传感器技术 课件 项目8任务1 可穿戴电子产品中传感器综合应用

8.1可穿戴电子产品中传感器综合应用Contents目

录

任务描述与要求1

任务内容2工程实践常见气拓展

拓展实践3内容简介：传感器应用综合实践是指将传感器技术与实际应用场景相结合，通过设计、搭建和测试传感器系统来解决现实问题的实践活动。这种实践旨在利用传感器技术对环境、物体或事件进行监测和测量，并将获取的数据用于控制、判定、诊断、预警等目的。项目背景1.任务描述与要求任务具体描述：

引导案例：2022年12月中旬，疫情管控全面解除，引发人们对“白肺”现象的关注。这带动了便携指夹式血氧仪的需求激增，价格迅速上涨。图8.1血氧仪方案1.任务描述与要求任务描述：结合案例，动手设计并制作一款简单的血氧检测仪

任务要求：要求1：依据任务描述设计并绘制系统原理框图；要求2：绘制MAX30102生物传感器的模块电路原理图；要求3：绘制血氧仪软件系统运行流程图；要求4：MAX30102生物传感器的模块程序编写；要求5：硬件组装与项目调试；要求6：培养细致操作、遵循流程的大师素养；要求7：培养追求探索、永不放弃的精神。2.任务内容1.血氧仪简介血氧仪主要测量指标分别为脉率、血氧饱和度、灌注指数（PI）。2.脉搏血氧仪如何工作？氧气通过进入肺部然后进入血液，血红蛋白是主要的携氧分子。脉搏血氧仪使用红光和近红外光作为射入光源，在手指、耳垂或脚趾上测定通过的光传导强度，以计算血红蛋白浓度和血氧饱和度（SpO2）。正常情况下，人体动脉血的血氧饱和度应≥98%，大于95％被认为是正常，90%以下表示供氧不足。脉搏血氧仪工作原理图脉搏血氧仪氧含量对比图3.系统总体结构设计(1)系统功能可测量人体指标脉率；可测量人体指标血氧饱和度；显示屏实时显示测量的各项指标。(2)系统原理框图本系统由STM32单片机核心板电路+MAX30102生物传感器电路+温湿度传感器+显示电路组成。通过MAX30102生物传感器检测人手指，近红外光作为射入光源，测定光传导强度，计算出血液中的血红蛋白浓度及血氧饱和度（SpO2）。通过MAX30102生物传感器检测人手指，使血液中的血氧受光的照射而吸收，称为红外光吸收法。当光吸收器吸收血里的红外光时，血中就会形成瞬时电位，这一电位就是一次心跳，记录和监测到心律的变化，从而知道心跳的频率。lcd1602实时显示血氧浓度、心率以及环境温湿度。2.任务内容2.任务内容实践练习：现增加一个WiFi模块，请参数上图，绘制出新的系统原理框图系统原理框图2.1

MAX30102传感器简介MAX30102生物传感器简介（1）MAX30102生物传感器简介MAX30102是一款集成了脉搏血氧和心率监测功能的生物传感器模块。它具有660nm红光LED、880nm红外光LED、光电检测器和低噪声电子电路，同时具备环境光抑制功能。（2）MAX30102生物传感器产品参数MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的3.3V用于内部LED的电源，标准的I2C兼容的通信接口。MAX30102生物传感器产品参数2.1MAX30102生物传感器简介光溶积法:利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血氧饱和度测量的；01光源:采用对脉动血中氧合血红蛋白(Hbo2)-和血红蛋白(Hb)有选择性的特定波长的发光极管；02透光率转化为电信号:动脉搏动充血积委化导致够束光的透光性发生改变，此时由光电变换接收经人体组织反身光线转变为电信号并将其放大放出。03（3）原理说明2.1MAX30102生物传感器简介

（4）引脚名称1、VIN:主电源输入端，1.8V-5V；2、3位焊盘:选择总线上的拉电平，取决于引脚主控3、电压，可选1.8V端或者3.3V端(此端包含3.3V及以上)；3、SCL:接12C总线的时钟；4、SDA:接12C总线的数据；5、INT:MAX30102芯片的中断引脚；6、RD:MAX30102芯片的REDLED接地端，一般不接；7、IRD:MAC30102芯片的IRLED接地端，一般不接；8、GND:接地线。MAX30102生物传感器引脚2.1MAX30102生物传感器简介

（5）电路原理图MAX30102生物传感器电路原理图2.1MAX30102生物传感器简介

（6）芯片内部框图

MAX30102生物传感器芯片内部框图从框图看，芯片可分为两部分，一部分为模拟信号采集电路，通过RED和IR灯发出特定波长的光，采集人体反射回来的光，经过PD管将光信号转化为电信号，最终通过18bitADC转换器转化为数字信号。

第二部分为数字处理电路，将ADC转换出来的原始数据进行滤波处理后放置于缓冲区内；单片机通过IIC接口读写芯片内部寄存器，读取出相应的数据。2.2程序设计这段代码是用于通过I2C接口向MAX30102寄存器写入数据的嵌入式控制器驱动程序。#include"max30102.h"#include"myiic.h"#definemax30102_WR_address0xAEboolmaxim_max30102_write_reg(uint8_tuch_addr,uint8_tuch_data)/*第1步：发起I2C总线启动信号*/IIC_Start();

/*第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读*/IIC_Send_Byte(max30102_WR_address|I2C_WR);/*此处是写指令*/

/*第3步：发送ACK*/if(IIC_Wait_Ack()!=0){gotocmd_fail;/*EEPROM器件无应答*/}2.2程序设计/*第4步：发送字节地址*/IIC_Send_Byte(uch_addr);if(IIC_Wait_Ack()!=0){gotocmd_fail;/*EEPROM器件无应答*/}/*第5步：开始写入数据*/IIC_Send_Byte(uch_data);/*第6步：发送ACK*/if(IIC_Wait_Ack()!=0){gotocmd_fail;/*EEPROM器件无应答*/}3.拓展实践可穿戴传感器可以实现采用多种信号的采集与传导。比如，利用金属导体和离子导体上的双电层(EDL)实现对于压力和应变的精确检测。检测的灵敏度要比传统的介电电容传感器高三个数量级。当使用离子液体作为EDL的电解质时，既可以实现电化学信号检测。根据信号类型，所有的可穿戴传感器可以分为三种:电生理、物理、和化学传感器。电生理传感器可以实现心,脑和肌肉等