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

void oximeter_write_res ( uint32_t data_write )
{
    log_printf( &logger, "%u\r\n", data_write );
}

void oximeter_plot ( uint32_t buff1, uint32_t buff2 )
{
    log_printf( &logger, "%u, %u\r\n", buff1, buff2 );
}

void oximeter_plot_display ( void )
{
    uint8_t num_sampl = 0;
    oximeter_enable_t main_enable;
    res_slot[ 1 ] = 0;
    res_slot[ 2 ] = 0;

    for ( num_sampl = 0; num_sampl < 10; num_sampl++ )
    {
        oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_PROGRAM_OP_MODE );

        main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
        main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
        main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX1_EN;

        oximeter_set_time_slot_b( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

        main_enable.enable_slot = OXIMETER_EN_SLOT;
        main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
        main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX2_EN;

        oximeter_set_time_slot_a( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

        oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_NORMAL_OP_MODE );

        oximeter_read_data( &oximeter, &res_slot[ 0 ], OXIMETER_AVERAGE_RES_MODE );
        res_slot[ 1 ] += res_slot[ 0 ];

        oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_PROGRAM_OP_MODE );

        main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
        main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
        main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX2_EN;

        oximeter_set_time_slot_a( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

        main_enable.enable_slot = OXIMETER_EN_SLOT;
        main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
        main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX1_EN;

        oximeter_set_time_slot_b( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );
        oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_NORMAL_OP_MODE );

        oximeter_read_data( &oximeter, &res_slot[ 0 ], OXIMETER_AVERAGE_RES_MODE );
        res_slot[ 2 ] += res_slot[ 0 ];
    }

    res_slot[ 1 ] /= 10;
    res_slot[ 2 ] /= 10;
    oximeter_plot( res_slot[ 1 ], res_slot[ 2 ] );
}

void oximeter_uart_display ( void )
{
    uint8_t num_sampl = 0;
    oximeter_enable_t main_enable;
    uint8_t temp_cnt = 0;
    uint32_t tmp_data = 0;
    uint32_t res_slot_b[ 100 ] = { 0 };
    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_PROGRAM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX1_EN;

    oximeter_set_time_slot_b( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_EN_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX2_EN;

    oximeter_set_time_slot_a( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );
    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_NORMAL_OP_MODE );

    for ( num_sampl = 0; num_sampl < 100; num_sampl++ )
    {
        oximeter_read_data( &oximeter, &tmp_data, OXIMETER_AVERAGE_RES_MODE );
        res_slot[ num_sampl ] = tmp_data;
    }
    Delay_ms ( 300 );

    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_PROGRAM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX2_EN;

    oximeter_set_time_slot_a( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_EN_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX1_EN;

    oximeter_set_time_slot_b( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );
    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_NORMAL_OP_MODE );
    for ( num_sampl = 0; num_sampl < 100; num_sampl++ )
    {
        oximeter_read_data( &oximeter, &tmp_data, OXIMETER_AVERAGE_RES_MODE );
        res_slot_b[ num_sampl ] = tmp_data;
    }
    Delay_ms ( 300 );

    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_PROGRAM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX1_EN;

    oximeter_set_time_slot_b( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );

    main_enable.enable_slot = OXIMETER_DIS_SLOT;
    main_enable.enable_photodiode = OXIMETER_PD1_PD2_PD3_PD4_CONN;
    main_enable.enable_led = OXIMETER_LEDX2_EN;

    oximeter_set_time_slot_a( &oximeter, &main_enable, OXIMETER_SLOT_NORM_OP_MODE );
    oximeter_set_mode( &oximeter, OXIMETER_DEV_NORMAL_OP_MODE );

    for ( num_sampl = 0; num_sampl < 100; num_sampl++ )
    {
        temp_cnt = 0;
        while ( res_slot[ num_sampl ] >= 100 )
        {
            log_printf( &logger, "." );
            temp_cnt++;
            res_slot[ num_sampl ] -= 100;
        }
        while ( temp_cnt <= 35 )
        {
            log_printf( &logger, "_" );
            temp_cnt++;
        }
        log_printf( &logger, "|||" );

        temp_cnt = 0;
        while ( res_slot_b[ num_sampl ] >= 100 )
        {
            log_printf( &logger, "." );
            temp_cnt++;
            res_slot_b[ num_sampl ] -= 100;
        }
        while ( temp_cnt <= 35 )
        {
            log_printf( &logger, "_" );
            temp_cnt++;
        }
        log_printf( &logger, "\r\n" );

        Delay_ms ( 10 );
    }
}

void oximeter_logs_results( void )
{
    oximeter_read_data( &oximeter, &res_slot[ 0 ], OXIMETER_AVERAGE_RES_MODE );

    if ( oximeter.result_mode_check == 0 )
    {
        log_printf( &logger, "Average result is: \r\n" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "Sum result is: \r\n" );
    }

    switch ( oximeter.enabled_chann )
    {
        case OXIMETER_CH1_EN:
        {
            log_printf( &logger, "PD1: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 0 ] );
            break;
        }
        case OXIMETER_CH2_EN:
        {
            log_printf(&logger, "PD2: ");
            oximeter_write_res( res_slot[ 1 ] );
            break;
        }
        case OXIMETER_CH1_CH2_EN:
        {
            log_printf( &logger, "PD1: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 0 ] );
            log_printf( &logger, "PD2: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 1 ] );
            break;
        }
        case OXIMETER_CH3_CH4_EN:
        {
            log_printf( &logger, "PD3: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 2 ] );
            log_printf( &logger, "PD4: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 3 ] );
            break;
        }
        case OXIMETER_CH2_CH3_CH4_EN:
        {
            log_printf( &logger, "PD2: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 1 ] );
            log_printf( &logger, "PD3: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 2 ] );
            log_printf( &logger, "PD4: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 3 ] );
            break;
        }
        case OXIMETER_ALL_CHANN_EN:
        {
            log_printf( &logger, "PD1: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 0 ] );
            log_printf( &logger, "PD2: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 1 ] );
            log_printf( &logger, "PD3: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 2 ] );
            log_printf( &logger, "PD4: " );
            oximeter_write_res( res_slot[ 3 ]);
            break;
        }
        default:
        {
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n" );

    Delay_ms ( 300 );
}
// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    oximeter_cfg_t 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.
    oximeter_cfg_setup( &cfg );
    OXIMETER_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    oximeter_init( &oximeter, &cfg );
    oximeter_default_cfg( &oximeter );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    oximeter_logs_results( );
}

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

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