基于MAX30100传感器心率检测实现的作品报告解答

1、学年度实践学期学生实践报告年 月曰项目名称: 指导教师: 课 题:别:专业班级: 学 号: 学生姓名:本学期的小学期实践设计项目作品，为基于单片机 MCI开发箱的心率传感器开发， 该主体采用lAP 15W4K58S4型号MCU单片机作为本项目的开发系统，以及基于MAX30100芯片的传感器。电源供配采用 MCI开发箱自带的恒压电源， 数据显示采用由两片HC595动态驱动的8 个数码管。考虑到对本项目作品的使用与数据采样处理，本人采用最高具有16 位精度的MAX30100芯片传感器作为主要的心率数据采集模块，MAX30100芯片内部集成 ADC数据转换,以及多个可读写寄存器，本作品主要操作其中的

2、FIFO寄存器进行数据采集。同时MAX30100芯片传感器属于 I2C 接口器件，故在程序开发中，采用 I2C 接口协议进行。关键词：单片机MCI开发箱；MAX3O1O0传感器；HC595 FIFO寄存器；I2C ；免责申明：本报告为本人作为学生所作报告，报告中个别部分（图片、伪代码、芯片介绍等）存在局部摘取他人成果，本人已做出作品后现发出本报告纯为分享学习，不做他途，故请大家善取善用。13、项目目的1.1 、项目目的1.2 、项目目标 二、项目内容及硬件设计2.1 、系统器件介绍2.2 、各电路模块 三、软件设计3.1 、程序开发使用软件3.2 、程序流程图3.3 、代码示例（ main 函

3、数部分）3.4 、算法问题及分析3.4.1、关于整体代码框架中存在的问题3.4.2、关于对MAX3010a芯片的硬件驱动3.4.3、关于在驱动 FIFO 时需要注意的细节3.4.4、关于对项目硬件调试四、总结与展望10五、附录11作品图片11一、项目目的及目标1.1 、项目目的：随着人类的科技文明发展的进步，人们越发开始关注人们自身生活的质量及健康安全，为何人而随可穿戴设备及物联网的发展， 心率统计也从此开始全面进入人们的视野及生活。们关注心率统计 ?事实上，心率数据可以反映人身的多项健康指标，诸如在睡眠情况、运动时所处状态，甚至也能根据对人身实时的心率数据来跟踪人的内心情绪的波动。也同时揭开

4、本项目的选题方向， 紧扣时代及社会热点，在设计研究上，对算法的深入， 了可穿戴设备的神秘面纱，让我们更接近实际学习应用的学习及实践。1.2 、项目目标：在本项目的设计实践中， 本小组成员都期待在硬件设计完备的基础上， 通过对 MAX30100芯片的深入，进而自主设计心率算法及软件框架来实现较为准确的心率检测。二、项目内容及硬件设计2.1、系统器件介绍:本次项目作品，主体米用MAX30100传感器芯片模块，及MCU单片机开发箱，其中该器件集成有两个 LED 一个MAX3010Q是一款集成有脉搏血氧仪和心率监测传感器的模块。光电探测器，经过优化的光学器件和低噪声模拟信号处理器，可检测脉搏血氧及心率

5、信号。MAX30100采用1.8V和3.3V的电源电压。可通过软件来关断电源，待机模式下的电流消耗量可忽略不计，因而可以始终保持电源连接。典型应用有健身辅助设备、医疗监控设备和可 穿戴设备。其中，MAX30100电路整体视图如下:MV mZ翼!頃圈:二鱼S 匡可 PV.二.so話H呻art rate旧U5十JNI區re T 亍< A * _Kt-KmdrDv.crxri h神 RC.v i h8MCU单片机开发箱，是具备 IAP15W4K58S4型号MCI芯片的单片机开发箱，箱上具有由两片HC595动态驱动的8个数码管，及4*4物理按键，及两个中断物理按键。以上两个都支持I2C接口。2.

6、2、各电路模块:三、软件设计3.1、程序开发使用软件:本项目程序开发所使用软件为Keil for C51的v4版本，及STC公司所提供的芯片烧写软件。其中，本小组在此提出几点注意事项。在本项目的程序开发过程中，本小组成员发现,在程序的功能扩展中， 对所使用的程序开发软件有一定要求。本程序代码基本超出未激活版本Keil for C51 所给的空间，所以在对代码多进行优化，同时即使节程序开发中，既要求程序开发人员对程序空间要节约使用,约使用，在程序开发末期也可能出现空间溢出，所以也要求程序开发软件处于激活状态，如 此才能得到更多的空间资源。另外在程序烧写过程中，要求操作开发人员依据程序烧写流程进行

7、，由此避免硬件不必要的损坏，及实验错误等。3.2、程序流程图:3.3 、软件设计 （main 函数部分 ） ：int main() u8 i;P0M1 = 0; P0M0 = 0; / 设置为准双向口P1M1 = 0; P1M0 = 0; / 设置为准双向口P2M1 = 0; P2M0 = 0; / 设置为准双向口P3M1 = 0; P3M0 = 0; / 设置为准双向口P4M1 = 0; P4M0 = 0; / 设置为准双向口P5M1 = 0; P5M0 = 0; / 设置为准双向口P6M1 = 0; P6M0 = 0; / 设置为准双向口P7M1 = 0; P7M0 = 0; / 设置为准

8、双向口display_index = 0;/INT1 Enable/INT0 EnableIE1 = 0; /外中断 1 标志位 IE0 = 0; / 外中断 0 标志位 EX1 = 1;EX0 = 1;IT0 = 1;IT1 = 1;/INT0 下降沿中断/INT1 下降沿中断EA = 1;/允许总中断/Timer0 set as 1T, 16 bits timer auto-reload,/使用 Timer0 的 16MCU 主时钟频率时 ,自动定时于 1ms.AUXR = 0x80;位自动重装来产生 1ms 节拍 ,程序运行于这个节拍下 , 用户修改TH0 = (u8)(Timer0_R

9、eload / 256); TL0 = (u8)(Timer0_Reload % 256);ET0 = 1; /Timer0 interrupt enable TR0 = 1;EA = 1;/Timer0 run/允许总中断/Timer0_Reload Timer 0 中断频率 , 1000 次 /秒 1ms /通过 % / 分别获取高低位时钟值 u8 无符号 8 字节整型 /时钟中断使能/时钟运行for(i=0; i<8; i+) LED8i = 0x21; / 上电消隐KeyHoldCnt = 0; /键按下计时KeyCode = 0; /给用户使用的键码 , 116 有效IO_Ke

10、yState = 0;IO_KeyState1 = 0;IO_KeyHoldCnt = 0;cnt50ms = 0; msecond = 0; ns = 0;n = 0;f = 0;K = 2;Hr_state = 1;while(1)if(+cnt50ms >= 10) /20ms 扫描一次行列键盘/*/cnt50ms = 0;IO_KeyScan();if(KeyCode != 0)/有键按下if(KeyCode = 17) K = 0;if(KeyCode = 21)K = 1;if(KeyCode = 25) K = 2;KeyCode = 0;if(+msecond = 200

11、 && K = 0) msecond = 0;ReadMAX30100_Temp();DisplayMAX30100_Temp();if(+msecond = 200 && K = 1) msecond = 0;ReadMAX30100_SpO2();DisplayMAX30100_SpO2();if(f && Hr_state) f = 0;ReadMAX30100_Hr();DisplayMAX30100_Hr();3.4 、算法问题及分析：在本项目中， 由于在硬件的设计及准备上的完备， 在项目进行的过程中， 所遇见的问题 基本集中于本项目的

12、算法设计及软件程序的框架设计之上。在以下的问题列举与分析中，主要提及重要部分。3.4.1 、 关于整体代码框架中存在的问题在整体代码框架中， 如 3.2 中的程序流程图所示， 基本采用分段式的各部分模块执行而 行进，再通过时钟及外设（诸如键盘，或心率采样行为）的中断来响应及作出反馈。其中， 在时钟中断中，由于 MAX30100芯片的硬件设计，基本都存在对时钟延时的需要，一为确保采样准确，二为实现硬件的时钟响应兼容。而正由于此，当时钟延时积累超出一定范围时，对时钟中断的设计要求则不得不通过补偿方式，不断调试修正。 另外， 时钟延时也在一定程度上影响外设的响应。所以，在整体代码框架中，非常需要注意

13、在循环、中断、反馈及实际 硬件影响。342、关于对MAX30100芯片的硬件驱动：通过查看MAX30100芯片手册，以下给出关于对MAX30100关键部分的FIFO读写的伪代码。伪代码，示例如下：Pseudo-Code Example of Reading Data from FIFO/ 从 FIFO 中读取数据的伪代码示例First transaction： Get the FIFO_WR_PTR：/ 第一次交易：获得 fifo_wr_ptr ：START;Send device address + write modeSend address of FIFO_WR_PTR; REPEATE

14、D_START;Send device address + read mode Read FIFO_WR_PTR;STOP;The central processor evaluates the number of samples to be read from the FIFO: / 中央处理器评估从 FIFO 读取的样本数量：NUM_A VAILABLE_SAMPLES = FIFO_WR_PTR - FIFO_RD_PTR(Note: pointer wrap around should be taken into account)NUM_SAMPLES_TO_READ =< le

15、ss than or equal to NUM_A VAILABLE_SAMPLES >Second transaction: Read NUM_SAMPLES_TO_READ samples from the FIFO: / 第二次交易：从 FIFO 读取 num_samples_to_read 样品：START;Send device address + write modeSend address of FIFO_DATA;REPEATED_START;Send device address + read modefor (i = 0; i < NUM_SAMPLES_TO_

16、READ; i+) Read FIFO_DATA;Save IR15:8;Read FIFO_DATA;Save IR7:0;Read FIFO_DATA;Save R15:8;Read FIFO_DATA;Save R7:0;STOP;Third transaction: Write to FIFO_RD_PTR register. If the second transaction was successful, / 第三次交易：写 fifo_rd_ptr 寄存器。如果第二次交易成功，FIFO_RD_PTR points to the next sample in the FIFO, an

17、d this third transaction is not necessary./ fifo_rd_ptr 指向 FIFO 的下一个样品，这第三次交易不是必要的。Otherwise, the processor updates the FIFO_RD_PTR appropriately, so that the samples are reread./ 另外，处理器适当地更新 fifo_rd_ptr ，使得样品得以重读。START;Send device address + write mode Send address of FIFO_RD_PTR;Write FIFO_RD_PTR;S

18、TOP;83.4.3 、关于在驱动 FIFO 时需要注意的细节：在写MAX30100芯片硬件驱动时主要问题在于对FIFO的操作上，在此需要注意的细节主要体现在，在使用 IIC 协议对 FIFO 的寄存器进行操作时，首先根据项目需求，如采集样本数及精度等，配置 config寄存器，接着需要对 FIFO的各个寄存器进行清零（写 0x00）,其中包括写寄存器、读寄存器、计数寄存器和数据寄存器，最后才进行写操作或读操作。3.4.4 、关于对项目硬件调试在程序基本完成时， 由于要在实际环境下完成心率数据的采集及处理，所以在硬件调试中，必然根据实际测得数据，计算出实际测量误差，再由此修改调节在中断、延时、反馈、采集数量、样本精度等过程中的数据参数。硬件调试中，重点注意误差分析。本项目的实验误差，一体现在实验操作，二体现在数据处理及算法优化上。所以，在实验操作上，要求实验人员多次重复，控制操作流程；在数据处理及算法优化上， 要求程序开发人员对数据误差进行分析并由此进行修正，另外，算法优化必须建立在实际硬件基础之上， 诸如在中断、 扫描、 延时上， 需要根据实际测量结果进行优化。12四、总结与展望经过组内成员的团首先，这次小组成员一起参加本次实践确实是一次收获很大的经历， 结协作， 最终完成