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聆聽來自心臟的信號——Heart Rate Click模塊評測

MAX30100 MAXIM MikroElektronika Heart Rate Click模塊

2017-04-13
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作者：netlhx
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
心率傳感器的型號頗多，目前就有如下幾種常見的傳感芯片或方案供選擇，有ROHM的BH1790GLC脈搏波傳感器，Maxim的MAX30100，艾普柯微電子的EM702及Silicon Labs的Si1143芯片等。今天就給大家來評測一下MAX30100的方案。

Heart rate click板載的傳感器是來自Maxim的MAX30100，集成了血氧測試及心率測試功能。MAX30100包含兩個LED及一個光電檢測器，具備低噪聲模擬信號處理能力。

MAX30100工作電壓為1.8V~3.3V，可以使用軟件方式關(guān)閉以減少功耗，此時只有極小的待機(jī)電流。

MAX30100主要應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、運(yùn)動輔助設(shè)備及醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備等方面。

MikroElektronika的Heart rate click模塊8.jpg

MAX30100的基本工件原理如上圖，芯片包含兩個LED燈，其中一個發(fā)射紅光，波長紅為660nm，另外一個發(fā)射紅外光，波長紅為900nm。LED發(fā)射的光束經(jīng)透光層射出，被檢測的人體部位(通常是指尖或手腕)吸收并反射接收到的光束，其中反射部分被光電檢測器接收，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出�？刂婆c信號處理部分則用來控制并處理原始信號。

科學(xué)研究表明，在人體血液中包含氧合血紅蛋白(HbO2)及普通血紅蛋白(Hb)，它們對紅光及紅外光的吸收率是不同的。當(dāng)心臟跳動時，血管中的血氧含量會周期性的發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光電檢測器得到的信號也會周期性的發(fā)生變化，通過對這一變化值值的檢測，可以得到血氧的數(shù)據(jù)指標(biāo)，周期性的變化也反映了心率的實際情況。血氧法(SpO2)能同時檢測血氧濃度及心率兩個指標(biāo)。

另外一種常見的檢測心率的方法是光電容積法，與血氧法不同的是該方法使用的是綠光，基本原理類似，但是綠光使用的光電容積法一般只能檢測心率，不能檢測血氧濃度。

MikroElektronika的Heart rate click模塊9.jpg

這是MAX30100的系統(tǒng)框圖，從圖上可以看到，MAX30100通過I2C接口與外部MCU通信。該芯片同時包括了模擬及數(shù)字部分的設(shè)計，其中ADC使用的是ΔΣ ADC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器由一個過采樣調(diào)制器及一個數(shù)字濾波器組成，它們協(xié)調(diào)工作產(chǎn)生高分辨率的數(shù)據(jù)流輸出，ADC的精度為16位。外部MCU通過I2C接口來對MAX30100的寄存器編程以進(jìn)一步控制其工作參數(shù)。

用戶通過寄存器控制驅(qū)動LED的電流，從而發(fā)射不同強(qiáng)度的LED光束，LED的電流可以在0mA到50mA之間的變化。另外LED的脈沖寬度可以被調(diào)整為在200us到1.6ms之間變化。

幾乎所有的MCU都提供了I2C接口，所以連接起來非常容易，官方也提供了C程序庫供用戶使用。

Heart rate click模塊本身提供的接口是mikroBUS，所以最好的連接方式是使用具備mikroBUS接口的開發(fā)板或擴(kuò)展板進(jìn)行連接。mikroBUS接口設(shè)備比較多也比較流行，正是基于這一考慮，ST最新的STM32F723E-DISCO開發(fā)套件內(nèi)就提供了該接口的擴(kuò)展板，參考本站高速USB+Fanout——STM32F723E-DISCO開發(fā)板評測評測一文。

本次評測使用Arduino來連接Heart rate click，主要是因為要用到Arduino IDE的Serial Plotter繪圖。

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