将 MAX30100 脉搏血氧仪与 Arduino 连接

在这个项目中，我们将MAX30100 脉搏血氧仪传感器与 Arduino 连接起来。MAX30100 传感器能够测量血氧和心率。我们可以使用任何显示器（如16×2 LCD 显示器）来查看SpO2和BPM的值。血氧浓度（称为 SpO2）以百分比为单位测量，心跳/脉搏率以 BPM 为单位测量。

MAX30100 是一款脉搏血氧仪和心率监测传感器解决方案。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，用于检测脉搏血氧仪和心率信号。您可以将此传感器与任何微控制器（如 Arduino 、ESP8266或ESP32 ）一起使用，并轻松测量患者的健康参数。这款便宜的DIY 脉搏血氧仪传感器仅售 5 元左右，如果您是初学者或电子爱好者，它可以用于多种应用。

材料清单

以下是将 MAX30100 脉搏血氧仪传感器与 Arduino 连接所需的组件。您可以从亚马逊在线购买所有组件。组件名称以及购买链接如下。

序号成分数量
1Arduino UNO 板1
2MAX30100 脉搏血氧仪传感器1
416x2 LCD 显示屏1
5电位器10K1
6连接线10
7面包板1

脉搏血氧仪如何工作？

氧气进入肺部，然后进入血液。血液将氧气输送到我们身体的各个器官。氧气进入血液的主要方式是通过血红蛋白。在脉搏血氧仪读数期间，将一个小的夹子状装置放在手指、耳垂或脚趾上。

脉搏血氧仪的工作原理​

小光束穿过手指中的血液，测量氧气含量。它通过测量含氧或缺氧血液中光吸收的变化来实现这一点。

脉搏血氧仪的工作原理​

MAX30100脉搏血氧仪

​

该传感器是集成脉搏血氧仪和心率监测传感器解决方案。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，用于检测脉搏和心率信号。它采用1.8V和3.3V电源供电，可通过软件断电，待机电流可忽略不计，允许电源始终保持连接。

特征

1. 功耗极低（工作电压为 1.8V 和 3.3V）
2. 超低关断电流（典型值 0.7µA）
3. 快速数据输出能力
4. 接口类型：I2C

MAX30100 脉搏血氧仪和心率传感器的工作原理

该设备有两个 LED，一个发出红光，另一个发出红外光。测量脉搏率只需要红外光。红光和红外光都用于测量血液中的氧气含量。

当心脏泵血时，由于血液量增加，含氧血液会增加。当心脏放松时，含氧血液的量也会减少。通过了解含氧血液增加和减少之间的时间，可以确定脉搏率。

事实证明，含氧血液吸收更多的红外光并传递更多的红光，而缺氧血液吸收红光并传递更多的红外光。这是 MAX30100 的主要功能：它读取两种光源的吸收水平并将其存储在可通过I2C通信协议读取的缓冲区中。

将 MAX30100 脉搏血氧仪传感器与 Arduino 连接

现在让我们将 MAX30100 脉搏血氧仪传感器与 Arduino 连接并在串行监视器中显示值。电路图和连接非常简单。您可以遵循相同的方法。

将 MAX30100 脉搏血氧仪传感器与 Arduino 连接​

将 MAX30100 的 Vin 引脚连接到 Arduino 的5V或3.3V引脚，将 GND 连接到 GND。将 MAX30100 的 I2C 引脚（即SCL 和 SDA）连接到Arduino 的A5 和 A4 。

MAX30100 Arduino 连接​

源代码/程序

用于将MAX30100 脉搏血氧仪与 Arduino接口的源代码/程序是用 Arduino IDE 的 C 程序编写的。此代码将在串行监视器中显示值。复制此代码并将其上传到 Arduino 板。

但在此之前，请从这里下载MAX30100 库：
Arduino MAX30100 库

#include <Wire.h>
#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
 
#define REPORTING_PERIOD_MS     1000
 
PulseOximeter pox;
uint32_t tsLastReport = 0;
 
void onBeatDetected()
{
    Serial.println("Beat!");
}
 
void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.print("Initializing pulse oximeter..");
 
    // Initialize the PulseOximeter instance
    // Failures are generally due to an improper I2C wiring, missing power supply
    // or wrong target chip
    if (!pox.begin()) {
        Serial.println("FAILED");
        for(;;);
    } else {
        Serial.println("SUCCESS");
    }
     pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA);
 
    // Register a callback for the beat detection
    pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
}
 
void loop()
{
    // Make sure to call update as fast as possible
    pox.update();
    if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) {
        Serial.print("Heart rate:");
        Serial.print(pox.getHeartRate());
        Serial.print("bpm / SpO2:");
        Serial.print(pox.getSpO2());
        Serial.println("%");
 
        tsLastReport = millis();
    }
}

上传代码后，打开串行监视器以查看图像中所示的值。最初，BPM 和 SpO2 值显示为不正确的值，但很快您就可以观察到正确的稳定读数。

​

在 LCD 显示屏上显示 MAX30100 SpO2 和 BPM 值

现在让我们使用16X2 LCD 显示器而不是串行监视器来查看BPM 和 SpO2的值。按照下面的电路图组装电路。

MAX30100 Arduino液晶显示屏​

将 MAX30100 的 Vin 引脚连接到 Arduino 5V 或 3.3V 引脚，将 GND 连接到 GND。将 MAX30100 的 I2C 引脚、SCL 和 SDA 连接到 Arduino 的 A5 和 A4。同样，将 LCD 引脚 1、5、16 连接到 Arduino 的 GND，将 2、15 连接到 5V VCC。同样，将 LCD 引脚 4、6、11、12、13、14 连接到 Arduino 引脚 13、12、11、10、9、8。在 LCD 的引脚 3 处使用 10K 电位器来调整 LCD 的对比度。

​

源代码/程序

#include <LiquidCrystal.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
 
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);
 
#define REPORTING_PERIOD_MS     1000
 
PulseOximeter pox;
uint32_t tsLastReport = 0;
 
void onBeatDetected()
{
    Serial.println("Beat!");
}
 
void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.print("Initializing pulse oximeter..");
    lcd.begin(16,2);
    lcd.print("Initializing...");
    delay(3000);
    lcd.clear();
 
    // Initialize the PulseOximeter instance
    // Failures are generally due to an improper I2C wiring, missing power supply
    // or wrong target chip
    if (!pox.begin()) {
        Serial.println("FAILED");
        for(;;);
    } else {
        Serial.println("SUCCESS");
    }
     pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA);
 
    // Register a callback for the beat detection
    pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
}
 
void loop()
{
    // Make sure to call update as fast as possible
    pox.update();
    if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) {
        Serial.print("Heart rate:");
        Serial.print(pox.getHeartRate());
        Serial.print("bpm / SpO2:");
        Serial.print(pox.getSpO2());
        Serial.println("%");
 
        lcd.clear();
        lcd.setCursor(0,0);
        lcd.print("BPM : ");
        lcd.print(pox.getHeartRate());
        
        lcd.setCursor(0,1);
        lcd.print("SpO2: ");
        lcd.print(pox.getSpO2());
        lcd.print("%");
 
        tsLastReport = millis();
    }
}

MAX30100 不工作故障排除

如果您购买了下图所示的 MAX30100 模块，那么它可能无法工作，因为它存在严重的设计问题。MAX30100 IC 使用 1.8V 作为 VDD，而此特定模块使用两个调节器来实现此电压。

MAX30100 电路不工作

这没什么问题。但是，如果你仔细观察，SCL 和 SDA 引脚通过 4.7k 欧姆电阻上拉至 1.8V！这意味着它无法与逻辑电平更高的微控制器很好地配合使用。

有两种方法可以解决此问题并使 MAX30100 工作。

第一种方法

解决方案是从电路板上移除电阻器（下图中圈出的部分），并将外部 4.7k 欧姆电阻器连接到 SDA、SCL 和 INT 引脚。

移除所有 4.7K 电阻后，将 INT、SDA、SCL 引脚连接到外部 4.7K 上拉电阻。

MAX30100 无法正常工作修复

第二种方法

如果不喜欢第一种方法，可以使用第二种方法解决这个问题。只需在红十字位置切断路径并制作一个跳线，如黄线所示。跳线不需要绝缘线。您可以从绞合线中取出镀锡绞线。电路板上覆盖有保护罩，并且不会与铜灌注短路。

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