Moduł czujnika pulsu i pulsoksymetru MAX30100

MAX30100 to rozwiązanie czujnikowe do pomiaru SpO2 i tętna. Łączy dwie diody LED, fotodetektor, zoptymalizowaną optykę oraz niskoszumowe analogowe przetwarzanie sygnału, aby wykrywać sygnały pulsoksymetrii i tętna.

Ten czujnik można używać z dowolnym mikrokontrolerem, takim jak Arduino, ESP8266 lub ESP32, i łatwo mierzyć parametry zdrowotne pacjenta. Ten tani, do samodzielnego wykonania czujnik pulsoksymetru może być używany w wielu zastosowaniach, jeśli jesteś początkującym lub pasjonatem elektroniki.

Czujnik MAX30100 może mierzyć poziom tlenu we krwi i tętno. Możemy użyć dowolnego wyświetlacza, takiego jak ekran LCD 16x2, aby odczytać wartości SpO2 i BPM. Stężenie tlenu we krwi, zwane SpO2, jest mierzone w procentach, a tętno/częstotliwość pulsu jest mierzone w BPM.

rozmiar: 30 * 20 mm

Więcej o tym module

Posiada zaawansowany pulsoksymetr i czujnik tętna, działający w oparciu o dwie zintegrowane diody LED, element światłoczuły oraz bardzo dokładny i zaawansowany analogowy front-end o niskim poziomie szumów, zapewniający czyste i precyzyjne pomiary.

Umieszczając np. palec wskazujący na górnej części czujnika, można odczytać zarówno tętno, jak i nasycenie krwi tlenem przez interfejs I2C.

Funkcje takie jak Ambient Light Cancellation (ALC) oraz dyskretne filtry czasowe sprawiają, że światło otoczenia ani 50/60Hz nie zakłócają pomiarów.

Jedną z najważniejszych cech tego urządzenia jest niskie zużycie energii: możliwe jest przełączenie go w tryb Standby, w którym pobór mocy jest bardzo niski.

Podsumowując, moduł ten jest idealnym rozwiązaniem do różnych zastosowań związanych z tętnem i SpO2, a także do opracowywania nowych algorytmów odczytu parametrów krwi na podstawie właściwości absorpcji czerwieni i podczerwieni przez ludzkie ciało, głównie dla tętniczego nasycenia krwi tlenem (SpO2) i tętna (HR).

Jak działa pomiar SpO2 oparty na świetle LED IR i czerwonym z tym czujnikiem MAX30100

Pomiar nasycenia hemoglobiny tlenem (HbO2) poprzez analizę absorpcji czerwonego i IR światła przez pulsujące składowe został wprowadzony w 1935 roku przez Karla Matthesa, niemieckiego lekarza. Na początku nie było dobrych fotodetektorów i zamiast tego używano pasma IR, zielonego pasma widma światła. Wraz z rozwojem technologii opracowano bardziej niezawodne metody detekcji światła, a zielone światło zastąpiono światłem IR. Dziś zaawansowane algorytmy umożliwiają rozdzielenie sygnałów pulsującej krwi tętniczej i poruszającej się krwi żylnej, co pozwala na dokładniejsze i bardziej wiarygodne pomiary. Czujnik w tym module, MAX30100 to nowoczesny, zintegrowany układ scalony pulsoksymetru i czujnika tętna.

Ten czujnik ma dwie zintegrowane diody LED: CZERWONĄ i IR, które służą do emisji odpowiednich długości fal. Długości fal tych diod wynoszą odpowiednio 660nm i 880nm. Odbite światło jest wykrywane przez element fotodetektora czerwony/IR i próbkowane przez 16-bitowy przetwornik ADC delta-sigma o niskim poziomie szumów. Analogowy front-end czujnika MAX30100 zawiera sekcję Ambient Light Cancellation (ALC), która eliminuje zakłócenia świetlne elementu fotodetektora. 16-bitowy ADC jest filtrowany przez dyskretny filtr czasowy, aby zapobiegać zakłóceniom 50/60Hz i brumowi. Częstotliwość próbkowania wyjściowego można regulować od 50 Hz do 1 kHz. Jest też czujnik temperatury, który można wykorzystać do kompensacji zmian otoczenia i kalibracji pomiarów.

Czujnik MAX30100 ma bufor FIFO o głębokości 16 słów. Bufor FIFO przechowuje zmierzone wartości i może generować przerwanie, gdy bufor jest pełny, dzięki czemu host MCU może wykonywać inne zadania, podczas gdy dane są zbierane przez czujnik.

Zintegrowane sterowniki LED są obsługiwane impulsami o wybieralnej szerokości: impulsy mogą mieć od 200 µs do 1600 µs. Szerokość impulsu wpływa na dostępną głębię bitową ADC i częstotliwość próbkowania. Szerokość impulsu 1600 µs umożliwia maksymalną rozdzielczość 16 bitów przy najwyższej częstotliwości próbkowania 1 ksps, podczas gdy szerokość impulsu 200 µs pozwala jedynie na 100 sps przy rozdzielczości 16 bitów. Zmniejszenie rozdzielczości do 13 bitów umożliwia pełną częstotliwość próbkowania 1 ksps. Kontrola szerokości impulsu LED, wraz z programowalnym prądem LED, pozwala zoptymalizować dokładność pomiaru i zużycie energii. Zasilanie diod LED pochodzi bezpośrednio z szyny 3,3V mikroBUS™.

Aby poprawić pomiary, czujnik MAX30100 wykorzystuje czujnik temperatury. Jest to dość dokładny czujnik temperatury, który mierzy temperaturę układu z dokładnością ±1C w zakresie od -40C do +85C. Czujnik ten można odczytać z jego rejestru danych i opcjonalnie użyć do kompensacji pomiarów czujnika przy wahaniach temperatury otoczenia. Istnieją jednak także inne czynniki zewnętrzne, które mogą wpływać na dokładność urządzenia: oprócz temperatury na pomiary negatywnie wpływa również nadmierny ruch. Zbyt duży nacisk może także zwężać kapilarny przepływ krwi i przez to obniżać wiarygodność danych. Problemy te wynikają z natury metody pomiarowej i należy je uwzględnić przy tworzeniu własnej aplikacji.

Czujnik MAX30100 jest zasilany przez mały LDO, który dostarcza czyste i pozbawione tętnień 1,8 V dla logiki wewnętrznej i elementu fotodetektora czujnika. Napięcie wejściowe również pochodzi z szyny zasilania 3,3V mikroBUS™.

Oprócz linii I2C układu czujnika, które są prowadzone do odpowiednich linii mikroBUS™ SCL i SDA, linia przerwania czujnika jest również podłączona do pinu INT mikroBUS™. Ustawiając odpowiedni rejestr INT, można wygenerować i włączyć przerwanie dla 5 różnych źródeł: power ready, SpO2 ready, HR ready, temp ready, FIFO full. Przerwanie power ready jest domyślnie włączone i nie można go wyłączyć w oprogramowaniu, ale wszystkie pozostałe przerwania można wyłączyć lub włączyć.