В прошлом году в продаже появился оптический модуль измерения частоты сердечных сокращений MAXREFDES117. Это устройство оснащено встроенными красными и ИК-светодиодами, что делает его идеальным выбором как для разработчиков, так и для энтузиастов. Оптический модуль измерения частоты сердечных сокращений MAXREFDES117 — это компактный, маломощный датчик, разработанный специально для проектов мониторинга здоровья с помощью носимых устройств.

Эта миниатюрная плата, идеально подходящая для носимых устройств, может быть размещена на пальце или мочке уха для точного определения частоты сердечных сокращений. Этот универсальный модуль работает как с платформами Arduino, так и с mbed, что обеспечивает быстрое тестирование, разработку и интеграцию системы. Этот сенсорный модуль MAXREFDES117 размером всего 12,7 мм x 12,7 мм может точно определять частоту сердечных сокращений и уровень насыщения крови кислородом (SpO2) при размещении на пальце или мочке уха. В этом подробном руководстве мы рассмотрим особенности модуля, его аппаратное обеспечение, методы взаимодействия с ним и примеры его использования.

В следующем видео вы можете посмотреть краткий обзор модуля MAXREFDES117.

Что входит в комплект поставки MAXREFDES117?

Поскольку это модуль для оценки работы датчиков, он сделан максимально компактным, поэтому никаких дополнительных аксессуаров в комплект не входит. Тем не менее, вы можете посмотреть фотографию распаковки этого модуля ниже.

Компания Analog Devices Inc./Maxim Integrated предлагает не только оборудование, но и отличные ресурсы, которые помогут нам легко начать работу с данным модулем. Подробнее об этом мы поговорим в этой статье.

Модуль MAXREFDES117: основные характеристики и особенности

Эталонная конструкция MAXREFDES117 представляет собой маломощный оптический модуль для измерения частоты сердечных сокращений, оснащенный встроенными красными и ИК-светодиодами, а также источником питания. Идеально подходит для маломощных носимых устройств. Вот список его характеристик и преимуществ:

• Датчик сердечного ритма и пульсоксиметр в отражающем светодиодном решении.
• Высокоинтегрированный датчик малого размера — размер платы 12,7 мм x 12,7 мм (0,5 дюйма x 0,5 дюйма).
• Измерение частоты сердечных сокращений/SpO2 без использования грудной клетки.
• Сверхнизкое энергопотребление (1,5 мА при входном напряжении 3,3 В).
• Многоуровневое входное напряжение (от 2 В до 5,5 В).
• Драйверы устройств.
• Бесплатный алгоритм.
• Пример исходного кода на языке C для платформ Arduino и mbed.

Основные технические характеристики модуля приведены в следующей таблице:

Применение MAXREFDES117

Ниже перечислены некоторые возможные области применения этого модуля.

Аппаратная архитектура MAXREFDES117 

Оптический модуль измерения частоты сердечных сокращений MAXREFDES117 использует сложную двухстороннюю конструкцию печатной платы со стратегическим размещением компонентов для максимальной эффективности использования пространства. Теперь, когда вы знакомы с особенностями модуля, давайте подробно рассмотрим его аппаратную часть. В целом, этот модуль представляет собой двухстороннюю печатную плату с компонентами, припаянными с обеих сторон: основной датчик частоты сердечных сокращений/SpO₂ расположен на одной стороне, а микросхема преобразователя уровня, а также понижающий преобразователь — на другой. Такая конструкция является основной причиной компактности модуля. 

Для более наглядного понимания вы можете обратиться к изображению с маркировкой деталей, приведенному выше.

Такой минималистичный подход также упрощает общую блок-схему модуля.

За все основные операции отвечают три главных интегральных схемы, назначение которых описано в следующей таблице.

Также, возможно, вам уже знаком модуль MAX30102 (или его аналог MAX3010) - это более популярный вариант для измерения частоты сердечных сокращений/SpO2, выпускаемый в виде универсального модуля.

Распиновка модуля MAXREFDES117

Модуль MAXREFDES117 имеет необычную четырехстороннюю конструкцию, оптимизированную для компактной интеграции в носимые устройства. Распиновка несколько отличается от обычных модулей, но она действительно очень полезна для проектов реального времени. Удивительно, но этот модуль имеет распиновку на всех четырех сторонах: две стороны для I2C, а две другие — для питания. Для лучшего понимания обратитесь к изображению ниже.

Обозначение контакта	Функция	Расположение
VIN	Входное напряжение питания (2–5,5 В)	Сторона 1 и 3
GND	Общий провод (земля)	Сторона 1 и 3
SCL	Линия тактового сигнала I2C	Сторона 2 и 4
SDA	Линия передачи данных I2C	Сторона 2 и 4

Глядя на распиновку модуля, легко заметить, что эта конструкция не очень удобна для макетной платы. Распиновка модуля MAXREFDES117 имеет нетрадиционную четырехстороннюю форму, оптимизированную для компактной интеграции в носимые устройства. Это один из недостатков для обычных пользователей макетных плат, но его можно решить с помощью простых перемычек, как показано на изображении ниже.

Доступные ресурсы и документация

Распиновка модуля MAXREFDES117 по умолчанию не удобна для макетной платы из-за четырехсторонней компоновки контактов. Полное руководство по аппаратной и программной части модуля можно найти на официальном сайте

Загрузив файлы проекта размером 19,03 МБ, вы получите:

• Спецификацию материалов (BOM).
• САПР печатных плат (Cadence).
• Корпус для производства печатных плат.
• Схему расположения компонентов на печатной плате.
• Файлы Arduino.
• Файлы Mbed.

С помощью этих файлов мы можем полностью воссоздать этот модуль с минимальными усилиями. Для разработки программного обеспечения предусмотрена специальная поддержка Arduino, а также поддержка других ядер mbed.

Подключение MAXREFDES117 к Arduino

Подключение оптического модуля измерения частоты сердечных сокращений MAXREFDES117 к плате Arduino осуществляется легко благодаря встроенной системе стабилизации напряжения и преобразователю уровней. В этом разделе представлено полное руководство по подключению MAXREFDES117 к Arduino.

Схема подключений представлена в следующей таблице.

Контакт MAXREFDES117	Контакт Arduino UNO	Функция
VIN	5V	Питание
GND	GND	Общий провод (земля)
SCL	A5 (SCL)	Линия тактового сигнала I2C
SDA	A4 (SDA)	Линия передачи данных I2C

Как видите, подключение достаточно несложное.

Аппаратное обеспечение

Что касается аппаратной части, соединения очень простые. Но, как я уже упоминал, модуль не очень удобен для макетной платы, поэтому я использую перфорированную плату, чтобы сделать его совместимым с макетной платой. Это потому, что я использую этот модуль только для обучающих материалов по сопряжению. В противном случае, можно использовать прямую пайку.

Соединения довольно простые. Давайте рассмотрим их подробнее:

Питание

Встроенный понижающий преобразователь MAX1921 принимает входное напряжение от 2 В до 5,5 В, что делает модуль датчика MAXREFDES117 совместимым как с системами 3,3 В, так и с системами 5 В без внешней стабилизации напряжения. В данном случае Arduino использует 5 В, поэтому мы можем напрямую подключить MAXREFDES117 к контактам 5 В и GND платы Arduino Uno. Схема подключения выглядит следующим образом: 

Модуль датчика → Arduino UNO
VIN → 5V
GND → GND

I2C-соединение

Нам не нужно беспокоиться об уровне напряжения на сигнальных выводах, поскольку имеется встроенный преобразователь уровня напряжения (MAX14595). Схема подключения выглядит следующим образом:

Сенсорный модуль → Arduino UNO
SCL → SCL [A5]
SDA → SDA [A4]

Теперь перейдем к собственно аппаратным соединениям, где я использую перфорированную плату для подключения датчика к макетной плате, а затем подключаю Arduino к макетной плате.

Программирование работы с MAXREFDES117 в Arduino IDE 

Для программирования проекта MAXREFDES117 на Arduino доступны два подхода:

1. Используйте программное обеспечение, предоставляемое производителем по умолчанию.
2. Используйте любую другую библиотеку, доступную для MAX30102 в менеджере библиотек Arduino.

Какой бы вариант вы ни выбрали, я решил остановиться на втором.

Просто выполнив поиск в Менеджере библиотек, я нашел библиотеку от SparkFun и решил использовать ее для быстрого тестирования.

Открыв встроенные примеры, я выбрал тот, который отображает показания SpO2, и загрузил его в Arduino. Затем вы можете видеть показания в реальном времени в мониторе последовательного порта, держа палец над датчиком на модуле.

Заключение

Оптический модуль измерения частоты сердечных сокращений MAXREFDES117 представляет собой идеальный баланс компактных размеров, сверхнизкого энергопотребления и простоты интеграции в носимые системы мониторинга здоровья. Модуль поддерживает широкий диапазон напряжений (2–5,5 В), имеет встроенный преобразователь уровней и обеспечивает всестороннюю поддержку библиотеки Arduino®. Все эти функции позволяют любому легко создавать прототипы работающих систем для мониторинга частоты сердечных сокращений и SpO2. Модуль датчика MAXREFDES117 может использоваться в умных часах, фитнес-трекерах или медицинских системах мониторинга, обеспечивая при этом превосходную производительность и универсальность в любом профессиональном носимом устройстве. Четырехсторонняя схема расположения контактов модуля MAXREFDES117 не удобна для макетной платы, но оптимизирована для миниатюризации при реальном внедрении в носимые устройства.

Таким образом, мы узнали больше о сенсорном модуле MAXREFDES117. Надеемся, вы получили более полное представление об этом модуле и сможете использовать его наилучшим образом.

13 просмотров