Modul senzoru pulzního oxymetru a srdečního tepu MAX30100

MAX30100 je senzorové řešení pro měření SpO2 a srdečního tepu. Kombinuje dvě LED', fotodetektor, optimalizovanou optiku a nízkošumové analogové zpracování signálu pro detekci pulzní oxymetrie a signálů srdečního tepu.

Tento senzor můžete používat s libovolným mikrokontrolérem, jako je Arduino, ESP8266 nebo ESP32, a snadno měřit zdravotní parametry pacienta. Tento levný DIY senzor pulzního oxymetru lze použít v mnoha aplikacích, pokud jste začátečník nebo nadšenec do elektroniky.

Senzor MAX30100 dokáže měřit hladinu kyslíku v krvi a srdeční tep. K zobrazení hodnot SpO2 a BPM můžeme použít libovolný displej, například 16x2 LCD. Koncentrace kyslíku v krvi, nazývaná SpO2, se měří v procentech a srdeční tep/pulzní frekvence se měří v BPM.

rozměr: 30 * 20 mm

Více o tomto modulu

Disponuje pokročilým oxymetrem a senzorem srdečního tepu, který pracuje na základě dvou integrovaných LED, světlocitlivého prvku a vysoce přesného a pokročilého analogového vstupu s nízkým šumem pro čistá a přesná měření.

Například po přiložení ukazováčku na horní část senzoru můžete přes rozhraní I2C získat jak srdeční tep, tak saturaci kyslíku v krvi.

Funkce jako Ambient Light Cancellation (ALC) a diskrétní časové filtry zajišťují, že měření neruší žádné okolní světlo ani 50/60Hz.

Jednou z hlavních vlastností tohoto zařízení je nízká spotřeba energie: je možné zařízení přepnout do režimu Standby, kde má velmi nízkou spotřebu.

Celkově je tedy tento modul ideálním řešením pro různé aplikace související se srdečním tepem a SpO2, stejně jako pro vývoj nových algoritmů pro čtení krevních parametrů na základě vlastností absorpce červeného a infračerveného záření lidským tělem, především pro arteriální saturaci kyslíkem v krvi (SpO2) a srdeční tep (HR).

Jak funguje měření SpO2 na základě IR a červeného LED světla s tímto senzorem MAX30100

Měření saturace hemoglobinu kyslíkem (HbO2) pomocí absorpce červeného a IR světla z pulzujících složek bylo zavedeno v roce 1935 německým lékařem Karlem Matthesem. Zpočátku neexistovaly dobré fotodetektory a místo toho se používalo IR pásmo, zelené pásmo světelného spektra. Jak technologie postupovala, byly vyvinuty spolehlivější metody detekce světla a zelené světlo bylo nahrazeno IR světlem. Dnes pokročilé algoritmy umožňují oddělení signálů pulzující arteriální krve a pohybující se žilní krve, což umožňuje přesnější a spolehlivější měření. Senzor na tomto modulu, MAX30100, je moderní integrovaný IC pulzního oxymetru a senzoru srdečního tepu.

Tento senzor má dvě integrované LED s ČERVENOU a IR LED, které se používají k vysílání příslušných vlnových délek. Vlnové délky těchto LED jsou 660nm a 880nm. Odražené světlo je detekováno červeným/IR fotodetektorovým prvkem a vzorkováno nízkošumovým 16bitovým delta-sigma ADC. Analogový vstup senzoru MAX30100 je vybaven sekcí Ambient Light Cancellation (ALC), která eliminuje světelné znečištění fotodetektorového prvku. 16bitový ADC je filtrován diskrétním časovým filtrem, aby se zabránilo rušení a brumu 50/60Hz. Výstupní vzorkovací frekvenci lze nastavit od 50 Hz do 1 kHz. K dispozici je také teplotní senzor, který lze použít ke kompenzaci změn v okolí a ke kalibraci měření.

Senzor MAX30100 má FIFO buffer o hloubce 16 slov. FIFO buffer ukládá naměřené hodnoty a může generovat přerušení, když je buffer plný, což umožňuje hostitelskému MCU vykonávat jiné úlohy, zatímco jsou data shromažďována senzorem.

Integrované ovladače LED jsou řízeny pulzy s volitelnou šířkou: pulzy mohou být v rozsahu od 200 µs do 1600 µs. Šířka pulzu ovlivňuje dostupnou bitovou hloubku ADC a vzorkovací frekvenci. Šířka pulzu 1600 µs umožňuje maximální rozlišení 16 bitů s nejvyšší vzorkovací frekvencí 1 ksps, zatímco šířka pulzu 200 µs umožňuje pouze 100 sps pro rozlišení 16 bitů. Snížením rozlišení na 13 bitů je možné dosáhnout plné vzorkovací rychlosti 1 ksps. Řízení šířky LED pulzu spolu s programovatelným proudem LED umožňuje optimalizaci přesnosti měření a spotřeby energie. Napájení LED přichází přímo z 3,3V větve mikroBUS™.

Pro zlepšení měření využívá senzor MAX30100 teplotní senzor. Jedná se o poměrně přesný teplotní senzor, který měří teplotu čipu s přesností ±1C v rozsahu od -40C do +85C. Tento senzor lze číst z datového registru a volitelně jej použít ke kompenzaci měření senzoru při výkyvech okolní teploty. Existují však i další vnější faktory, které mohou ovlivnit přesnost zařízení: kromě teploty mohou měření negativně ovlivnit také nadměrné pohyby. Příliš velký tlak může také zúžit kapilární průtok krve a tím snížit spolehlivost dat. Tyto problémy vyplývají z povahy metody měření a je třeba je zohlednit při vývoji vlastní aplikace.

Senzor MAX30100 je napájen malým LDO, který poskytuje čistých a bezripple 1,8 V pro interní logiku a fotodetektorový prvek senzoru. Vstupní napětí také pochází z 3,3V napájecí větve mikroBUS™.

Kromě I2C linek senzorového IC, které jsou vedeny na příslušné mikroBUS™ linky SCL a SDA, je přerušovací linka senzoru vedena také na pin mikroBUS™ INT. Nastavením správného registru INT lze přerušení generovat a povolit pro 5 různých zdrojů: power ready, SpO2 ready, HR ready, temp ready, FIFO full. Přerušení power ready je ve výchozím nastavení povoleno a nelze jej v softwaru vypnout, ale všechna ostatní přerušení lze vypnout nebo zapnout.