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--- heartratemonitors [2023/07/24 09:42]
wangzihao
+++ heartratemonitors [2023/07/26 17:55] (当前版本)
wangzihao [5. 参考案例]
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 心率传感器是一种用于测量人体心跳率的传感器。它可以通过监测心脏的电活动或血流来提供实时的心率数据，并将心率数据转换为电信号或数字信号。心率是指心脏每分钟跳动的次数，通常以“bpm”（每分钟跳动次数）为单位。
-{{ :max30102.jpg?300 |}}
+{{:max30102.jpg?300| }}{{ :xd-58c_pulse_sensor.jpg?500|}}
+图1：max30102光电式心率血氧传感器、XD-58C Pulse Sensor脉冲传感器
 ### 2. 心率传感器是如何工作的？
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 PPG测量原理：通过电容灯光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号，再经过电信号转换成数字信号，再根据血液的吸光率算出心率。简化测量过程就是：发射光——转换成电信号——转换成数字信号。
+{{ :optical_heart_rate_sensor.png?500 |}}
-![img](https://file.elecfans.com/web1/M00/85/E9/o4YBAFx3a_2AZsHNAASu-mPkKC0854.png)
+图2：光学心率传感器的基本结构与运行
-图 1：光学心率传感器的基本结构与运行
 光学心率传感器使用四个主要技术元件来测量心率：
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 - 算法 - 算法能够处理来自AFE和加速计的信号，然后将处理后的信号叠加到PPG波形上，由此可生成持续的、运动容错心率数据和其他生物计量数据。
-{{:xd-58c_pulse_sensor.jpg?400|}}
-图 2：XD-58C Pulse Sensor
 光学心率传感器可生成测量心率的PPG波形并将该心率数据作为基础生物计量值，但是利用PPG波形可以测量的对象远不止于此。图3是经过简化的PPG信号，该信号代表了多个生物计量的测量结果。
-![img](https://file.elecfans.com/web1/M00/85/E9/o4YBAFx3a_6AJaahAAMcOLoJaNU559.png)
+{{ :ppg_waveform.png?600 |}}
 图 3：典型的PPG波形
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 ##### 光学心率传感器选择绿光作为光源的原因
-{{:sunshine.jpg?600|}}
+{{ :sunshine.jpg?600 |}}
 图 4：光谱
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 . 虽然现在大部分智能穿戴设备采用绿光作为光源，但是字考虑到皮肤情况的不同（肤色、汗水），高端产品会根据情况自动使用绿光、红光和红外光等多种光源进行心率测量。
-{{:optical_hrm_circuit.png?500|}}
+{{ :optical_hrm_circuit.png?500 |}}
-图 5 光电式心率传感电路
+图 5: 光电式心率传感电路
 #### 电极式心率传感器
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 ### 4. 主要的心率传感器供应商
-- [Maxim Integrated](https://www.maximintegrated.com/en/storefront/storefront.html)
+- [Maxim Integrated](https://www.maximintegrated.com/en/storefront/storefront.html):Maxim Integrated是一家知名的集成电路设计和生产公司，提供多种心率传感器芯片和模块。其中，MAX30102是一款常见的心率传感器模块，集成了红外LED、红光LED和光电传感器，适用于便携设备和健康监测设备等应用。
-- [Texas Instruments（TI）](https://www.ti.com.cn/zh-cn/data-converters/integrated-special-function/medical-afes/biosensing-afes/products.html)
+- [Texas Instruments（TI）](https://www.ti.com.cn/zh-cn/data-converters/integrated-special-function/medical-afes/biosensing-afes/products.html):TI是一家全球领先的半导体公司，提供多款生物传感器芯片和模块。AFE4404是TI的一款心率监测芯片，集成了红外LED、绿光LED、光电传感器和ADC等功能，可实现高精度的心率和血氧浓度测量。
-- [ROHM Semiconductor](https://www.mouser.cn/c/sensors/optical-sensors/light-to-frequency-light-to-voltage/)
+- [ROHM Semiconductor](https://www.mouser.cn/c/sensors/optical-sensors/light-to-frequency-light-to-voltage/):ROHM Semiconductor是一家领先的半导体制造商，其心率传感器芯片和模块在市场上得到广泛应用。BH1790GLC是ROHM的一款红外心率传感器芯片，具备运动伪影抑制和高精度测量特性。
-- [Analog Devices(ADI)](https://www.analog.com/en/parametricsearch/13051#/)
+- [Analog Devices(ADI)](https://www.analog.com/en/parametricsearch/13051#/):Analog Devices（ADI）是一家知名的模拟与数字混合信号处理技术供应商，提供多种生物传感器芯片和模块。AD8232是ADI的一款心率传感器芯片，专为心电图（ECG）采集设计，具备高性能和低功耗特点。
-- [PixArt Imaging](https://os.mbed.com/teams/PixArt/code/PixArt_PAH8011_HeartRate_NUCLEO-L476RG/)
+- [PixArt Imaging](https://os.mbed.com/teams/PixArt/code/PixArt_PAH8011_HeartRate_NUCLEO-L476RG/):PixArt Imaging是一家专注于光学传感器和图像处理技术的公司，其产品被广泛应用于健康监测和运动追踪等领域。PAH8011是PixArt的一款生物传感器模块，集成了红外和绿光LED、光电传感器以及信号处理电路，适用于心率和血氧浓度等生物参数测量。
 ### 5. 参考案例
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 [AD8232 ECG模块引脚排列，与Arduino接口，应用 (microcontrollerslab.com)](https://microcontrollerslab.com/ad8232-ecg-module-pinout-interfacing-with-arduino-applications-features/)
+**下面是个人案例，使用Mircopython编写程序驱动RP2040读取Max30102的数据。**
+####电路连接
+{{ :rp2040-max30102.png?900 |}}
+####程序代码
+驱动文件包含三个.py文件。
+- _init_.py
+- circular_buffer.py
+- 检测心率.py
+前面两个文件可在后面链接中下载：https://github.com/n-elia/MAX30102-MicroPython-driver/tree/main/max30102
+检测心率.py程序如下
+    from machine import SoftI2C, Pin, Timer
+    from utime import ticks_diff, ticks_us
+    from max30102 import MAX30102, MAX30105_PULSE_AMP_MEDIUM
+    BEATS = 0  # 存储心率
+    FINGER_FLAG = False  # 默认表示未检测到手指
+    def display_info(t):
+        # 如果没有检测到手指，那么就不显示
+        if FINGER_FLAG is False:
+            return
+        print('心率: ', BEATS)
+    def main():
+        global BEATS, FINGER_FLAG  # 如果需要对全局变量修改，则需要global声明
+        # 创建I2C对象(检测MAX30102)
+        i2c = SoftI2C(sda=Pin(16), scl=Pin(17), freq=400000)  # Fast: 400kHz, slow: 100kHz
+        # 创建传感器对象
+        sensor = MAX30102(i2c=i2c)
+        # 检测是否有传感器
+        if sensor.i2c_address not in i2c.scan():
+            print("没有找到传感器")
+            return
+        elif not (sensor.check_part_id()):
+            # 检查传感器是否兼容
+            print("检测到的I2C设备不是MAX30102或者MAX30105")
+            return
+        else:
+            print("传感器已识别到")
+        print("使用默认配置设置传感器")
+        sensor.setup_sensor()
+        # 对传感器进行设定
+        sensor.set_sample_rate(400)
+        sensor.set_fifo_average(8)
+        sensor.set_active_leds_amplitude(MAX30105_PULSE_AMP_MEDIUM)
+        t_start = ticks_us()  # Starting time of the acquisition
+        MAX_HISTORY = 32
+        history = []
+        beats_history = []
+        beat = False
+        while True:
+            sensor.check()
+            if sensor.available():
+                # FIFO 先进先出，从队列中取数据。都是整形int
+                red_reading = sensor.pop_red_from_storage()
+                ir_reading = sensor.pop_ir_from_storage()
+                if red_reading < 1000:
+                    print('No finger')
+                    FINGER_FLAG = False  # 表示没有放手指
+                    continue
+                else:
+                    FINGER_FLAG = True  # 表示手指已放
+                # 计算心率
+                history.append(red_reading)
+                # 为了防止列表过大，这里取列表的后32个元素
+                history = history[-MAX_HISTORY:]
+                # 提取必要数据
+                minima, maxima = min(history), max(history)
+                threshold_on = (minima + maxima * 3) // 4   # 3/4
+                threshold_off = (minima + maxima) // 2      # 1/2
+                if not beat and red_reading > threshold_on:
+                    beat = True
+                    t_us = ticks_diff(ticks_us(), t_start)
+                    t_s = t_us/1000000
+                    f = 1/t_s
+                    bpm = f * 60
+                    if bpm < 500:
+                        t_start = ticks_us()
+                        beats_history.append(bpm)
+                        beats_history = beats_history[-MAX_HISTORY:]   # 只保留最大30个元素数据
+                        BEATS = round(sum(beats_history)/len(beats_history), 2)  # 四舍五入
+                if beat and red_reading < threshold_off:
+                    beat = False
+    if __name__ == '__main__':
+        tim = Timer(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=display_info)
+        main()
+####运行效果
+{{ :hrm_test.png?400 |}}