GraftSense-基于 MAX30100 的心率血氧传感器模块(开放版)
GraftSense-基于 MAX30100 的心率血氧传感器模块(开放版)
GraftSense MAX30100 Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor Module
目录
- 简介
- 主要功能
- 硬件要求
- 文件说明
- 软件设计核心思想
- 使用说明
- 示例程序
- 注意事项
- 联系方式
- 许可协议
简介
本项目是 GraftSense 系列基于 MAX30100 的血氧心率传感器模块，属于 FreakStudio 开源硬件项目。模块通过 MAX30100 芯片实现红光与红外光检测，支持心率信号采集与血氧饱和度（SpO2）计算，适用于健康监测教学实验、生理信号采集演示、可穿戴创客项目等场景，为生理参数的数字化采集提供了便捷的硬件连接方案。
主要功能
- 血氧与心率检测：通过红光与红外光检测，支持心率信号采集与血氧饱和度（SpO2）计算。
- 标准 I2C 通信：支持标准 I2C 通信速率，默认从机地址为
0x57，兼容 3.3V 系统电平，适配主流微控制器。 - 双模式切换：支持心率模式（MODE_HR）与血氧模式（MODE_SPO2），可根据需求灵活切换。
- 参数可配置：支持采样率、LED 电流、脉冲宽度等参数配置，适配不同场景下的采集需求。
- Grove 接口兼容：遵循 Grove 接口标准，便于快速集成到各类开发平台。
硬件要求
- 核心芯片：MAX30100 脉搏血氧仪与心率传感器芯片，内置 DC-DC 5V 转 3.3V 电路、3.3V 转 1.8V 电平转换电路、电源滤波模块与电源指示灯。
- 通信接口：I2C 接口（SDA、SCL），默认从机地址
0x57，兼容 3.3V 系统电平。 -
使用规范：
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需将传感器贴合皮肤（推荐手指腹、耳垂等部位），避免缝隙/毛发遮挡光学窗口；不要用指甲盖覆盖传感器（指甲不透明，会阻断光透射），佩戴时尽量保持贴合处皮肤平整。
- 避免强光（阳光、强灯光）直射传感器（环境光会干扰光学信号）；测量时保持静止，运动/抖动会导致光强数据波动，使心率/血氧计算失真。
- 该模块为消费级精度，不能作为医疗诊断依据；保持传感器光学窗口清洁（污渍/指纹会遮挡光线），长期使用后可轻轻擦拭。
文件说明
max30100.py：MAX30100 传感器驱动文件，封装了传感器初始化、模式设置、数据读取、寄存器操作等核心功能。main.py：驱动测试与示例程序，演示了传感器初始化、红光/红外数据读取及血氧饱和度计算的完整流程。
软件设计核心思想
- 分层架构：将驱动层（硬件通信与寄存器操作）与应用层（数据计算与展示）分离，提升代码可维护性与可扩展性。
- 双模式适配：支持心率模式（MODE_HR）与血氧模式（MODE_SPO2），通过寄存器配置实现模式切换，适配不同采集需求。
- 数据缓存机制：通过本地缓冲区存储最新的红光与红外数据，便于后续心率与血氧计算，避免数据丢失。
- 错误处理机制：内置 I2C 设备扫描与传感器 ID 校验，确保硬件连接正常，避免非法操作导致的模块异常。
使用说明
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硬件连接：
-
将模块的 I2C 接口（SDA、SCL）连接至微控制器的对应引脚（示例中 SDA=GP4，SCL=GP5）。
- 为模块提供 3.3V 或 5V 供电，确保电源稳定。
- 初始化配置：
python
from machine import I2C, Pin import max30100 import time
初始化 I2C（SDA=GP4，SCL=GP5）
i2c = I2C(0, scl=Pin(5), sda=Pin(4))
扫描 I2C 设备，确认 MAX30100 连接
devices_list = i2c.scan() if 0x57 not in devices_list: raise Exception("No MAX30100 found on I2C bus")
初始化传感器并启用血氧模式
sensor = max30100.MAX30100(i2c=i2c) sensor.enable_spo2()
3. **数据读取与计算**：
```python
while True:
# 读取传感器数据
sensor.read_sensor()
# 获取红光与红外数据
red = sensor.red
ir = sensor.ir
# 计算血氧饱和度（示例公式，可根据需求优化）
if ir:
spo2 = 100 - 25 * (red / ir)
print(f"SpO2: {spo2:.2f}% | Red: {red} | IR: {ir}")
time.sleep_ms(200)
示例程序
# MicroPython v1.27.0
from machine import I2C, Pin
import max30100
import time
# 上电延时
time.sleep(3)
print("FreakStudio: MAX30100 Pulse Oximeter Test")
# 初始化 I2C
i2c = I2C(0, scl=Pin(5), sda=Pin(4))
# 扫描 I2C 设备
devices_list = i2c.scan()
print(f"I2C devices found: {[hex(d) for d in devices_list]}")
if 0x57 not in devices_list:
raise Exception("MAX30100 not detected!")
# 初始化传感器
sensor = max30100.MAX30100(i2c=i2c)
sensor.enable_spo2()
# 打印传感器信息
print(f"Part ID: {sensor.get_part_id()}, Revision ID: {sensor.get_rev_id()}")
# 主循环读取数据
while True:
sensor.read_sensor()
red = sensor.red
ir = sensor.ir
if ir:
spo2 = 100 - 25 * (red / ir)
print(f"SpO2: {spo2:.2f}% | Red: {red} | IR: {ir}")
time.sleep_ms(200)
注意事项
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使用规范：
-
测量时需将传感器紧密贴合皮肤（如手指腹），避免光线泄漏；保持静止，避免强光直射。
- 模块为消费级精度，不可用于医疗诊断，仅适用于教学实验与创客项目。
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硬件保护：
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避免在模块工作时频繁插拔电源，防止芯片损坏。
- 定期清洁传感器光学窗口，避免污渍/指纹遮挡光线影响检测精度。
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数据优化：
-
示例中的血氧计算公式为简化版本，实际应用中可根据 MAX30100 芯片手册优化算法，提升计算精度。
联系方式
如有任何问题或需要帮助，请通过以下方式联系开发者：
📧 邮箱：liqinghsui@freakstudio.cn
💻 GitHub：https://github.com/FreakStudioCN
许可协议
MIT License
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Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
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