MAX30100 Pulsoximeter Herzfrequenz-Sensormodul

Der MAX30100 ist eine Sensorlösung für SpO2- und Herzfrequenzmessung. Er kombiniert zwei LED's, einen Fotodetektor, optimierte Optik und rauscharme analoge Signalverarbeitung, um Pulsoximetrie- und Herzfrequenzsignale zu erkennen.

Sie können diesen Sensor mit jedem Mikrocontroller wie Arduino, ESP8266 oder ESP32 verwenden und die Gesundheitsparameter des Patienten ganz einfach messen. Dieser günstige DIY-Pulsoximetersensor kann in mehreren Anwendungen verwendet werden, wenn Sie Anfänger oder Elektronikliebhaber sind.

Der MAX30100-Sensor kann Blutsauerstoff und Herzfrequenz messen. Wir können jedes Display wie ein 16x2 LCD-Display verwenden, um den Wert von SpO2 und BPM anzuzeigen. Die Sauerstoffkonzentration im Blut, SpO2 genannt, wird in Prozent gemessen und die Herzfrequenz/Pulsfrequenz wird in BPM gemessen.

Maße: 30 * 20 mm

Mehr über dieses Modul

Verfügt über einen fortschrittlichen Oximeter- und Herzfrequenzsensor, der auf zwei integrierten LED's, einem lichtempfindlichen Element und einer sehr präzisen, fortschrittlichen analogen Frontend-Schaltung mit geringem Rauschen basiert, für saubere und genaue Messungen.

Durch z. B. das Platzieren eines Zeigefingers auf der Oberseite des Sensors können Sie sowohl die Herzfrequenz als auch die Sauerstoffsättigung im Blut über die I2C-Schnittstelle abrufen.

Funktionen wie die Ambient Light Cancellation (ALC) und die diskreten Zeitfilter sorgen dafür, dass weder Umgebungslicht noch 50/60Hz die Messungen stören.

Eines der wichtigsten Merkmale dieses Geräts ist der geringe Stromverbrauch: Es ist möglich, das Gerät in den Standby-Modus zu versetzen, in dem es einen sehr niedrigen Stromverbrauch hat.

Alles in allem ist dieses Modul also eine ideale Lösung für verschiedene Herzfrequenz- und SpO2-bezogene Anwendungen sowie für die Entwicklung neuer Algorithmen zum Auslesen von Blutparametern auf Basis der roten und infraroten Absorptionseigenschaften des menschlichen Körpers, hauptsächlich für die arterielle Blutsauerstoffsättigung (SpO2) und Herzfrequenz (HR).

Wie funktioniert die SpO2-Messung auf Basis von IR- und Rot-LED-Licht mit diesem MAX30100-Sensor

Die Messung der Hämoglobin-Sauerstoffsättigung (HbO2) durch die Absorption des roten und IR-Lichts der pulsierenden Komponenten wurde 1935 von Karl Matthes, einem deutschen Arzt, eingeführt. Anfangs gab es keine guten Fotodetektoren, und stattdessen wurde das IR-Band, das grüne Band des Lichtspektrums, verwendet. Mit dem Fortschritt der Technologie wurden zuverlässigere Methoden der Lichterkennung entwickelt und das grüne Licht durch das IR-Licht ersetzt. Heute ermöglichen fortschrittliche Algorithmen die Trennung zwischen den Signalen des pulsierenden arteriellen Blutes und des sich bewegenden venösen Blutes, wodurch genauere und zuverlässigere Messungen möglich sind. Der Sensor auf diesem Modul, der MAX30100, ist ein modernes, integriertes Pulsoximeter- und Herzfrequenzsensor-IC.

Dieser Sensor hat zwei integrierte LED's mit den ROTEN und IR-LED's, die verwendet werden, um die jeweiligen Wellenlängen auszusenden. Die Wellenlängen dieser LED's betragen jeweils 660nm und 880nm. Das reflektierte Licht wird von einem Rot/IR-Fotodetektorelement erfasst und von einem rauscharmen 16-Bit-Delta-Sigma-ADC abgetastet. Das analoge Frontend des MAX30100-Sensors verfügt über einen Ambient Light Cancellation (ALC)-Abschnitt, der Lichtverschmutzung des Fotodetektorelements eliminiert. Der 16-Bit-ADC wird durch einen diskreten Zeitfilter gefiltert, um 50/60Hz-Interferenzen und Brummen zu verhindern. Die Ausgangsabtastfrequenz kann von 50 Hz bis 1 kHz angepasst werden. Es gibt auch einen Temperatursensor, der verwendet werden kann, um Änderungen in der Umgebung zu kompensieren und die Messungen zu kalibrieren.

Der MAX30100-Sensor verfügt über den FIFO-Puffer, 16 Wörter tief. Der FIFO-Puffer speichert die gemessenen Werte und kann einen Interrupt erzeugen, wenn der Puffer voll ist, sodass die Host-MCU andere Aufgaben ausführen kann, während die Daten vom Sensor erfasst werden.

Die integrierten LED-Treiber werden mit Pulsen mit wählbarer Breite betrieben: Die Pulse können von 200 µs bis 1600 µs variieren. Die Breite des Pulses beeinflusst die verfügbare ADC-Bittiefe und die Abtastfrequenz. Die Pulsbreite von 1600 µs ermöglicht eine maximale Auflösung von 16 Bit bei der höchsten Abtastfrequenz von 1 ksps, während die Pulsbreite von 200 µs nur 100 sps für eine Auflösung von 16 Bit zulässt. Durch die Reduzierung der Auflösung auf 13 Bit wird die volle Abtastrate von 1 ksps möglich. Die Steuerung der LED-Pulsbreite zusammen mit dem programmierbaren LED-Strom sorgt für eine Optimierung der Messgenauigkeit und des Stromverbrauchs. Die Versorgung für die LED's kommt direkt von der 3,3V-Schiene des mikroBUS™.

Zur Verbesserung der Messungen verwendet der MAX30100-Sensor einen Temperatursensor. Dies ist ein recht genauer Temperatursensor, der die Chiptemperatur mit einer Genauigkeit von ±1C im Bereich von -40C bis +85C misst. Dieser Sensor kann aus seinem Datenregister ausgelesen werden und kann optional verwendet werden, um die Sensormessungen für Schwankungen der Umgebungstemperatur zu kompensieren. Es gibt jedoch verschiedene andere externe Faktoren, die die Genauigkeit des Geräts beeinflussen können: Neben der Temperatur können die Messungen auch durch übermäßige Bewegung negativ beeinflusst werden. Auch zu viel Druck kann den kapillaren Blutfluss verengen und dadurch die Zuverlässigkeit der Daten verringern. Diese Probleme ergeben sich aus der Natur der Messmethode und sollten bei der Entwicklung einer eigenen Anwendung berücksichtigt werden.

Der MAX30100-Sensor wird von dem kleinen LDO versorgt, der saubere und wellenfreie 1,8 V für die interne Logik und das Fotodetektorelement des Sensors liefert. Die Eingangsspannung stammt ebenfalls von der 3,3V-Stromschiene des mikroBUS™.

Neben den I2C-Leitungen des Sensor-IC, die zu den jeweiligen mikroBUS™ SCL- und SDA-Leitungen geführt werden, wird auch die Interrupt-Leitung des Sensors zum mikroBUS™ INT-Pin geführt. Durch das Setzen des richtigen INT-Registers kann der Interrupt für 5 verschiedene Quellen erzeugt und aktiviert werden: power ready, SpO2 ready, HR ready, temp ready, FIFO full. Der power ready-Interrupt ist standardmäßig aktiviert und kann in der Software nicht deaktiviert werden, aber alle anderen Interrupts können deaktiviert oder aktiviert werden.