ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30100 یک ماژول نوری کاربردی برای ساخت پروژه‌های اندازه‌گیری ضربان قلب و Pulse Oximetry است. تراشه MAX30100 در داخل خود دو LED قرمز و مادون‌قرمز، فوتودتکتور، بخش اپتیکی و مدار پردازش آنالوگ کم‌نویز را ترکیب کرده و اطلاعات اندازه‌گیری‌شده را از طریق رابط دیجیتال در اختیار میکروکنترلر قرار می‌دهد.

این ماژول برای پروژه‌های Arduino، ESP، تجهیزات پوشیدنی، پروژه‌های آموزشی، پایش فعالیت و طراحی نمونه اولیه پالس اکسیمتر گزینه‌ای شناخته‌شده است. با قرار دادن مناسب انگشت روی سنسور و پردازش داده‌های دریافتی می‌توان تغییرات جریان خون ناشی از ضربان قلب را استخراج کرد و با الگوریتم مناسب، ضربان قلب و تخمین SpO2 را محاسبه کرد.

راهنمای این صفحه

• MAX30100 چیست؟
• نحوه اندازه‌گیری ضربان قلب و SpO2
• کاربردهای سنسور MAX30100
• اتصال I2C و میکروکنترلر
• LED قرمز و مادون‌قرمز
• نکات مهم اندازه‌گیری
• مشخصات فنی
• سوالات متداول

سنسور MAX30100 چیست؟

MAX30100 یک سنسور اپتیکی یکپارچه برای تشخیص سیگنال‌های مرتبط با ضربان قلب و Pulse Oximetry است. در داخل این تراشه LED قرمز، LED مادون‌قرمز، فوتودتکتور و بخش آنالوگ پردازش سیگنال قرار گرفته‌اند تا بتوان تغییرات بسیار کوچک نور بازتاب‌شده از بافت را اندازه‌گیری کرد.

وجود این بخش‌ها در یک IC کوچک باعث می‌شود برای ساخت نمونه اولیه دستگاه‌های پوشیدنی و پروژه‌های مانیتورینگ، نیاز به طراحی جداگانه فرستنده نوری، آشکارساز و بخش بزرگی از مدار آنالوگ کاهش پیدا کند.

MAX30100 چگونه ضربان قلب را اندازه‌گیری می‌کند؟

با هر ضربان قلب، حجم خون در رگ‌های کوچک بافت به شکل بسیار جزئی تغییر می‌کند. این تغییر حجم روی میزان جذب و بازتاب نور اثر می‌گذارد. MAX30100 نور را به بافت می‌تاباند و تغییرات نور دریافت‌شده توسط فوتودتکتور را اندازه‌گیری می‌کند.

سیگنال حاصل دارای مؤلفه‌ای متناسب با ضربان قلب است. میکروکنترلر با نمونه‌برداری، فیلتر و پردازش این داده می‌تواند نقاط تکرارشونده سیگنال را تشخیص داده و مقدار تقریبی BPM یا تعداد ضربان در دقیقه را محاسبه کند.

MAX30100 چگونه اکسیژن خون را تخمین می‌زند؟

برای Pulse Oximetry از تفاوت رفتار هموگلوبین اکسیژن‌دار و بدون اکسیژن در برابر طول موج‌های مختلف نور استفاده می‌شود. MAX30100 دارای LED قرمز و مادون‌قرمز است و داده هر دو کانال را در اختیار پردازنده قرار می‌دهد.

با پردازش نسبت تغییرات سیگنال‌های RED و IR می‌توان مقدار SpO2 را تخمین زد. این محاسبه نیازمند الگوریتم مناسب است و صرف خواندن رجیسترهای سنسور به معنای در اختیار داشتن یک عدد پزشکی دقیق و کالیبره‌شده نیست.

نکته مهم: این ماژول دستگاه پزشکی نیست

ماژول MAX30100 برای توسعه، آموزش و نمونه‌سازی بسیار کاربردی است، اما یک پالس اکسیمتر پزشکی کالیبره و تأییدشده محسوب نمی‌شود. نتیجه پروژه می‌تواند تحت تأثیر الگوریتم، حرکت انگشت، فشار روی سنسور، نور محیط، محل قرارگیری، جریان LED و کیفیت تماس قرار گیرد.

بنابراین داده‌های حاصل برای تشخیص بیماری، تصمیم درمانی یا جایگزینی تجهیزات پزشکی معتبر استفاده نشوند.

کاربردهای ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30100

ارتباط ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن MAX30100 با میکروکنترلر از طریق I2C

ارتباط دیجیتال اصلی MAX30100 از طریق رابط I2C انجام می‌شود. خطوط SDA و SCL برای تبادل فرمان‌ها، تنظیم رجیسترها و دریافت نمونه‌های سنسور مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این ساختار باعث می‌شود بتوان سنسور را با طیف گسترده‌ای از میکروکنترلرها استفاده کرد. در پروژه Arduino، STM32 یا ESP باید کتابخانه یا کد مناسب برای تنظیم سنسور، دریافت FIFO و پردازش داده نوشته یا استفاده شود.

LED قرمز و مادون‌قرمز در ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن MAX30100

دو منبع نور داخلی MAX30100 یکی در محدوده قرمز و دیگری در محدوده مادون‌قرمز کار می‌کنند. این ترکیب برای استخراج دو کانال اپتیکی موردنیاز Pulse Oximetry به کار می‌رود.

جریان LEDها قابل برنامه‌ریزی است و امکان ایجاد تعادل بین شدت سیگنال و مصرف انرژی وجود دارد. افزایش بی‌رویه جریان LED الزاماً نتیجه دقیق‌تری ایجاد نمی‌کند و تنظیم باید متناسب با شرایط پروژه انجام شود.

حذف نور محیط و نویز سیگنال

نور محیط یکی از عوامل ایجاد خطا در سنسورهای نوری است. MAX30100 دارای قابلیت حذف داخلی نور محیط و بخش آنالوگ کم‌نویز است که به استخراج بهتر سیگنال کمک می‌کند.

با این وجود حذف کامل نویز در یک پروژه واقعی فقط به سخت‌افزار سنسور وابسته نیست. حرکت انگشت، لرزش، نحوه نصب سنسور و الگوریتم نرم‌افزاری همچنان می‌توانند روی نتیجه اثر قابل توجهی داشته باشند.

چطور اندازه‌گیری بهتری از ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن MAX30100 بگیریم؟

• انگشت بدون حرکت روی بخش اپتیکی سنسور قرار گیرد.
• فشار بیش از حد روی سنسور وارد نشود، زیرا می‌تواند جریان خون موضعی را تغییر دهد.
• ورود نور محیط شدید به سنسور تا حد امکان کاهش پیدا کند.
• نمونه‌های اولیه پس از قرار دادن انگشت برای پایدار شدن سیگنال نادیده گرفته شوند.
• برای محاسبه BPM از فیلتر و الگوریتم تشخیص قله مناسب استفاده شود.
• برای SpO2 صرفاً از یک نسبت خام استفاده نشود و الگوریتم مناسب انتخاب شود.
• در هنگام اندازه‌گیری، انگشت و سنسور حرکت نکنند.

مصرف انرژی پایین برای تجهیزات پوشیدنی

MAX30100 امکان برنامه‌ریزی نرخ نمونه‌برداری و جریان LED را فراهم می‌کند تا طراح بتواند مصرف انرژی را متناسب با نیاز پروژه مدیریت کند. برای حالت Shutdown نیز جریان تیپیک بسیار پایینی برای خود IC اعلام شده است.

این قابلیت‌ها برای طراحی پروژه‌های باتری‌خور و تجهیزات پوشیدنی اهمیت دارند، زیرا سنسور می‌تواند تنها در زمان‌های موردنیاز فعال شود.

نکته مهم درباره ولتاژ تغذیه ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن MAX30100

خود تراشه MAX30100 از بخش‌های تغذیه 1.8V و 3.3V استفاده می‌کند. اما ولتاژ قابل اتصال به پایه VIN در ماژول‌های آماده می‌تواند به طراحی برد، وجود رگولاتور و مدار Level Shifter وابسته باشد.

بنابراین قبل از اتصال مستقیم به 5V، 3.3V یا هر ولتاژ دیگر، نوشته روی برد و شماتیک همان نسخه ماژول بررسی شود. صرفاً یکسان بودن تراشه MAX30100 به معنی یکسان بودن مدار تغذیه تمام بردهای موجود در بازار نیست.

پین‌های متداول ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن MAX30100

در بردهای آماده MAX30100 معمولاً پایه‌های موردنیاز برای تغذیه و ارتباط I2C در اختیار کاربر قرار می‌گیرند. تعداد و نام دقیق پین‌ها می‌تواند با طراحی برد متفاوت باشد.

IRD و RD nv ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن بیان گر چیست؟

پایه‌های IRD و RD که در برخی دیتاشیت‌ها دیده می‌شوند مربوط به اتصال و درایو LEDهای مادون‌قرمز و قرمز در سطح خود تراشه هستند. این پایه‌ها الزاماً روی تمام ماژول‌های Breakout به‌عنوان پین قابل استفاده در دسترس نیستند.

برای اتصال معمول ماژول به Arduino یا میکروکنترلر، معمولاً تغذیه، GND، SDA، SCL و در صورت نیاز INT اهمیت دارند.

مشخصات فنی ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن

سوالات متداول درباره ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن

خرید ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30100

اگر برای پروژه Arduino، گجت پوشیدنی یا سیستم پایش اپتیکی خود به ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30100 نیاز دارید، این سنسور مجموعه‌ای از LED قرمز و مادون‌قرمز، فوتودتکتور و مدار پردازش آنالوگ را در یک راهکار یکپارچه در اختیار شما قرار می‌دهد.

رابط I2C امکان اتصال آسان‌تر به میکروکنترلر را فراهم می‌کند و قابلیت تنظیم نرخ نمونه‌برداری و جریان LED نیز امکان بهینه‌سازی سنسور برای پروژه‌های مختلف را می‌دهد. MAX30100 برای یادگیری سنجش PPG، پردازش ضربان قلب و توسعه پروژه‌های Pulse Oximetry گزینه‌ای کاربردی است.

اگر عبارت‌هایی مانند ماژول سنسور ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30100، سنسور MAX30100، ماژول MAX30100، سنسور ضربان قلب آردوینو، سنسور اکسیژن خون، پالس اکسیمتر MAX30100 یا سنسور ضربان قلب I2C را جست‌وجو می‌کنید، این محصول برای توسعه پروژه‌های آموزشی، پوشیدنی و الکترونیکی مبتنی بر سنجش نوری مناسب است.