基于STM32物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板(7)--心率血氧采集MAX30102

1.概述

MAX30102是一種集成的脈搏血氧計(jì)心率監(jiān)測(cè)模塊。它包括內(nèi)部LED，光電探測(cè)器、光學(xué)元件和低噪聲電子器件具有環(huán)境光抑制。MAX30102提供簡化設(shè)計(jì)過程的完整系統(tǒng)解決方案用于移動(dòng)和可穿戴設(shè)備。

MAX30102在單個(gè)1.8V電源上運(yùn)行以及用于內(nèi)部LED的單獨(dú)3.3V電源。通信通過標(biāo)準(zhǔn)I2C兼容。

MAX30102的SpO2（經(jīng)皮動(dòng)脈血氧飽和度）子系統(tǒng)包含環(huán)境光消除（ALC），連續(xù)時(shí)間∑-ΔADC和專有的離散時(shí)間濾波器。ALC有內(nèi)部跟蹤/保持電路，用于消除環(huán)境光，以及增加有效動(dòng)態(tài)范圍。SpO2 ADC具有可編程滿量程范圍從2μA到16μA。這個(gè)ALC可抵消高達(dá)200μA的環(huán)境電流。內(nèi)部ADC是連續(xù)時(shí)間過采樣∑-Δ轉(zhuǎn)換器，分辨率為18位。ADC采樣率為10.24MHz。ADC輸出數(shù)據(jù)速率可以從50sps（每秒采樣）編程到3200sps。

MAX30102具有片上溫度傳感器，用于校準(zhǔn)SpO2子系統(tǒng)的溫度依賴性。溫度傳感器的固有分辨率為0.0625°C。設(shè)備輸出數(shù)據(jù)對(duì)IR LED的波長相對(duì)不敏感，其中紅色LED的波長對(duì)于正確解釋數(shù)據(jù)至關(guān)重要。與MAX30102輸出信號(hào)一起使用的SpO2算法可以補(bǔ)償與環(huán)境溫度變化相關(guān)的SpO2誤差。

MAX30102模塊集成了紅色和紅外LED驅(qū)動(dòng)器，以調(diào)制用于SpO2和HR測(cè)量的LED脈沖。使用適當(dāng)?shù)碾娫措妷?，LED電流可以從0編程到50mA。LED脈沖寬度可從69μs編程到411μs，以允許算法根據(jù)使用情況優(yōu)化SpO2和HR精度和功耗。

應(yīng)用

• 可穿戴設(shè)備
• 健身輔助設(shè)備
• 智能手機(jī)

硬件接口：

2.通訊協(xié)議

本模塊采用I2C通訊方式，具有I2C/SMBus兼容的2線制由串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL），時(shí)鐘速率高達(dá)400kHz。

• 設(shè)備地址：

• I2C接口時(shí)序：

2.1 起始信號(hào)和停止信號(hào)

• 起始信號(hào)：時(shí)鐘為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)由高電平變?yōu)榈碗娖健?/li>

//產(chǎn)生IIC起始信號(hào)
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda線輸出
	IIC_SDA(1);	  	  
	IIC_SCL(1);
	Delay_Us(4);
 	IIC_SDA(0);//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	Delay_Us(4);
	IIC_SCL(0);//鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 
}	  

• 停止信號(hào)：時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線由低變高。

//產(chǎn)生IIC停止信號(hào)
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda線輸出
	IIC_SCL(0);
	IIC_SDA(0);//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	Delay_Us(4);
	IIC_SCL(1); 
	IIC_SDA(1);//發(fā)送I2C總線結(jié)束信號(hào)
	Delay_Us(4);							   	
}

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送應(yīng)答

時(shí)鐘線為低電平時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)本身就是一位數(shù)據(jù)。

//產(chǎn)生ACK應(yīng)答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL(0);
	SDA_OUT();
	IIC_SDA(0);
	Delay_Us(2);
	IIC_SCL(1);
	Delay_Us(2);
	IIC_SCL(0);
}
//不產(chǎn)生ACK應(yīng)答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL(0);
	SDA_OUT();
	IIC_SDA(1);
	Delay_Us(2);
	IIC_SCL(1);
	Delay_Us(2);
	IIC_SCL(0);
}	
//IIC發(fā)送一個(gè)字節(jié)
		  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL(0);//拉低時(shí)鐘開始數(shù)據(jù)傳輸
    for(t=0;t<8;t++)
    {   
      if(txd&0x80)IIC_SDA(1);
      else IIC_SDA(0);
      txd<<=1; 	  
      Delay_Us(2);   
      IIC_SCL(1);
      Delay_Us(2); 
      IIC_SCL(0);	
      Delay_Us(2);
    }	 
}

2.3 讀取數(shù)據(jù)和讀取應(yīng)答

時(shí)鐘線為高時(shí)讀取數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)本身就是一位數(shù)據(jù)。

//等待應(yīng)答信號(hào)到來
//返回值：1，接收應(yīng)答失敗
//        0，接收應(yīng)答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA設(shè)置為輸入  
	IIC_SDA(1);Delay_Us(1);	   
	IIC_SCL(1);Delay_Us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL(0);//時(shí)鐘輸出0 	   
	return 0;  
} 
//讀1個(gè)字節(jié)，ack=1時(shí)，發(fā)送ACK，ack=0，發(fā)送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
  unsigned char i,receive=0;
  SDA_IN();//SDA設(shè)置為輸入
  for(i=0;i<8;i++ )
  {
    IIC_SCL(0); 
    Delay_Us(2);
    IIC_SCL(1);
    receive<<=1;
    if(READ_SDA)receive++;   
    Delay_Us(1); 
  }					 
  if (!ack)
  IIC_NAck();//發(fā)送nACK
  else
  IIC_Ack(); //發(fā)送ACK   
  return receive;
}

2.4 數(shù)據(jù)讀寫

void IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8* data)
{				  	  	    																 
  IIC_Start();  
	IIC_Send_Byte(daddr);	   //發(fā)送寫命令
	IIC_Wait_Ack();
	IIC_Send_Byte(addr);//發(fā)送地址
	IIC_Wait_Ack();		 
	IIC_Start();  	 	   
	IIC_Send_Byte(daddr|0X01);//進(jìn)入接收模式			   
	IIC_Wait_Ack();	 
  *data = IIC_Read_Byte(0);		   
  IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件	    
}

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data)
{				   	  	    																 
  IIC_Start();  
	IIC_Send_Byte(daddr);	    //發(fā)送寫命令
	IIC_Wait_Ack();
	IIC_Send_Byte(addr);//發(fā)送地址
	IIC_Wait_Ack();	   	 										  		   
	IIC_Send_Byte(data);     //發(fā)送字節(jié)							   
	IIC_Wait_Ack();  		    	   
  IIC_Stop();//產(chǎn)生一個(gè)停止條件 
	HAL_Delay(10);	 
}