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使用MAX30102和STM32F031K6保持您的氧气水平

更好的健康,更好的生活

Oximeter 5 Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

Oximeter 5 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

在您的解决方案中添加光学脉搏血氧仪技术,实现精确可靠的血氧饱和度监测。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Oximeter 5 Click 基于 MAX30102,这是一款来自 Maxim Integrated(现为 Analog Devices 一部分)的高灵敏度脉搏血氧仪和心率传感器。MAX30102 集成了红光和红外光 LED,具有 660nm 的红光和 880nm 的红外光波长,用于调制 LED 脉冲以进行血氧饱和度 (SpO2) 和心率测量。LED 脉冲宽度可以编程,以允许算法根据使用情况优化 SpO2 和 HR 的准确性和功耗。MAX30102 的 SpO2 子系统包含环境光消除 (ALC)、具有 18 位分辨率的连续时间过采样 sigma-delta ADC 和专有的离散时间滤波器。ALC 具有内部的跟踪/保持电路,用于消除环境

光并增加有效动态范围。MAX30102 还具有片上温度传感器,具有 0.0625°C 的固有分辨率,用于校准 SpO2 子系统的温度依赖性。MAX30102 不需要特定的上电顺序,但需要 1.8V 的电源电压才能正常工作。因此,使用了一个小型调节 LDO MAX8511,它从选择的 5V 或 3.3V mikroBUS™ 电源轨提供 1.8V 输出。此外,它可以通过软件关闭,待机电流为零,允许电源轨始终保持通电状态。Oximeter 5 Click 使用标准 I2C 2 线接口与 MCU 通信,最大时钟频率为 400kHz。它通过软件寄存器完全可调,数字输出数据存储在设备内的 32 深度 FIFO 中。由于传感器操作需要 1.8V 

的电源,该 Click board™ 还配备了 PCA9306 和 SN74LVC1T45 电压电平转换器。I2C 接口总线线连接到电压电平转换器,使该 Click board™ 能够与 3.3V 和 5V MCU 正常工作。此外,它使用 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚作为中断引脚,通知系统 MAX30102 已准备好运行。该 Click board™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这样,具有 3.3V 和 5V 功能的 MCU 都可以正确使用通信线路。然而,该 Click board™ 配备了包含易于使用的功能和示例代码的库,可以作为进一步开发的参考。

Oximeter 5 Click top side image
Oximeter 5 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 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
PA12
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Oximeter 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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

软件支持

库描述

该库包含 Oximeter 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • oximeter5_read_sensor_data - Oximeter 5 获取传感器数据功能。

  • oximeter5_get_oxygen_saturation - Oximeter 5 获取血氧饱和度功能。

  • oximeter5_read_temperature - Oximeter 5 读取温度功能。

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 main.c
 * @brief Oximeter5 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for Oximeter 5 Click driver.
 * The demo application reads and calculate 
 * SpO2 oxygen saturation data.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes I2C driver and log UART.
 * After driver initialization the app set 
 * driver interface setup and  default settings,
 * buffer length of 100 stores 4 seconds of samples running at 25sps
 * read the first 100 samples, and determine the signal range.
 *
 * ## Application Task
 * This is an example that demonstrates the use of the Oximeter 5 Click board™.
 * In this example, display the IR and RED ADC data, 
 * and the SpO2 oxygen saturation data [ 0% - 100% ].
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 *
 * @note
 * A measurement time of at least 10 seconds is required 
 * for the SpO2 oxygen saturation data to be valid.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "oximeter5.h"

static oximeter5_t oximeter5;
static log_t logger;
static uint32_t aun_ir_buffer[ 100 ];
static uint32_t aun_red_buffer[ 100 ];
static uint32_t un_min, un_max, un_prev_data, un_brightness;
static float f_temp;
static uint8_t n_spo2;
  
void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;              /**< Logger config object. */
    oximeter5_cfg_t oximeter5_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.
    oximeter5_cfg_setup( &oximeter5_cfg );
    OXIMETER5_MAP_MIKROBUS( oximeter5_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == oximeter5_init( &oximeter5, &oximeter5_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 100 );
    
    if ( OXIMETER5_ERROR == oximeter5_default_cfg ( &oximeter5 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 100 ); 
    
    un_brightness = 0;
    un_min = 0x3FFFF;
    un_max = 0;
  
    for ( uint8_t n_cnt = 0; n_cnt < 100; n_cnt++ )
    {
        while ( oximeter5_check_interrupt( &oximeter5 ) == OXIMETER5_INTERRUPT_ACTIVE );
        
        oximeter5_read_sensor_data( &oximeter5, &aun_red_buffer[ n_cnt ], &aun_ir_buffer[ n_cnt ] );
    
        if ( un_min > aun_red_buffer[ n_cnt ] )
        {
            un_min = aun_red_buffer[ n_cnt ];
        }
    
        if ( un_max < aun_red_buffer[ n_cnt ] )
        {
            un_max = aun_red_buffer[ n_cnt ];
        }
    }

    oximeter5_get_oxygen_saturation( &aun_ir_buffer[ 0 ], 100, &aun_red_buffer[ 0 ], &n_spo2 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 ); 
}

void application_task ( void ) 
{
    for ( uint8_t n_cnt = 25; n_cnt < 100; n_cnt++ )
    {
        aun_red_buffer[ n_cnt - 25 ] = aun_red_buffer[ n_cnt ];
        aun_ir_buffer[ n_cnt - 25 ] = aun_ir_buffer[ n_cnt ];

        if ( un_min > aun_red_buffer[ n_cnt ] )
        {
            un_min = aun_red_buffer[ n_cnt ];
        }
      
        if ( un_max < aun_red_buffer[ n_cnt ] )
        {
            un_max=aun_red_buffer[n_cnt];
        }
    }

    for ( uint8_t n_cnt = 75; n_cnt < 100; n_cnt++ )
    {
        un_prev_data = aun_red_buffer[ n_cnt - 1 ];
        while ( oximeter5_check_interrupt( &oximeter5 ) == OXIMETER5_INTERRUPT_ACTIVE ); 

        oximeter5_read_sensor_data( &oximeter5, &aun_red_buffer[ n_cnt ], &aun_ir_buffer[ n_cnt ] );

        if ( aun_red_buffer[ n_cnt ] > un_prev_data )
        {
            f_temp = aun_red_buffer[ n_cnt ]-un_prev_data;
            f_temp /= ( un_max - un_min );
            f_temp *= MAX_BRIGHTNESS;
            f_temp = un_brightness - f_temp;
        
            if ( f_temp < 0 )
            {
                un_brightness = 0;
            }
            else
            {
                un_brightness = ( uint32_t ) f_temp;
            }
        }
        else
        {
            f_temp = un_prev_data - aun_red_buffer[ n_cnt ];
            f_temp /= ( un_max - un_min );
            f_temp *= MAX_BRIGHTNESS;
            un_brightness += ( uint32_t ) f_temp;
            
            if ( un_brightness > MAX_BRIGHTNESS )
            {
                un_brightness = MAX_BRIGHTNESS;
            }
        }
      
        if ( ( OXIMETER5_OK == oximeter5_get_oxygen_saturation( &aun_ir_buffer[ 0 ], 100, &aun_red_buffer[ 0 ], &n_spo2 ) ) )
        {
            if ( aun_ir_buffer[n_cnt] > 10000  ) 
            {
                log_printf( &logger, "\tIR    : %lu \r\n", aun_ir_buffer[ n_cnt ] );
                log_printf( &logger, "\tRED   : %lu \r\n", aun_red_buffer[ n_cnt ] ); 
                log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
                log_printf( &logger, "\tSPO2  : %d %%\r\n", ( uint16_t ) n_spo2 );
                log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
                Delay_ms ( 100 );       
            }
            else
            {
                Delay_ms ( 10 );      
            }
        }
    }
}

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

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