课程7：昉·星光开发板心率传感器使用
本次课程为昉·星光开发板IoT开发系列课程的第七讲，将带领同学们在昉·星光开发板上，使用心率传感器MAX30102。
本次课程，在昉·星光开发板V1和V2上，操作步骤相同。
一、学习目标
- 学习昉·星光开发板使用心率传感器获取心跳和血氧浓度数据
二、准备工作
在开始本次课程的实际操作之前，同学们需要做好一些准备工作，课程中涉及到的硬件如下：
- 开发板：昉·星光开发板
- 心率传感器： 心率传感器MAX30102
- 杜邦线：若干
三、心率传感器使用原理
本次课程中，使用的心率传感器模块具体如下：
MAX30102是集成了脉搏血氧仪和心率监测的传感器模块，该模块集成了红光/红外光LED光源，将血管搏动时透光率变化信号转换成电信号采集。该模块使用5V供电，3.3V也可，通讯使用II2C接口通讯。
四、心率传感器使用
首先，参考下图，将心率传感器模块，连接到昉·星光开发板：
实物连接如下：
注意：
应根据实际使用的传感器，确定供电电压。本次课程中使用的心率传感器模块使用5V供电电压。
从MAX30102读取到RAW数据后，需要进行换算才能表达为实际测量的脉搏血氧含量和心率。我们可以下载第三方提供的库，来完成这些工作。
git clone git@github.com:doug-burrell/max30102.git
pip install numpy
pip install smbus
然后，编写如下的程序：
# -*- coding: utf-8 -*-
# file: ~/projects/healthy/read_max30102.py
from max30102 import MAX30102
import numpy as np
import hrcalc
import time
# 初始化MAX30102传感器
sensor = MAX30102()
# 数据缓存
ir_data = []
red_data = []
bpms = []
# 输出结果设置
print_raw = False
print_result = True
while True:
# 读取数据
num_bytes = sensor.get_data_present()
if num_bytes > 0:
# 解析数据
while num_bytes > 0:
red, ir = sensor.read_fifo()
num_bytes -= 1
ir_data.append(ir)
red_data.append(red)
if print_raw:
print("{0}, {1}".format(ir, red))
while len(ir_data) > 100:
ir_data.pop(0)
red_data.pop(0)
if len(ir_data) == 100:
# 计算数据
bpm, valid_bpm, spo2, valid_spo2 = hrcalc.calc_hr_and_spo2(ir_data, red_data)
if valid_bpm:
bpms.append(bpm)
while len(bpms) > 4:
bpms.pop(0)
bpm = np.mean(bpms)
if (np.mean(ir_data) < 50000 and np.mean(red_data) < 50000):
bpm = 0
if print_result:
print("没有检测到手指")
if print_result and bpm>0 and spo2>0:
print("BPM: {0}, SpO2: {1}".format(bpm, spo2))
time.sleep(0.01)
# 关闭检测，会关闭LED，降低功耗
sensor.shutdown()
上述程序的逻辑较，先读取一定量的数据，然后将数据进行解码，最后计算得出实际的测量结果并输出。
编写完成后，运行 read_max30102.py ，待测量LED亮后，将手指放在LED上方，然后观察输出结果。
pyhon3 read_max30102.py
实际运行结果如下：
当测量启动后，MAX30102传感器上的LED灯会点亮：
将手指放到LED上，一段时间后，将会显示检测结果：
上述输出记过中，BPM表示心率数据，SpO2表示血氧浓度百分比。
在实际测量中，结果值会有一定程度的漂移。
在真实场合使用时，往往需要连续读取一段时间的数据，然后使用一定的算法取得最终合理的测验结果。
五、总结
在本次课程中，我们学习了心率传感器的基本使用。
心率传感器在健康检测场合应用非常广泛，目前主流的的智能手环、智能手表，基本上都在使用心率传感器进行健康检测。
六、课后作业
- 了解心率传感器
- 寻找合适的过滤算法，来过滤读取到的心率数据
- 制作一个健康检测报警器，当心率超过预设范围时，使用蜂鸣器或者LED报警