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STM32，max30102心率血氧，mpu6050运动状态监测， esp8266-12s上传阿里云_max30102采集不准

作者：羊村懒王 | 2024-04-10 23:10:36

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max30102采集不准

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

文章目录

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、心率血氧（MAX30102）

这款芯片查了厂家说明，官方自己说这款芯片是有瑕疵的会测不准，最终实现的时候常常会出现血氧饱和度0%-58%，心率0-40这种不正常数据应该是正常的硬件测不准

初始化部分：

void MAX30102_GPIO(void)
{	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(MAX30102_INTPin_CLK,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode		=	GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin		=	MAX30102_INTPin_Pin;
	GPIO_Init(MAX30102_INTPin_PORT,&GPIO_InitStruct);
	
}

void MAX30102_Config(void)
{
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_INTR_ENABLE_1,0xc0); INTR setting
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_INTR_ENABLE_2,0x00);//
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_FIFO_WR_PTR,0x00);//FIFO_WR_PTR[4:0]
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_OVF_COUNTER,0x00);//OVF_COUNTER[4:0]
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_FIFO_RD_PTR,0x00);//FIFO_RD_PTR[4:0]
	
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_FIFO_CONFIG,0x0f);//sample avg = 1, fifo rollover=false, fifo almost full = 17
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_MODE_CONFIG,0x03);//0x02 for Red only, 0x03 for SpO2 mode 0x07 multimode LED
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_SPO2_CONFIG,0x27);	// SPO2_ADC range = 4096nA, SPO2 sample rate (50 Hz), LED pulseWidth (400uS)  
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_LED1_PA,0x32);//Choose value for ~ 10mA for LED1
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_LED2_PA,0x32);// Choose value for ~ 10mA for LED2
	IIC_Write_Byte(MAX30102_Device_address,REG_PILOT_PA,0x7f);// Choose value for ~ 25mA for Pilot LED
}完整代码见最后工程文件

算法   algorithm.c
/**
  ******************************************************************************
  * @file    algorithm.c
  * @author  张东
  * @version V1.0.0
  * @date    2019-12-28
  * @brief   基础计算算法
  ******************************************************************************
  */
/*--Include-start-------------------------------------------------------------*/
#include "algorithm.h"
#include "stm32f10x.h" 

/*base value define-----------------------------------------------------------*/
#define XPI            	(3.1415926535897932384626433832795)
#define XENTRY        	(100)
#define XINCL        		(XPI/2/XENTRY)
#define PI 							3.1415926535897932384626433832795028841971               //定义圆周率值

/*Global data space ----------------------------------------------------------*/
//正弦值对应表
static const double XSinTbl[] = {
			0.00000000000000000  , 0.015707317311820675 , 0.031410759078128292 , 0.047106450709642665 , 0.062790519529313374 ,
			0.078459095727844944 , 0.094108313318514325 , 0.10973431109104528  , 0.12533323356430426  , 0.14090123193758267  ,
			0.15643446504023087  , 0.17192910027940955  , 0.18738131458572463  , 0.20278729535651249  , 0.21814324139654256  ,
			0.23344536385590542  , 0.24868988716485479  , 0.26387304996537292  , 0.27899110603922928  , 0.29404032523230400  ,
			0.30901699437494740  , 0.32391741819814940  , 0.33873792024529142  , 0.35347484377925714  , 0.36812455268467797  ,
			0.38268343236508978  , 0.39714789063478062  , 0.41151435860510882  , 0.42577929156507272  , 0.43993916985591514  ,
			0.45399049973954680  , 0.46792981426057340  , 0.48175367410171532  , 0.49545866843240760  , 0.50904141575037132  ,
			0.52249856471594880  , 0.53582679497899666  , 0.54902281799813180  , 0.56208337785213058  , 0.57500525204327857  ,
			0.58778525229247314  , 0.60042022532588402  , 0.61290705365297649  , 0.62524265633570519  , 0.63742398974868975  ,
			0.64944804833018377  , 0.66131186532365183  , 0.67301251350977331  , 0.68454710592868873  , 0.69591279659231442  ,
			0.70710678118654757  , 0.71812629776318881  , 0.72896862742141155  , 0.73963109497860968  , 0.75011106963045959  ,
			0.76040596560003104  , 0.77051324277578925  , 0.78043040733832969  , 0.79015501237569041  , 0.79968465848709058  ,
			0.80901699437494745  , 0.81814971742502351  , 0.82708057427456183  , 0.83580736136827027  , 0.84432792550201508  ,
			0.85264016435409218  , 0.86074202700394364  , 0.86863151443819120  , 0.87630668004386369  , 0.88376563008869347  ,
			0.89100652418836779  , 0.89802757576061565  , 0.90482705246601958  , 0.91140327663544529  , 0.91775462568398114  ,
			0.92387953251128674  , 0.92977648588825146  , 0.93544403082986738  , 0.94088076895422557  , 0.94608535882754530  ,
			0.95105651629515353  , 0.95579301479833012  , 0.96029368567694307  , 0.96455741845779808  , 0.96858316112863108  ,
			0.97236992039767667  , 0.97591676193874743  , 0.97922281062176575  , 0.98228725072868872  , 0.98510932615477398  ,
			0.98768834059513777  , 0.99002365771655754  , 0.99211470131447788  , 0.99396095545517971  , 0.99556196460308000  ,
			0.99691733373312796  , 0.99802672842827156  , 0.99888987496197001  , 0.99950656036573160  , 0.99987663248166059  ,
			1.00000000000000000  };
			
//向下取整
double my_floor(double x)
{
   double y=x;
    if( (*( ( (int *) &y)+1) & 0x80000000)  != 0) //或者if(x<0)
        return (float)((int)x)-1;
    else
        return (float)((int)x);
}

//求余运算
double my_fmod(double x, double y)
{
   double temp, ret;
  
   if (y == 0.0)
      return 0.0;
   temp = my_floor(x/y);
   ret = x - temp * y;
   if ((x < 0.0) != (y < 0.0))
      ret = ret - y;
   return ret;
}

//正弦函数
double XSin( double x )
{
    int s = 0 , n;
    double dx , sx , cx;
    if( x < 0 )
        s = 1 , x = -x;
    x = my_fmod( x , 2 * XPI );
    if( x > XPI )
        s = !s , x -= XPI;
    if( x > XPI / 2 )
        x = XPI - x;
    n = (int)( x / XINCL );
    dx = x - n * XINCL;
    if( dx > XINCL / 2 )
        ++n , dx -= XINCL;
    sx = XSinTbl[n];
    cx = XSinTbl[XENTRY-n];
    x = sx + dx*cx - (dx*dx)*sx/2
        - (dx*dx*dx)*cx/6 
        + (dx*dx*dx*dx)*sx/24;
     
    return s ? -x : x;
}

//余弦函数 
double XCos( double x )
{
    return XSin( x + XPI/2 );
}

//开平方
int qsqrt(int a)
{
  uint32_t rem = 0, root = 0, divisor = 0;
  uint16_t i;
  for(i=0; i<16; i++)
  {
    root <<= 1;
    rem = ((rem << 2) + (a>>30));
    a <<= 2;
    divisor = (root << 1) + 1;
    if(divisor <= rem)
    {
      rem -= divisor;
      root++;
    }
  }
  return root;
}

/*********************************FFT*********************************
                         快速傅里叶变换C函数
函数简介：此函数是通用的快速傅里叶变换C语言函数，移植性强，以下部分不依
          赖硬件。此函数采用联合体的形式表示一个复数，输入为自然顺序的复
          数（输入实数是可令复数虚部为0），输出为经过FFT变换的自然顺序的
          复数
使用说明：使用此函数只需更改宏定义FFT_N的值即可实现点数的改变，FFT_N的
          应该为2的N次方，不满足此条件时应在后面补0
函数调用：FFT(s);
时    间：2010-2-20
版    本：Ver1.0
参考文献：     
**********************************************************************/

/*******************************************************************
函数原型：struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2)  
函数功能：对两个复数进行乘法运算
输入参数：两个以联合体定义的复数a,b
输出参数：a和b的乘积，以联合体的形式输出
*******************************************************************/
struct compx EE(struct compx a,struct compx b)      
{
	 struct compx c;
	 c.real=a.real*b.real-a.imag*b.imag;
	 c.imag=a.real*b.imag+a.imag*b.real;
	 return(c);
}

/*****************************************************************
函数原型：void FFT(struct compx *xin,int N)
函数功能：对输入的复数组进行快速傅里叶变换（FFT）
输入参数：*xin复数结构体组的首地址指针，struct型
*****************************************************************/
void FFT(struct compx *xin)
{
	int f,m,nv2,nm1,i,k,l,j=0;
	struct compx u,w,t;

	nv2=FFT_N/2;                  //变址运算，即把自然顺序变成倒位序，采用雷德算法
	nm1=FFT_N-1;  
	for(i=0;i<nm1;i++)        
	{
		if(i<j)                    //如果i<j,即进行变址
		{
			t=xin[j];           
			xin[j]=xin[i];
			xin[i]=t;
		}
		k=nv2;                    //求j的下一个倒位序
		
		while(k<=j)               //如果k<=j,表示j的最高位为1   
		{           
			j=j-k;                 //把最高位变成0
			k=k/2;                 //k/2，比较次高位，依次类推，逐个比较，直到某个位为0
		}
		
		j=j+k;                   //把0改为1
	}
	 
	{  //FFT运算核，使用蝶形运算完成FFT运算
		int le,lei,ip;                           
		f=FFT_N;
		for(l=1;(f=f/2)!=1;l++)                  //计算l的值，即计算蝶形级数
			;
		for(m=1;m<=l;m++)                           // 控制蝶形结级数
		{                                           //m表示第m级蝶形，l为蝶形级总数l=log（2）N
			le=2<<(m-1);                            //le蝶形结距离，即第m级蝶形的蝶形结相距le点
			lei=le/2;                               //同一蝶形结中参加运算的两点的距离
			u.real=1.0;                             //u为蝶形结运算系数，初始值为1
			u.imag=0.0;
			w.real=XCos(PI/lei);                     //w为系数商，即当前系数与前一个系数的商
			w.imag=-XSin(PI/lei);
			for(j=0;j<=lei-1;j++)                   //控制计算不同种蝶形结，即计算系数不同的蝶形结
			{
				for(i=j;i<=FFT_N-1;i=i+le)            //控制同一蝶形结运算，即计算系数相同蝶形结
				{
					ip=i+lei;                           //i，ip分别表示参加蝶形运算的两个节点
					t=EE(xin[ip],u);                    //蝶形运算，详见公式
					xin[ip].real=xin[i].real-t.real;
					xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;
					xin[i].real=xin[i].real+t.real;
					xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag;
				}
				u=EE(u,w);                           //改变系数，进行下一个蝶形运算
			}
		}
	}
}

//读取峰值
int find_max_num_index(struct compx *data,int count)
{
	int i=START_INDEX;
	int max_num_index = i;
	//struct compx temp=data[i];
	float temp = data[i].real;
	for(i=START_INDEX;i<count;i++)
	{
		if(temp < data[i].real)
		{
			temp = data[i].real;
			max_num_index = i;
		}
	}
	//printf("max_num_index=%d\r\n",max_num_index);
	return max_num_index; 
}


//直流滤波器
int dc_filter(int input,DC_FilterData * df) 
{

	float new_w  = input + df->w * df->a;
	int16_t result = 5*(new_w - df->w);
	df->w = new_w;
	
	return result;
}


int bw_filter(int input,BW_FilterData * bw) {
    bw->v0 = bw->v1;
    
   // v1 = (3.04687470e-2 * input) + (0.9390625058 * v0);
    bw->v1 = (1.241106190967544882e-2*input)+(0.97517787618064910582 * bw->v0);
    return bw->v0 + bw->v1;
}




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二、运动状态（MPU6050）

#include "mpu6050.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"   
//  AD0->PA15  SCL->PB10    SDA->PB11
//初始化MPU6050
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Init(void)
{ 
	u8 res;
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能AFIO时钟 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//先使能外设IO PORTA时钟 
	
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;	 // 端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOA

	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);//禁止JTAG,从而PA15可以做普通IO使用,否则PA15不能做普通IO!!!
	
	MPU_AD0_CTRL=0;			//控制MPU6050的AD0脚为低电平,从机地址为:0X68
	
	MPU_IIC_Init();//初始化IIC总线
	MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);	//复位MPU6050
  delay_ms(100);
	MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);	//唤醒MPU6050 
	MPU_Set_Gyro_Fsr(3);					//陀螺仪传感器,±2000dps
	MPU_Set_Accel_Fsr(0);					//加速度传感器,±2g
	MPU_Set_Rate(50);						//设置采样率50Hz
	MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00);	//关闭所有中断
	MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);	//I2C主模式关闭
	MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);	//关闭FIFO
	MPU_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80);	//INT引脚低电平有效
	res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
	if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
	{
		MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);	//设置CLKSEL,PLL X轴为参考
		MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00);	//加速度与陀螺仪都工作
		MPU_Set_Rate(50);						//设置采样率为50Hz
 	}else return 1;
	return 0;
}
//设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
u8 MPU_Set_Gyro_Fsr(u8 fsr)
{
	return MPU_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//设置陀螺仪满量程范围  
}
//设置MPU6050加速度传感器满量程范围
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
u8 MPU_Set_Accel_Fsr(u8 fsr)
{
	return MPU_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//设置加速度传感器满量程范围  
}
//设置MPU6050的数字低通滤波器
//lpf:数字低通滤波频率(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
u8 MPU_Set_LPF(u16 lpf)
{
	u8 data=0;
	if(lpf>=188)data=1;
	else if(lpf>=98)data=2;
	else if(lpf>=42)data=3;
	else if(lpf>=20)data=4;
	else if(lpf>=10)data=5;
	else data=6; 
	return MPU_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//设置数字低通滤波器  
}
//设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
u8 MPU_Set_Rate(u16 rate)
{
	u8 data;
	if(rate>1000)rate=1000;
	if(rate<4)rate=4;
	data=1000/rate-1;
	data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);	//设置数字低通滤波器
 	return MPU_Set_LPF(rate/2);	//自动设置LPF为采样率的一半
}

//得到温度值
//返回值:温度值(扩大了100倍)
short MPU_Get_Temperature(void)
{
    u8 buf[2]; 
    short raw;
	float temp;
	MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf); 
    raw=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
    temp=36.53+((double)raw)/340;  
    return temp*100;;
}
//得到陀螺仪值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
    u8 buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*gx=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*gy=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*gz=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;;
}
//得到加速度值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
u8 MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
    u8 buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_ADDR,MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*ax=((u16)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*ay=((u16)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*az=((u16)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;;
}
//IIC连续写
//addr:器件地址 
//reg:寄存器地址
//len:写入长度
//buf:数据区
//返回值:0,正常
//    其他,错误代码
u8 MPU_Write_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{
	u8 i; 
    MPU_IIC_Start(); 
	MPU_IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令	
	if(MPU_IIC_Wait_Ack())	//等待应答
	{
		MPU_IIC_Stop();		 
		return 1;		
	}
    MPU_IIC_Send_Byte(reg);	//写寄存器地址
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答
	for(i=0;i<len;i++)
	{
		MPU_IIC_Send_Byte(buf[i]);	//发送数据
		if(MPU_IIC_Wait_Ack())		//等待ACK
		{
			MPU_IIC_Stop();	 
			return 1;		 
		}		
	}    
    MPU_IIC_Stop();	 
	return 0;	
} 
//IIC连续读
//addr:器件地址
//reg:要读取的寄存器地址
//len:要读取的长度
//buf:读取到的数据存储区
//返回值:0,正常
//    其他,错误代码
u8 MPU_Read_Len(u8 addr,u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{ 
 	MPU_IIC_Start(); 
	MPU_IIC_Send_Byte((addr<<1)|0);//发送器件地址+写命令	
	if(MPU_IIC_Wait_Ack())	//等待应答
	{
		MPU_IIC_Stop();		 
		return 1;		
	}
    MPU_IIC_Send_Byte(reg);	//写寄存器地址
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答
    MPU_IIC_Start();
	MPU_IIC_Send_Byte((addr<<1)|1);//发送器件地址+读命令	
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答 
	while(len)
	{
		if(len==1)*buf=MPU_IIC_Read_Byte(0);//读数据,发送nACK 
		else *buf=MPU_IIC_Read_Byte(1);		//读数据,发送ACK  
		len--;
		buf++; 
	}    
    MPU_IIC_Stop();	//产生一个停止条件 
	return 0;	
}
//IIC写一个字节 
//reg:寄存器地址
//data:数据
//返回值:0,正常
//    其他,错误代码
u8 MPU_Write_Byte(u8 reg,u8 data) 				 
{ 
    MPU_IIC_Start(); 
	MPU_IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令	
	if(MPU_IIC_Wait_Ack())	//等待应答
	{
		MPU_IIC_Stop();		 
		return 1;		
	}
    MPU_IIC_Send_Byte(reg);	//写寄存器地址
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答 
	MPU_IIC_Send_Byte(data);//发送数据
	if(MPU_IIC_Wait_Ack())	//等待ACK
	{
		MPU_IIC_Stop();	 
		return 1;		 
	}		 
    MPU_IIC_Stop();	 
	return 0;
}
//IIC读一个字节 
//reg:寄存器地址 
//返回值:读到的数据
u8 MPU_Read_Byte(u8 reg)
{
	u8 res;
    MPU_IIC_Start(); 
	MPU_IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|0);//发送器件地址+写命令	
	MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答 
    MPU_IIC_Send_Byte(reg);	//写寄存器地址
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答
    MPU_IIC_Start();
	MPU_IIC_Send_Byte((MPU_ADDR<<1)|1);//发送器件地址+读命令	
    MPU_IIC_Wait_Ack();		//等待应答 
	res=MPU_IIC_Read_Byte(0);//读取数据,发送nACK 
    MPU_IIC_Stop();			//产生一个停止条件 
	return res;		
}




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三、阿里云传输

阿里云传输中除去AT固件连接阿里云，最重要的是传输数据时的格式
如果格式错误数据是无法传送到阿里云显示的。
传输字符串格式AT命令如下：
uint8_t Motion[]=
“AT+MQTTPUB=0,”/sys/a1LoNgoFx8r/ESP8266/thing/event/property/post",“{\“method\”:\“thing.event.property.post\”\,\“id\”:\“613068642\”\,\“params\”:{\“motion\”:0}\,\“version\”:\“1.0.0\”}”,0\r\n";
这里只有加粗可以改变
阿里云对接需要按照这位大佬的文章
https://aithinker.blog.csdn.net/article/details/104791452
代码如下（示例）：

见工程

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文件

有瑕疵的是工程各位不能直接用因为每个人阿里云的三参数不一样，心率部分被我不小心删掉了
链接：https://pan.baidu.com/s/10Gq5_NcM4EaM0A3CG625tA
提取码：1111
下面的工程是光照强度上传阿里云服务器文件小一点，欢迎大家评论区指教
链接：https://pan.baidu.com/s/1vxEM2Zf1d6nJzxz57HX5mA
提取码：0000

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