Đồ án, Review Đồ án

Max30100 giao tiếp STM32, Nhịp tim, Oxy + Blynk + Oled + STM

Posted on by Điện tử Nhật Tùng
cam-bien-nhip-tim-oxy-max30100-giao-tiep-atm32-hien-thi-lcd1602-app-blynk

Max30100 giao tiếp STM32 là dùng Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 được sử dụng để đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng dụng liên quan đến y sinh, cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay với thiết kế và chất liệu mắt đo chuyên biệt từ chính hãng Maxim cho độ chính xác và độ bền cao, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C với bộ thư viện sẵn có trên Arduino rất dễ sử dụng. Cảm biến nhịp tim MAX30100 được tích hợp 16-bit sigma delta ADC và bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động chính xác và ổn định cao. Đồng thời được thiết kế nhỏ gọn có thể sử dụng làm thiết bị đeo tay và dễ dàng giao tiếp với các MCU, Arduino và Raspberry Pi.   

 

Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử

 

 

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc nhịp tim và oxy Max30100 giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch đọc nhịp tim và oxy Max30100 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4….. Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng.

Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C. review-do-an-stm-stm32f103

Thông tin khác

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp.

 

các ứng dụng của vi điều khiển

b. Sơ lược về STM32:

  • 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.
  • 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.
  • Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.
  • Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.
  • Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
  • Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.
  • Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.
  • Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2.
review-do-an-stm-stm32f103-nguyen-bang

c.Thông số kỹ thuật STM32

  • Vi điều khiển: STM32F103C8T6.
  • Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính.
  • Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz.
  • Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC.
  • Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,…
  • Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset.
  • Kích thước: 53.34 x 15.24mm
  •  Sử dụng với các mạch nạp:
    • ST-Link Mini
    • J-link
    • USB TO COM
  • Kết nối chân khi nạp bằng ST-Link Mini
  • Nạp theo chuẩn SWD
    • TCK — SWCLK
    • TMS — SWDIO
    • GND — GND
    • 3.3V — 3.3V

d. Cấu hình 

  • ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
  • Bộ nhớ:
    • 64 kbytes bộ nhớ Flash(bộ nhớ lập trình).
    • 20kbytes SRAM.
  • Clock, reset và quản lý nguồn.
    • Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
    • Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector (PVD).
    • Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz.
    • Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
    • Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
  • Trong trường hợp điện áp thấp:
    • Có các mode :ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
    • Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính.
  • 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ.
    • Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V.
    • Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.
    • Có cảm biến nhiệt độ nội.
  • DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU.
    • 7 kênh DMA.
    • Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
  • 7 timer.
    • 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
    • 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time..
    • 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
    • 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….
  • Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
    • 2 bộ I2C(SMBus/PMBus).
    • 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
    • 2 SPIs (18 Mbit/s).
    • 1 bộ CAN interface (2.0B Active)
    • USB 2.0 full-speed interface
  • Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:
  • 64 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
  • 20 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
  • 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

1.2 Cảm biến nhịp tim và nồng độ Oxy Max30100 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu cảm biến Max30100 giao tiếp STM32

Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 được sử dụng để đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng dụng liên quan đến y sinh, cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay với thiết kế và chất liệu mắt đo chuyên biệt từ chính hãng Maxim cho độ chính xác và độ bền cao, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C với bộ thư viện sẵn có trên Arduino rất dễ sử dụng. Cảm biến nhịp tim MAX30100 được tích hợp 16-bit sigma delta ADC và bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động chính xác và ổn định cao. Đồng thời được thiết kế nhỏ gọn có thể sử dụng làm thiết bị đeo tay và dễ dàng giao tiếp với các MCU, Arduino và Raspberry Pi. cam-bien-nhip-tim-oxy-max30100-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-app-blynk-2

b. Thông số kỹ thuật cảm biến Max30100

  • Đèn LED tích hợp
  • Nhỏ gọn 5,6mm x 2,8mm x 1,2mm được cải tiến về mặt quang học
  • Hoạt động năng lượng thấp, tăng tuổi thọ pin cho các thiết bị đeo được
  • Tốc độ mẫu có thể lập trình và dòng điện LED cho tiết kiệm điện
  • Dòng tắt máy cực thấp (0,7μA, typ)
  • Chức năng nâng cao cải thiện hiệu suất đo lường
  • SNR cao cung cấp khả năng phục hồi chuyển động mạnh mẽ
  • Tích hợp hủy ánh sáng xung quanh
  • Khả năng tỷ lệ mẫu cao
  • Khả năng xuất dữ liệu nhanh
  • Điện áp: 3.3VDC
  • IC chính: MAX30100
  • Giao tiếp: I2C, mức tín hiệu TTL

1.3 Oled cho mạch đọc nhịp tim và oxy Max30100 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng. màn hình oled 1.3in chuẩn i2c

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

màn hình oled chuẩn truyền SPI

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

  • Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
  • Công suất tiêu thụ: 0.04w
  • Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
  • Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
  • Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
  • Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
  • Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
  • Driver: SH1106
  • Kích thước 1.3 inch (128x64px)
  • Góc nhìn tối đa: 160°
  • Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
  • Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,

Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

1.4 App Blynk cho mạch đọc nhịp tim và oxy Max30100 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

  • Blynk là một nền tảng với các ứng dụng điện thoại thông minh cho phép bạn có thể dễ dàng tương tác với bộ vi điều khiển như: Arduino, Esp8266, Esp32 hoặc Raspberry qua Internet.
  • Blynk App là một bảng điều khiển kỹ thuật số cho phép bạn có thể xây dựng giao diện đồ họa cho dự án của mình bằng cách kéo và thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp thiết kế sẵn.
  • Blynk không bị ràng buộc với một số bo hoặc shield cụ thể. Thay vào đó, nó hỗ trợ phần cứng mà bạn lựa chọn. Cho dù Arduino hoặc Raspberry Pi của bạn được liên kết với Internet qua Wi-Fi, Ethernet hoặc chip ESP8266, Blynk sẽ giúp bạn kết nối và sẵn sàng cho các dự án IoT.
  • Blynk Server – chịu trách nhiệm về tất cả các giao tiếp giữa điện thoại thông minh và phần cứng. Bạn có thể sử dụng Blynk Cloud hoặc chạy cục bộ máy chủ Blynk riêng của mình. Nó là mã nguồn mở, có thể dễ dàng xử lý hàng nghìn thiết bị và thậm chí có thể được khởi chạy trên Raspberry Pi.
  • Thư viện Blynk – dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến – cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và lệnh đi.
  • Mỗi khi bạn nhấn một nút trong ứng dụng Blynk, thông điệp sẽ truyền đến không gian của đám mây Blynk, và tìm đường đến phần cứng của bạn.

cam-bien-nhip-tim-oxy-max30100-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-app-blynk  

b. Tính năng

  • API và giao diện người dùng tương tự cho tất cả phần cứng và thiết bị được hỗ trợ
  • Kết nối với đám mây bằng cách sử dụng:
    • Wifi
    • Bluetooth và BLE
    • Ethernet
    • USB (Nối tiếp)
    • GSM
    • …
  • Bộ Widget dễ sử dụng
  • Thao tác ghim trực tiếp mà không cần viết mã
  • Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng ghim ảo
  • Theo dõi dữ liệu lịch sử qua tiện ích SuperChart
  • Giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị sử dụng Bridge Widget
  • Gửi email, tweet, push notification…

c. Hoạt động app blynk

  • Blynk được thiết kế cho IoT. Nó có thể điều khiển phần cứng từ xa, nó có thể hiển thị dữ liệu cảm biến, nó có thể lưu trữ dữ liệu, trực quan hóa và làm nhiều thứ hay ho khác.
  • Có ba thành phần chính trong nền tảng:
  • Ứng dụng Blynk – cho phép bạn tạo giao diện cho các dự án của mình bằng cách sử dụng các widget khác nhau.
  • Blynk Server – chịu trách nhiệm về tất cả các giao tiếp giữa điện thoại thông minh và phần cứng. Bạn có thể sử dụng Blynk Cloud hoặc chạy cục bộ máy chủ Blynk riêng của mình. Nó là mã nguồn mở, có thể dễ dàng xử lý hàng nghìn thiết bị và thậm chí có thể được khởi chạy trên Raspberry Pi.
  • Thư viện Blynk – dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến – cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và lệnh đi.

2. Hướng dẫn đồ án Max30100 giao tiếp STM32 hiển thị LCD1602

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

cam-bien-nhip-tim-oxy-max30100-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-app-blynk-3

Phần mềm

#include <Wire.h>
#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
#define BLYNK_PRINT Serial
#include <Blynk.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
#include "Wire.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "OakOLED.h"

#define REPORTING_PERIOD_MS 1000

OakOLED oled;

char auth[] = "N-81lOStH83VwUeNuKHOzpLVzqjFXhHO";             // You should get Auth Token in the Blynk App.
char ssid[] = "dientunhatttung";                                     // Your WiFi credentials.
char pass[] = "0967551477";

// Connections : SCL PIN - D1 , SDA PIN - D2 , INT PIN - D0
PulseOximeter pox;
float BPM, SpO2;
uint32_t tsLastReport = 0;
const unsigned char bitmap [] PROGMEM=
{
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x80, 0x18, 0x00, 0x0f, 0xe0, 0x7f, 0x00, 0x3f, 0xf9, 0xff, 0xc0,
0x7f, 0xf9, 0xff, 0xc0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xe0, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0,
0xff, 0xf7, 0xff, 0xf0, 0xff, 0xe7, 0xff, 0xf0, 0xff, 0xe7, 0xff, 0xf0, 0x7f, 0xdb, 0xff, 0xe0,
0x7f, 0x9b, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x3b, 0xc0, 0x00, 0x3f, 0xf9, 0x9f, 0xc0, 0x3f, 0xfd, 0xbf, 0xc0,
0x1f, 0xfd, 0xbf, 0x80, 0x0f, 0xfd, 0x7f, 0x00, 0x07, 0xfe, 0x7e, 0x00, 0x03, 0xfe, 0xfc, 0x00,
0x01, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x00, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x00, 0x7f, 0xe0, 0x00, 0x00, 0x3f, 0xc0, 0x00,
0x00, 0x0f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
};

void onBeatDetected()
{
    Serial.println("Beat Detected!");
    oled.drawBitmap( 60, 20, bitmap, 28, 28, 1);
    oled.display();
}

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    oled.begin();
    oled.clearDisplay();
    oled.setTextSize(1);
    oled.setTextColor(1);
    oled.setCursor(0, 0);
    oled.println("Initializing pulse oximeter..");
    oled.display();
 
    pinMode(16, OUTPUT);
    Blynk.begin(auth, ssid, pass);
    Serial.print("Initializing Pulse Oximeter..");
    if (!pox.begin())
    {
         Serial.println("FAILED");
         oled.clearDisplay();
         oled.setTextSize(1);
         oled.setTextColor(1);
         oled.setCursor(0, 0);
         oled.println("FAILED");
         oled.display();
         for(;;);
    }
    else
    {
         oled.clearDisplay();
         oled.setTextSize(1);
         oled.setTextColor(1);
         oled.setCursor(0, 0);
         oled.println("SUCCESS");
         oled.display();
         Serial.println("SUCCESS");
         pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
    }
    // The default current for the IR LED is 50mA and it could be changed by uncommenting the following line.

     //pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA);
}

void loop()
{
    pox.update();
    Blynk.run();
    BPM = pox.getHeartRate();
    SpO2 = pox.getSpO2();
     if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS)
    {
        Serial.print("Heart rate:");
        Serial.print(BPM);
        Serial.print(" bpm / SpO2:");
        Serial.print(SpO2);
        Serial.println(" %");
        Blynk.virtualWrite(V7, BPM);
        Blynk.virtualWrite(V8, SpO2);
    
        oled.clearDisplay();
        oled.setTextSize(1);
        oled.setTextColor(1);
        oled.setCursor(0,16);
        oled.println(pox.getHeartRate());
        oled.setTextSize(1);
        oled.setTextColor(1);
        oled.setCursor(0, 0);
        oled.println("Heart BPM");
        oled.setTextSize(1);
        oled.setTextColor(1);
        oled.setCursor(0, 30);
        oled.println("Spo2");
        oled.setTextSize(1);
        oled.setTextColor(1);
        oled.setCursor(0,45);
        oled.println(pox.getSpO2());
        oled.display();
        tsLastReport = millis();
    }
}

3. Hoạt động của mạch đọc nhịp tim và Oxy Max30100 giao tiếp STM32

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ cảm biến nhịp tim và nồng độ Oxy Max30100 trong máu đưa vào. Khi nhận tín hiệu từ cảm biến Max30100 giao tiếp STM32 vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu sau đó hiển thị giá trị nhịp tim và nồng độ Oxy lên màn hình Oled đồng thời gửi lên điện thoại App Blynk dùng wifi theo yêu cầu đã được lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch đọc nhịp tim và Oxy Max30100 giao tiếp STM32:

 

Chúc các bạn thành công…!!!

Điện tử Nhật Tùng

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *