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使用MAXM8616和STM32G431RB提供实时的心血管健康洞察

解锁您的心脏秘密

Heart Rate 2 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Heart Rate 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

利用我们直观的心率监测解决方案,掌控您的心脏健康。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Heart Rate 2 Click 基于 MAXM86161,这是一款来自 Analog Devices 的完整、集成的光学数据采集系统,非常适用于光学脉搏血氧和心率检测应用。它包括一个单一的光学读出通道和用于调制 LED 脉冲以进行各种光学测量的电流 LED 驱动 DAC。LED 电流 DAC 具有 8 位的动态范围,有四个可编程的全量程范围,分别为 31mA、62mA、94mA 和 124mA。LED 驱动器是低压降电流源,允许在尽可能低的供电电压下提供低噪声、与电源无关的 LED 电流,从而最小化 LED 的功耗。LED 脉冲宽度可以从 14.8μs 到 117.3μs 进行编程,以便算法可以在由应用程序决定的最低动态功耗下优化 SpO2 和 HR 的准确性。基于 MAXM86161 的光学子系统 Heart Rate 2 Click 包

括环境光消除 (ALC)、连续时间 sigma-delta ADC 和专有的离散时间滤波器。ALC 包括一种专有方案,用于取消环境光产生的光电二极管电流,从而使传感器能够在高环境光条件下工作。光学 ADC 的可编程全量程范围为 4μA 到 32μA。内部 ADC 是一个连续时间、过采样 sigma-delta 转换器,具有 19 位的分辨率。ADC 输出数据速率可从 8sps (每秒采样数) 到 4096sps 进行编程。MAXM86161 包括一个专有的离散时间滤波器,用于拒绝 50Hz/60Hz 的干扰并从传感器测量中消除剩余的环境光。传感器还包括光学近距离功能,当传感器与皮肤无接触时,可以显著减少能耗并延长电池寿命。在没有反射信号的情况下,将 MAXM86161 的功耗降至最低。还旨

在将发射的光线降至最低甚至低于人眼感知的水平。原生的 delta-sigma ADC 线性度非常好。然而,子范围 DAC 使用一种一元体系结构,DAC 单元电流源与 ADC 参考电流之间存在一些不匹配。当子 DAC 代码转换时,这种不匹配会导致一些转移函数的非线性 (XNL) 错误。因此,子范围 DAC 算法旨在通过在重叠的子 DAC 范围中引入大的滞后来最小化 DAC 转换。因此,在正常的 PPG 操作下,子 DAC 不会转换,转换器信号的线性完全由线性本机 delta-sigma ADC 驱动。除了通过算法减少子 DAC 转换外,MAXM86161 还包含一种自校准方案,可进一步减少子 DAC 的 XNL 错误。

Heart Rate 2 Click top side image
Heart Rate 2 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

General Purpose
PA15
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

Heart Rate 2 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
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

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 Heart Rate 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • heartrate2_generic_read - 用于读取数据的通用函数。

  • heartrate2_generic_write - 用于写入数据的通用函数。

  • heartrate2_default_configuration - 设置默认配置并使用 cfg_led 参数打开一个 LED 的函数。

  • heartrate2_read_fifo - 从设备读取 FIFO 数据和标签值的函数。

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 HeartRate2 Click example
 * 
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Heart rate 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initilizes the driver, resets the device, checks the device ID and applies default settings.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the data from Green diode and displays the results on USB UART if the measured data
 * is above defined threshold, otherwise, it displays a desired message on the terminal.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "heartrate2.h"

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

static heartrate2_t heartrate2;
static log_t logger;
static uint16_t counter = 1000;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    heartrate2_cfg_t cfg;
    uint8_t rd_stat;

    /** 
     * 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.

    heartrate2_cfg_setup( &cfg );
    HEARTRATE2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    heartrate2_init( &heartrate2, &cfg );
    
    log_printf( &logger, "Configuring the module...\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    heartrate2_set_en( &heartrate2, HEARTRATE2_PIN_HIGH );
    Delay_ms ( 100 );
    heartrate2_soft_reset ( &heartrate2 );
    
    rd_stat = heartrate2_generic_read( &heartrate2, HEARTRATE2_REG_PART_ID );

    if ( rd_stat != HEARTRATE2_DEV_ID )
    {
        log_error( &logger, "---- WRONG ID ----" );
        log_printf( &logger, "Please restart your system.\r\n" );
        for ( ; ; );
    }
    
    heartrate2_default_cfg( &heartrate2, HEARTRATE2_CONFIG_GREEN );
    log_printf( &logger, "The module has been configured!\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    heartrate2_fifo_data_t fifo_object;

    heartrate2_read_fifo( &heartrate2, &fifo_object );

    if ( fifo_object.tag == HEARTRATE2_FIFO_TAG_PPG1_LEDC1 )
    {
        counter++;
        if ( fifo_object.data_val > 1000 )
        {
            log_printf( &logger, "%lu;\r\n", fifo_object.data_val );
            counter = 1000;
        }
        else if ( counter > 1000 )
        {
            log_printf( &logger, "Please place your index finger on the sensor.\r\n" );
            counter = 0;
        }
    }
}

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

资源

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