MAX30102脉搏血氧仪和心率传感器（一）驱动程序_stm32驱动max30100

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前言（文末获取源码）

Maxim MAX30102传感器是一款集成脉搏血氧仪和心率监测器模块。MAX30102 包括内部 LED、光电探测器、光学元件以及低噪声电子元件，具有环境光反射特征。该高灵敏度器件由 1.8V 单电源供电，其内部 LED 由独立的 5.0V 电源供电。通过标准的 I2C 兼容接口进行通信。该传感器可通过软件来关断电源，待机模式下的电流消耗量几乎为零。

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一、PPG信号简介

简单来说PPG信号就是光照照射在皮肤组织上时，由于血液流动造成对光的吸收率不同，而其它组织（例如骨骼，肌肉）对光的吸收率基本不变，导致光的反射率随血液流动情况改变的信号。如下图所示，直流信号DC反映的是组织、骨骼、肌肉、静脉血等等，交流信号AC则是反映了动脉血流动情况。根据AC、DC信号能够计算出心率、血氧，详细的计算公式在下一章进行介绍。

二、MAX30102简介

1.总体结构

可以看到，MAX30102结构包括两个光电二极管（RED：红光 IR：红外）、接收器、ADC通道、数字滤波器、数据寄存器和I2C通信模块。

2.寄存器

寄存器包括三大部分：状态寄存器、设置寄存器、温度寄存器。另外还有版本号和设备ID的寄存器，如下图。

三、使用步骤

1.I2C通信

和一般的I2C通信方式不同，MAX30102的读写时序如下


程序如下：

void max30102_i2c_write(uint8_t reg_adder,uint8_t data)
{
	uint8_t transmit_data[2];
	transmit_data[0] = reg_adder;
	transmit_data[1] = data;
	i2c_transmit(transmit_data,2);
}


void max30102_i2c_read(uint8_t reg_adder,uint8_t *pdata, uint8_t data_size)
{
		uint8_t adder = reg_adder;
		i2c_transmit(&adder,1);
		i2c_receive(pdata,data_size);
}
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2.MAX30102初始化

对照datasheet设置采样率，工作模式，led电流等等参数的设置。下面作为参考，实际使用的效果还是很好的。

void max30102_init(void)
{ 
	uint8_t data;
	
	max30102_i2c_write(MODE_CONFIGURATION,0x40);  //reset the device
	
	delay_ms(5);
	
	max30102_i2c_write(INTERRUPT_ENABLE1,0xE0);
	max30102_i2c_write(INTERRUPT_ENABLE2,0x02);  //interrupt enable: FIFO almost full flag, new FIFO Data Ready,
																						 	//                   ambient light cancellation overflow, power ready flag, 
																							//						    		internal temperature ready flag
	
	max30102_i2c_write(FIFO_WR_POINTER,0x00);
	max30102_i2c_write(FIFO_OV_COUNTER,0x00);
	max30102_i2c_write(FIFO_RD_POINTER,0x00);   //clear the pointer
	
	max30102_i2c_write(FIFO_CONFIGURATION,0x0F); //FIFO configuration: sample averaging(1),FIFO rolls on full(0), FIFO almost full value(15 empty data samples when interrupt is issued)  
	
	max30102_i2c_write(MODE_CONFIGURATION,0x03);  //FIFO configuration:SpO2 mode
	
	max30102_i2c_write(SPO2_CONFIGURATION,0x26); //SpO2 configuration:ACD resolution:15.63pA,sample rate control:100Hz, LED pulse width:215 us 
	
	max30102_i2c_write(LED1_PULSE_AMPLITUDE,0x2f);
	max30102_i2c_write(LED2_PULSE_AMPLITUDE,0x2f); //LED current
	
	max30102_i2c_write(TEMPERATURE_CONFIG,0x01);  //temperture
	

	
	max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&data,1);
	max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS2,&data,1);//clear the flag
}
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3.读取数据

采用轮询的方式，未用到引脚中断信号。用过中断引脚的信息，发现读出来的数据波形不太好，用10-15ms延时读取是比较好的。

void max30102_fifo_read(uint32_t *data)
{
    uint8_t receive_data[6],temp_data=0;
	
		max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&temp_data,1);
	
		while((temp_data&0x40)!=0x40)
		{
			max30102_i2c_read(INTERRUPT_STATUS1,&temp_data,1);
		}
		max30102_i2c_read(FIFO_DATA,receive_data,6);
    data[0] = ((receive_data[0]<<16 | receive_data[1]<<8 | receive_data[2]) & 0x03ffff);
    data[1] = ((receive_data[3]<<16 | receive_data[4]<<8 | receive_data[5]) & 0x03ffff);
}
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4.数据分析

max30102的灵敏度是很高的，手指未接近和接触后如下图。

红光和红外光两路信号，似乎红外光灵敏度更高一些。

PPG信号波形也是比较漂亮的。

四、存在的问题（已修正，详情在下一章）

• 每过若干个周期会出现莫名的噪声，原因未知，可能是硬件问题，又或者是读取数据方式出现了问题，待解决。
  
  

下一章将讨论心率、血氧的计算

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