【花雕学编程】Arduino动手做（253）---MAX30100脉搏血氧模块

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百五十三：MAX30100血氧手腕心率脉搏检测心跳传感器模块

MAX30100 脉搏血氧仪和心率传感器是一款基于 I2C 的低功耗即插即用生物识别传感器。学生、业余爱好者、工程师、制造商以及希望将实时心率数据融入他们项目的游戏和移动开发者都可以使用它。

MAX30100 Module 硬件概述
该模块采用 MAX30100 – Analog Devices 的现代集成脉搏血氧仪和心率传感器 IC。它结合了两个 LED、一个光电探测器、优化的光学元件和低噪声模拟信号处理，以检测脉搏血氧饱和度 （SpO2） 和心率 （HR） 信号。

MAX30100 模块硬件概述 IC 和 LED
在右侧，MAX30100有两个 LED——一个 RED LED 和一个 IR LED。左边是一个非常灵敏的光电探测器。这个想法是，您一次照射一个 LED，检测照射回探测器的光量，然后根据特征，您可以测量血氧水平和心率。

功率要求

MAX30100 芯片需要两种不同的电源电压：IC 为 1.8V，红色和红外 LED 为 3.3V。因此，该模块带有 3.3V 和 1.8V 稳压器。这允许您将模块连接到任何具有 5V、3.3V 甚至 1.8V 电平 I/O 的微控制器。

MAX30100 最重要的特性之一是其低功耗：MAX30100 在测量过程中消耗的电流不到 600μA。此外，还可以将 MAX30100 置于待机模式，此时它仅消耗 0.7μA。这种低功耗允许在电池供电的设备中实现，例如手机、可穿戴设备或智能手表。

片上温度传感器

MAX30100 具有片上温度传感器，可用于补偿环境变化和校准测量结果。这是一款相当精确的温度传感器，可测量 -40°C 至 +85°C 范围内的“芯片温度”，精度为 ±1°C。

I2C 接口

该模块使用简单的双线 I2C 接口与微控制器通信。它有一个固定的 I2C 地址：0xAEHEX（用于写入作）和 0xAFHEX（用于读取作）。

FIFO 缓冲器

MAX30100 嵌入了一个 FIFO 缓冲区，用于存储数据样本。FIFO 有一个 16 个样本的存储库，这意味着它可以容纳多达 16 个 SpO2 和心率样本。FIFO 缓冲器可以减轻微控制器从传感器读取每个新数据样本的负担，从而节省系统功耗。

中断

MAX30100 可以编程以生成中断，允许主机微控制器在传感器收集数据时执行其他任务。可以为 5 个不同的源启用中断：

• Power Ready ： 在通电时或掉电后触发。
• SpO2 数据就绪 ：在收集每个 SpO2 数据样本后触发。
  
• 心率数据就绪 ：在收集每个心率数据样本后触发。
• Temperature Ready ：当内部芯片温度转换完成时触发。
• FIFO Almost Full ：当 FIFO 已满且未来数据即将丢失时触发。
  

INT 线路是开漏线，因此它被板载电阻器拉高。当中断发生时， INT 引脚变为低电平并保持低电平，直到中断被清除。

脉搏血氧仪和心率传感器MAX30100如何工作？
MAX30100 或任何光学脉搏血氧仪和心率传感器由一对高强度 LED（RED 和 IR，波长不同）和一个光电探测器组成。这些 LED 的波长分别为 660nm 和 880nm。

MAX30100 脉搏检测 光电容积脉搏图
MAX30100的工作原理是将两种光线照射到手指或耳垂上（或者基本上是皮肤不太厚的任何地方，因此两种光线都可以轻松穿透组织）并使用光电探测器测量反射光的量。这种通过光进行脉搏检测的方法称为光电容积脉搏图。

MAX30100的工作可分为两部分：心率测量和脉搏血氧饱和度（测量血液的氧含量）。

心率测量
动脉血中的含氧血红蛋白 （HbO2） 具有吸收红外光的特性。血液越红（血红蛋白越高），吸收的红外光就越多。随着每次心跳，血液通过手指泵送，反射光的量会发生变化，从而在光电探测器的输出端产生变化的波形。当您继续照射光线并获取光电探测器读数时，您很快就会开始获得心跳 （HR） 脉搏读数。

脉搏血氧仪
脉搏血氧仪的原理是，吸收的红光和红外光的量根据血液中的氧气量而变化。下图是含氧血红蛋白 （HbO2） 和脱氧血红蛋白 （Hb） 的吸收光谱。

Hb 和 Hbo2 的吸收光谱
从图中可以看出，脱氧血液吸收更多的红光 （660nm），而含氧血液吸收更多的红外光 （880nm）。通过测量光电探测器接收到的红外光和红光的比率，可以计算出血液中的氧含量 （SpO2）。

实验模块接线示意图