Pulsímetro y oxímetro con Arduino y MAX30102 Deja un comentario
¿Qué es un MAX30102?
El MAX30102 es un sensor del fabricante Maxim Integrated que incorpora las funciones de pulsímetro y oxímetro en un único integrado que podemos usar junto con un procesador como Arduino.
La serie MAX3010x es un sensor óptico, que basa su funcionamiento en el distinto comportamiento que la sangre tiene ante la luz, en función de su grado de saturación de oxígeno.
Para ello, el MAX30102 incorpora dos LED, uno de espectro rojo y otro de infrarrojo. El MAX30102 se pone sobre la piel, por ejemplo en el dedo o la muñeca. El sensor detecta la luz reflejada, y determina el grado de saturación.
La comunicación con el MAX30102 se realiza a través de bus I2C, por lo que es muy sencillo conectarlo a un procesador como Arduino.
Anuncio:
El MAX30102 requiere una doble alimentación de 1.8V para la lógica, y 3V3 para los leds. Normalmente lo encontraremos en módulos de 5V que incorporan la adaptación de nivel necesaria.
El MAX30102 es un sensor es ampliamente usado en proyectos domésticos. Un ejemplo frecuente y vistoso es emplearlo junto a una pantalla OLED para visualizar el pulso.
Precio
Los MAX30102 son sensores bastante baratos. Podemos encontrar módulos por unos 1,65€ en vendedores internacionales de Ebay y Aliexpress.
Existen distintos tipos de módulos. Evitad comprar los que son verdes, tienen un defecto de diseño que hace que no funcionen correctamente.
Si tenéis uno de estos módulos verdes, puede que consigáis hacerlo funcionar eliminando las resistencias de la siguiente imagen.
¿Cómo funciona un MAX30102?
La pulsioximetría óptica es un método no invasivo para determinar el porcentaje de saturación de oxigeno en sangre. Su funcionamiento se basa en que la hemoglobina (Hb) y la hemoglobina saturada (oxihemoglobina, HbO2) tienen distintos coeficientes de absorción de luz para distintas longitudes de onda.
La sangre oxigenada absorbe mayor cantidad de luz infrarroja, mientras que la sangre poco oxigenada absorbe mayor luz roja. En partes del cuerpo donde la piel es suficiente fina y bajo la que pasan vasos sanguíneos, es posible emplear esta diferencia para determinar el grado de saturación.
El MAX30102 incorpora dos LED, uno de espectro rojo (660nm) y otro de infrarrojo (880nm), así como fotodiodos para medir la luz reflejada y un ADC de 18 bits y frecuencia de muestreo de 50sps (samples per second) a 3200sps.
También dispone de la electrónica necesaria para la amplificación y filtrado de la señal, cancelación de luz ambiental y rechazo a frecuencias de 50-60Hz (luz artificial) y compensación de temperatura.
El consumo del módulo es de hasta 50mA durante la medición, aunque la intensidad puede ajustarse programación, con un modo de bajo consumo de 0.7µA durante las mediciones.
Esquema de montaje
La conexión es sencilla, simplemente alimentamos el módulo desde Arduino mediante GND y 5V y conectamos el pin SDA y SCL de Arduino con los pines correspondientes del MAX30102.
Mientras que la conexión vista desde el lado de Arduino quedaría así.
Ejemplos de código
La lectura del MAX30102 puede ser algo compleja ya que implica bastante tratamiento de señal para obtener valores significativos.
Existen varias librerías para facilitarnos su uso. Una de ellas es la librería desarrollada por SparkFun, disponible en https://github.com/sparkfun/SparkFun_MAX3010x_Sensor_Library.
La librería es compatible con los sensores MAX30100, MAX30102 y MAX30105, aunque este último tiene un sensor adicional verde que el resto no tienen. Proporciona ejemplos de código, que resulta aconsejable revisar. Los siguientes ejemplos, por ejemplo, son modificaciones están basados a partir de los disponibles en la librería.
Pulsómetro y oxímetro
El siguiente ejemplo muestra el código necesario para obtener los valores de saturación y pulso cardíaco con el MAX30102.
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
|
#include
#include “MAX30105.h”
#include “spo2_algorithm.h”
MAX30105 particleSensor;
#define MAX_BRIGHTNESS 255
#if defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega168__)
//Arduino Uno doesn’t have enough SRAM to store 100 samples of IR led data and red led data in 32-bit format
//To solve this problem, 16-bit MSB of the sampled data will be truncated. Samples become 16-bit data.
uint16_t irBuffer[100]; //infrared LED sensor data
uint16_t redBuffer[100]; //red LED sensor data
#else
uint32_t irBuffer[100]; //infrared LED sensor data
uint32_t redBuffer[100]; //red LED sensor data
#endif
int32_t bufferLength; //data length
int32_t spo2; //SPO2 value
int8_t validSPO2; //indicator to show if the SPO2 calculation is valid
int32_t heartRate; //heart rate value
int8_t validHeartRate; //indicator to show if the heart rate calculation is valid
byte pulseLED = 11; //Must be on PWM pin
byte readLED = 13; //Blinks with each data read
void setup()
{
Serial.begin(115200); // initialize serial communication at 115200 bits per second:
pinMode(pulseLED, OUTPUT);
pinMode(readLED, OUTPUT);
// Initialize sensor
if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) //Use default I2C port, 400kHz speed
{
Serial.println(F(“MAX30105 was not found. Please check wiring/power.”));
while (1);
}
Serial.println(F(“Attach sensor to finger with rubber band. Press any key to start conversion”));
while (Serial.available() == 0) ; //wait until user presses a key
Serial.read();
byte ledBrightness = 60; //Options: 0=Off to 255=50mA
byte sampleAverage = 4; //Options: 1, 2, 4, 8, 16, 32
byte ledMode = 2; //Options: 1 = Red only, 2 = Red + IR, 3 = Red + IR + Green
byte sampleRate = 100; //Options: 50, 100, 200, 400, 800, 1000, 1600, 3200
int pulseWidth = 411; //Options: 69, 118, 215, 411
int adcRange = 4096; //Options: 2048, 4096, 8192, 16384
particleSensor.setup(ledBrightness, sampleAverage, ledMode, sampleRate, pulseWidth, adcRange); //Configure sensor with these settings
}
void loop()
{
bufferLength = 100; //buffer length of 100 stores 4 seconds of samples running at 25sps
//read the first 100 samples, and determine the signal range
for (byte i = 0 ; i < bufferLength ; i++)
{
while (particleSensor.available() == false) //do we have new data?
particleSensor.check(); //Check the sensor for new data
redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
irBuffer[i] = particleSensor.getIR();
particleSensor.nextSample(); //We’re finished with this sample so move to next sample
Serial.print(F(“red=”));
Serial.print(redBuffer[i], DEC);
Serial.print(F(“, ir=”));
Serial.println(irBuffer[i], DEC);
}
//calculate heart rate and SpO2 after first 100 samples (first 4 seconds of samples)
maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, bufferLength, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);
//Continuously taking samples from MAX30102. Heart rate and SpO2 are calculated every 1 second
while (1)
{
//dumping the first 25 sets of samples in the memory and shift the last 75 sets of samples to the top
for (byte i = 25; i < 100; i++)
{
redBuffer[i – 25] = redBuffer[i];
irBuffer[i – 25] = irBuffer[i];
}
//take 25 sets of samples before calculating the heart rate.
for (byte i = 75; i < 100; i++)
{
while (particleSensor.available() == false) //do we have new data?
particleSensor.check(); //Check the sensor for new data
digitalWrite(readLED, !digitalRead(readLED)); //Blink onboard LED with every data read
redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
irBuffer[i] = particleSensor.getIR();
particleSensor.nextSample(); //We’re finished with this sample so move to next sample
//send samples and calculation result to terminal program through UART
Serial.print(F(“red=”));
Serial.print(redBuffer[i], DEC);
Serial.print(F(“, ir=”));
Serial.print(irBuffer[i], DEC);
Serial.print(F(“, HR=”));
Serial.print(heartRate, DEC);
Serial.print(F(“, HRvalid=”));
Serial.print(validHeartRate, DEC);
Serial.print(F(“, SPO2=”));
Serial.print(spo2, DEC);
Serial.print(F(“, SPO2Valid=”));
Serial.println(validSPO2, DEC);
}
//After gathering 25 new samples recalculate HR and SP02
maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, bufferLength, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);
}
}
|
Anuncio:
