基于STM32的血氧仪(2)

一、简介

续上部分，我们已经介绍了硬件设计和软件框图，接下来进行软件的编写和实物演示

二、软件设计

2.1软件设计框图

2.2 MAX30102驱动编写

2.2.1时钟配置

设置系统时钟源和分频系数，使得STM32能够正常工作。

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

2.2.2外设初始化

开启需要使用的外设时钟，并进行相应的GPIO口、LCD等外设初始化。

	//使用模拟SPI
	
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

LCD屏初始化

void max30100_init(void)
{
	max30100_Bus_Write(0x06, 0x0b);  //mode configuration : temp_en[3]      MODE[2:0]=010 HR only enabled    011 SP02 enabled

	max30100_Bus_Write(0x01, 0xF0); //open all of interrupt
	max30100_Bus_Write(INTERRUPT_REG, 0x00); //all interrupt clear
	max30100_Bus_Write(0x09, 0x33); //r_pa=3,ir_pa=3
	
max30100_Bus_Write(0x02, 0x00); //set FIFO write Pointer reg = 0x00 for clear it
	max30100_Bus_Write(0x03, 0x00);	//set Over Flow Counter  reg = 0x00 for clear it
	max30100_Bus_Write(0x04, 0x0F);	//set FIFO Read Pointer  reg = 0x0f for   
											//waitting  write pointer eq read pointer   to   interrupts  INTERRUPT_REG_A_FULL
}

MAX30100驱动程序

单片机通过I2C总线与传感器模块通信，获取血氧、心率等数据。

//血液检测信息更新
void blood_data_update(void)
{
	uint16_t temp_num=0;
	uint16_t fifo_word_buff[1][2];
	
	temp_num = max30100_Bus_Read(INTERRUPT_REG);
	
	//标志位被使能时 读取FIFO
	if (INTERRUPT_REG_A_FULL&temp_num)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
		//读取FIFO
		max30100_FIFO_Read(0x05,fifo_word_buff,1); //read the hr and spo2 data form fifo in reg=0x05
		
		//将数据写入fft输入并清除输出
		for(int i = 0;i < 1;i++)
		{
			if(g_fft_index < FFT_N)
			{
				s1[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][0];
				s1[g_fft_index].imag= 0;
				s2[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][1];
				s2[g_fft_index].imag= 0;
				g_fft_index++;
			}
		}
		//信息更新标志位
		g_blooddata.update++;
	}
	else
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
	}
}

1.硬件初始化模块：包括时钟配置、外设初始化等。

2.数据处理模块：对采集到的数据进行处理，计算出血氧值和心率等指标，并将其显示在LCD等界面上。

3.通信模块：可以通过UART方式与其他设备进行通信，将数据上传至PC端进行分析。

2.2.3计算血氧值和心率值

根据采集到的SPO2数据和心率数据，进行相应的计算，得出血氧值和心率值。

2.2.3.1 双波长光吸收比值计算

双波长光吸收比值计算是血氧值计算算法的第一步，它通过传感器模块采集的红光和红外线信号，计算出其在不同波长下的吸收比值。一般需要进行以下几个步骤：

1.获取红光和红外线信号：

temp_num = max30100_Bus_Read(INTERRUPT_REG);

2.血氧饱和度计算：根据双波长光吸收比值和相关系数，计算出血氧饱和度。

		//解平方
		for(int i = 0;i < FFT_N;i++) 
		{
			s1[i].real=sqrtf(s1[i].real*s1[i].real+s1[i].imag*s1[i].imag);
			s2[i].real=sqrtf(s2[i].real*s2[i].real+s2[i].imag*s2[i].imag);
		}

3.计算红光和红外线信号比值：将红光和红外线信号分别除以一个参考值（如环境光强度），得到其相对强度，再将两者相除，得到红光/红外线信号比值。

 	       //心率计算
			uint16_t Heart_Rate = 60 * SAMPLES_PER_SECOND * 
														s2_max_index / FFT_N;
			
			g_blooddata.heart = Heart_Rate - 10;
			
			//血氧含量计算
			float sp02_num = (s2[s1_max_index].real * s1[0].real)
											/(s1[s1_max_index].real * s2[0].real);
			
			sp02_num = (1 - sp02_num) * SAMPLES_PER_SECOND + CORRECTED_VALUE;
			
			g_blooddata.SpO2 = sp02_num;

4.对比值进行滤波

对红光/红外线信号比值进行直流滤波处理，降低采集噪声和干扰。

    //前8次求平均值
	for(int i = 0;i < 8;i++)
	{
		hbag  += s1[g_fft_index - 8 + i].real;
		hboag += s2[g_fft_index - 8 + i].real;
	}
		
	//直流滤波
	hbag_d = dc_filter(hbag,&hbdc) / 8;
	hboag_d = dc_filter(hboag,&hbodc) / 8;
	
	//高度数据
	float hbhight  = 0;
	float hbohight = 0;
	
	//比例与偏置
	hbhight  = (-hbag_d / 40.0) + 5;
	hbohight  = (-hboag_d / 40.0) + 5;
	
	//高度数据幅度限制
	hbhight = (hbhight > 27) ? 27 : hbhight;
	hbhight = (hbhight < 0) ?  0 : hbhight;
	
	hbohight = (hbohight > 27) ? 27 : hbohight;
	hbohight = (hbohight < 0) ?  0 : hbohight;
	
	//将数据发布到全局
	g_BloodWave.Hp = hbhight;
	g_BloodWave.HpO2 = hbohight;

2.2.4显示数据

将计算得到的血氧值和心率值，显示在LCD等界面上

//测试显示血液信息
void tft_test_display(void)
{
	uint8_t str[50];

	if (g_blooddata.display == 1)
	{
		g_blooddata.display = 0;
		
		//显示血氧信息
		sprintf((char *)str,"heart = %3d",g_blooddata.heart);
		Gui_DrawFont_GBK16(8,8,0x00FF,BLACK,str);
		
		//显示心率信息
		sprintf((char *)str,"SpO2 = %3.1f",g_blooddata.SpO2);
		Gui_DrawFont_GBK16(8,26,0x00FF,BLACK,str);
		
		//显示状态信息
		if(g_blooddata.state)
		{
			sprintf((char *)str,"ERROR     ");
			Gui_DrawFont_GBK16(8,44,0xF000,BLACK,str);
		}
		else
		{
			sprintf((char *)str,"NORMAL    ");
			Gui_DrawFont_GBK16(8,44,0x07E0,BLACK,str);
		}
	}
}

三、实物演示

审核编辑：汤梓红