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使用MAX30102和STM32G431RB保持您的氧气水平

更好的健康,更好的生活

Oximeter 5 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Oximeter 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

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-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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!”

Click board™ 原理图

Oximeter 5 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 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 Compiler Selection Step Image 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

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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