[Tìm hiểu] MAX30100 - Cảm biến nhịp tim

01/08/23

Chuyên mục: Điện Dân Dụng

Mô tả MAX30100

MAX30100 là cảm biến đa năng được sử dụng cho nhiều ứng dụng. Là cảm biến theo dõi nhịp tim và cũng là máy đo oxy. Cảm biến có hai diode phát sáng, một cảm biến quang (photodetector) và các linh kiện xử lý tín hiệu để phát hiện nhịp tim và đo xung oxy.

Mô tả MAX30100

Đặc tính kỹ thuật MAX03100

Điện áp hoạt động từ 1,8V đến 3,3V
Dòng điện đầu vào 20mA
Tích hợp loại bỏ nhiễu từ ánh sáng xung quanh
Tốc độ lấy mẫu tín hiệu cao
Xuất đầu ra dữ liệu nhanh

Cấu hình chân module MAX30100

MAX30100 là module cảm biến có 7 chân, hỗ trợ giao thức truyền thông I2C để giao tiếp truyền dữ liệu với bộ vi điều khiển.

Cấu hình chân module MAX30100

Tên chân	Chức năng chân
VIN	Đầu vào cấp điện áp
SCL	I2C - Xung clock nối tiếp
SDA	I2C - Chân dữ liệu nối tiếp
INT	Ngừng hoạt động khi cấp mức logic thấp vào chân này
IRD	Chân Cathode LED hồng ngoại kết nối với IC điều khiển LED (Mắc kiểu Floating)
RD	LED đỏ Cathode và Điểm kết nối trình điều khiển LED (Mắc kiểu Floating)
GND	Chân nối đất

Lưu ý: Có hai phiên bản module cảm biến MAX30100. Phiên bản giới thiệu ở trên là phiên bản 7 chân, còn phiên bản 5 chân không có chân IRQ và RD.

Module 5 chân hoạt động chính xác hơn vì mạch module nằm không cùng mặt cảm biến.

Các lựa chọn thay thế cho MAX30100

Pulse 3+, Proto Central AFE4490, ROHM BH1792GLC, FSH 7060

Module tương tự MAX30100

MAX30102

Lưu ý: Có thể xem thêm thông tin kỹ thuật trong datasheet MAX30100, link ở cuối bài viết này.

Nguyên lý hoạt động máy đo oxy MAX30100

Cảm biến có một cặp diode phát quang phát ra ánh sáng đỏ đơn sắc có bước sóng 660nm và ánh sáng hồng ngoại có bước sóng 940nm. Các bước sóng này đặc biệt được chọn vì ở bước sóng này, giữa hemoglobin được oxy hóa (Oxygenated Hb) và khử oxy (Deoxygenated Hb) có các đặc tính hấp thụ bước sóng rất khác nhau.

Như biểu đồ dưới đây, có thể thấy sự khác biệt giữa HbO2 (Oxygenated Hb) và Hb (Deoxygenated Hb) khi hấp thụ các bước sóng này.

Nguyên lý hoạt động máy đo oxy MAX30100

Phần cảm biến:

Có hai bộ phận cảm biến, một diode phát quang và một bộ thu quang. Khi diode quang phát ra ánh sáng, chiếu vào ngón tay. Ánh sáng phát ra được hấp thụ bởi máu có oxy và phần còn lại của ánh sáng phản xạ qua ngón tay và chiếu vào bộ dò quang mà dữ liệu đầu ra được xử lý và đọc thông qua bộ vi điều khiển.

Kết nối Module MAX30100 với vi điều khiển

Module đo oxy sử dụng giao thức truyền thông I2C để giao tiếp với bộ vi điều khiển. Các kết nối khá đơn giản và có thể dễ dàng tạo máy đo oxy từ Arduino của riêng mình.

Kết nối Module MAX30100 với vi điều khiển

Chân Vin được kết nối với chân 3.3V của Arduino vì điện áp hoạt động của module là 1.8V-3.3V. Chân nối đất của máy đo oxy được kết nối với chân GND của Arduino. Sau đó là kết nối cho giao thức I2C, hai chân SCL và SDA được kết nối tương ứng với các chân A5 và A4 của Arduino. Chân INT trên module được kết nối với Chân digital 2 của vi điều khiển để kiểm tra nhịp tim có được bắt đúng cách hay không.

Khối chức năng và sơ đồ mạch module MAX30100

Module có hai đèn LED (IR và RED) có bước sóng riêng và một cảm biến quang để phát hiện ánh sáng. Dưới đây là sơ đồ khối chức năng của module.

Khối chức năng và sơ đồ mạch module MAX30100

Đầu ra từ diode quang được gửi đến bộ chuyển đổi ADC, từ đó dữ liệu digital được gửi từ bộ lọc tín hiệu đến thanh ghi dữ liệu digital. Dữ liệu nhận được từ thanh ghi và có thể gửi đến vi điều khiển qua giao thức truyền thông I2C.

Đầu ra từ diode quang được gửi đến bộ chuyển đổi ADC