Modulo sensore pulsossimetro e frequenza cardiaca MAX30100

Il MAX30100 è una soluzione sensore per la misurazione di SpO2 e della frequenza cardiaca. Combina due LED', un fotodetettore, ottiche ottimizzate e un’elaborazione analogica del segnale a basso rumore per rilevare i segnali di pulsossimetria e frequenza cardiaca.

Puoi utilizzare questo sensore con qualsiasi microcontrollore come Arduino, ESP8266 o ESP32 e misurare facilmente i parametri di salute del paziente. Questo economico sensore pulsossimetrico fai-da-te può essere utilizzato in molteplici applicazioni se sei un principiante o un appassionato di elettronica.

Il sensore MAX30100 può misurare l’ossigeno nel sangue e la frequenza cardiaca. Possiamo usare qualsiasi display, come un display LCD 16x2, per visualizzare il valore di SpO2 e BPM. La concentrazione di ossigeno nel sangue, chiamata SpO2, viene misurata in percentuale e la frequenza cardiaca/pulsazione viene misurata in BPM.

dimensioni: 30 * 20 mm

Più su questo modulo

Dispone di un ossimetro avanzato e di un sensore di frequenza cardiaca, che funziona grazie a due LED integrati, un elemento fotosensibile e un front-end analogico avanzato ad alta precisione e a basso rumore, per misurazioni pulite e accurate.

Posizionando ad esempio un dito indice sulla parte superiore del sensore, puoi ottenere sia la frequenza cardiaca sia la saturazione di ossigeno nel sangue tramite l’interfaccia I2C.

Funzioni come l’Ambient Light Cancellation (ALC) e i filtri temporali discreti assicurano che la luce ambientale o 50/60Hz non interferiscano con le misurazioni.

Una delle caratteristiche principali di questo dispositivo è il basso consumo energetico: è possibile impostare il dispositivo in modalità Standby, dove ha un consumo molto ridotto.

Nel complesso, questo modulo è quindi una soluzione ideale per varie applicazioni legate alla frequenza cardiaca e a SpO2, nonché per lo sviluppo di nuovi algoritmi per la lettura dei parametri del sangue basati sulle proprietà di assorbimento del rosso e dell’infrarosso del corpo umano, principalmente per la saturazione di ossigeno arterioso nel sangue (SpO2) e la frequenza cardiaca (HR).

Come funziona la misurazione SpO2 basata sulla luce LED IR e rossa con questo sensore MAX30100

La misurazione della saturazione di ossigeno dell’emoglobina (HbO2) tramite l’assorbimento della luce rossa e IR dei componenti pulsanti fu introdotta nel 1935 da Karl Matthes, un medico tedesco. All’inizio non c’erano buoni fotodetettori e, al loro posto, veniva utilizzata la banda IR, la banda verde dello spettro luminoso. Con il progresso della tecnologia, sono stati sviluppati metodi di rilevamento della luce più affidabili e la luce verde è stata sostituita dalla luce IR. Oggi algoritmi avanzati consentono la separazione tra i segnali del sangue arterioso pulsante e del sangue venoso in movimento, permettendo misurazioni più accurate e affidabili. Il sensore su questo modulo, il MAX30100, è un moderno IC integrato per pulsossimetro e sensore di frequenza cardiaca.

Questo sensore ha due LED integrati con i LED ROSSO e IR, utilizzati per emettere le rispettive lunghezze d’onda. Le lunghezze d’onda di questi LED sono rispettivamente 660nm e 880nm. La luce riflessa viene rilevata da un elemento fotodetettore rosso/IR e campionata da un ADC delta-sigma a 16 bit a basso rumore. Il front-end analogico del sensore MAX30100 è dotato di una sezione Ambient Light Cancellation (ALC), che elimina l’inquinamento luminoso dall’elemento fotodetettore. L’ADC a 16 bit viene filtrato da un filtro temporale discreto per evitare interferenze e ronzio a 50/60Hz. La frequenza di campionamento in uscita può essere regolata da 50 Hz a 1 kHz. È presente anche un sensore di temperatura, che può essere utilizzato per compensare le variazioni dell’ambiente e calibrare le misurazioni.

Il sensore MAX30100 dispone del buffer FIFO, profondo 16 parole. Il buffer FIFO memorizza i valori misurati e può generare un’interruzione quando il buffer è pieno, consentendo alla MCU host di eseguire altre attività mentre i dati vengono raccolti dal sensore.

I driver LED integrati sono controllati con impulsi di larghezza selezionabile: gli impulsi possono variare da 200 µs a 1600 µs. La larghezza dell’impulso influisce sulla profondità di bit ADC disponibile e sulla frequenza di campionamento. La larghezza dell’impulso di 1600 µs consente una risoluzione massima di 16 bit con la frequenza di campionamento più alta di 1 ksps, mentre la larghezza dell’impulso di 200 µs consente solo 100 sps per una risoluzione di 16 bit. Riducendo la risoluzione a 13 bit, è possibile la piena velocità di campionamento di 1 ksps. Il controllo della larghezza dell’impulso LED, insieme alla corrente LED programmabile, consente di ottimizzare la precisione di misurazione e il consumo energetico. L’alimentazione per i LED proviene direttamente dalla rail da 3,3V della mikroBUS™.

Per migliorare le misurazioni, il sensore MAX30100 utilizza un sensore di temperatura. Si tratta di un sensore di temperatura abbastanza preciso, che misura la temperatura del chip con una precisione di ±1C nell’intervallo da -40C a +85C. Questo sensore può essere letto dal suo registro dati e può essere utilizzato opzionalmente per compensare le misurazioni del sensore alle variazioni della temperatura ambiente. Tuttavia, ci sono diversi altri fattori esterni che possono influenzare la precisione del dispositivo: oltre alla temperatura, le misurazioni possono essere influenzate negativamente anche da movimenti eccessivi. Inoltre, troppa pressione può restringere il flusso sanguigno capillare e quindi ridurre l’affidabilità dei dati. Questi problemi derivano dalla natura del metodo di misurazione e devono essere presi in considerazione quando si sviluppa una propria applicazione.

Il sensore MAX30100 è alimentato dal piccolo LDO, che fornisce 1,8 V puliti e privi di ripple per la logica interna e l’elemento fotodetettore del sensore. La tensione di ingresso proviene anch’essa dalla rail di alimentazione da 3,3V della mikroBUS™.

Oltre alle linee I2C del sensore IC, instradate verso le rispettive linee mikroBUS™ SCL e SDA, anche la linea di interrupt del sensore è collegata al pin INT della mikroBUS™. Impostando il registro INT corretto, l’interrupt può essere generato e abilitato per 5 diverse sorgenti: power ready, SpO2 ready, HR ready, temp ready, FIFO full. L’interrupt power ready è abilitato per impostazione predefinita e non può essere disabilitato nel software, ma tutti gli altri interrupt possono essere disabilitati o abilitati.