??運(yùn)動(dòng)手表的內(nèi)部有何玄機(jī)?拆拆看!
運(yùn)動(dòng)手表
運(yùn)動(dòng)手表在人們的日常生活中越來越常見,除了監(jiān)測(cè)我們的生命體征,這些設(shè)備還可以檢測(cè)行走步數(shù)、跑步距離以及睡眠狀態(tài)。在本文中,我們將帶大家一起探討運(yùn)動(dòng)手表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及如何使用ADI的MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)。
01 項(xiàng)目材料與資源
700-MAXREFDES103#:
- MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)
軟件和工具:
- MAXREFDES103 Complete Eval Pckg, 4.2.0
- PC
- 安卓手機(jī)
02 項(xiàng)目技術(shù)概述
ADI MAXREFDES103(圖1)是腕戴式健康傳感器,集成了心率(HR)和血氧飽和度(SpO2)光學(xué)傳感器(MAX86141)。傳感器數(shù)據(jù)可以通過低功耗藍(lán)牙傳輸?shù)桨沧渴謾C(jī)或PC GUI進(jìn)行演示和評(píng)估。
圖1:MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)(圖源:貿(mào)澤電子)
與其他可穿戴設(shè)備一樣,MAXREFDES103也有三個(gè)主要系統(tǒng)組件:微控制器、傳感器板和射頻模塊。
其內(nèi)置的MAX32664C傳感器集線器搭載了用于HR和SpO2測(cè)量的MAX32664微控制器和MAX86141光學(xué)傳感器(圖2)。
圖2:MAXREFDES103系統(tǒng)框圖(圖源:ADI)
下面就讓我們一起仔細(xì)觀察一下傳感器的操作:
在健康傳感器腕帶的底部(圖3),有兩個(gè)LED和兩個(gè)光電二極管。一個(gè)LED****紅光用于測(cè)量SpO2,另一個(gè)LED****綠光用于測(cè)量HR。LED光射向人體皮膚,反射光由光電二極管捕獲并發(fā)送給MCU,然后通過算法將其轉(zhuǎn)換為有意義的數(shù)據(jù)。血液會(huì)吸收光,所以我們可以利用反射光檢測(cè)血液流動(dòng)的變化,這個(gè)過程被稱為光體積描記術(shù)(PPG)。來自PPG的電壓信號(hào)與流經(jīng)血管的血液流量成比例關(guān)系。
圖3:MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)底視圖(圖源:貿(mào)澤電子)
最后,數(shù)據(jù)通過I2C發(fā)送到主機(jī)MCU MAX32630,并通過BLE發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備。
硬件安裝
硬件組裝過程其實(shí)很簡(jiǎn)單。MAXREFDES103包含從傳感器到AFE和MCU在內(nèi)的所有硬件。但要對(duì)其進(jìn)行編程,我們需要通過USB-C連接MAXDAP-TYPE-C適配器板,如下圖所示(圖4)。
圖4:MAXDAP-TYPE-C適配器(圖源:ADI)
按鈕旁邊的底部連接器用于更新微型板的.bin固件。Device標(biāo)簽右側(cè)的連接器用于MAXREFDES103#和PC之間的串行連接。兩個(gè)連接器都用于為MAXREFDES103#供電,且該板有兩個(gè)按鈕。
軟件安裝
MAXREFDES103#附帶有預(yù)裝固件,但需要升級(jí)以確保加載的是新版本。請(qǐng)執(zhí)行以下安裝步驟以更新Windows 10固件。
安裝Maxim DeviceStudio PC GUI:
1. 在ADI官網(wǎng)的“軟件開發(fā)”下找到并下載新版的軟件包。然后,解壓縮文件夾。
2. 在下載的文件夾中找到子文件夾
“Maxim Device Studio Windows 10
& Windows 7 PC GUI Installers”。
3. 單擊并運(yùn)行安裝程序
“SetupHSP_EvKit_5.8.4.5_Win10.msi”。
4. 接受條款,然后依次單擊“Install”和“Finish”。
更新電路板固件:
1. 如圖4所示連接電路板。
2. 等待Windows安裝驅(qū)動(dòng)程序。然后,將在電腦上看到此設(shè)備(圖5)。
圖5:DAPLINK windows 10驅(qū)動(dòng)(圖源:ADI)
3. 將“mbed-os_HSP2SPO2_4_2_1.bin”文件(位于已下載軟件包的“MAX32630 Microcontroller Host Firmware”文件夾下)拖放到PC的DAPLINK驅(qū)動(dòng)中。這會(huì)將主機(jī)固件快速存儲(chǔ)到MAX32630中。
4. 最后,按下并釋放MAXDAP-TYPE-C適配器板上的重置按鈕以重新啟動(dòng)健康腕帶。按鈕位置如圖6所示。
圖6:MAXDAP-TYPE-C適配器復(fù)位按鈕(圖源:ADI)
更新MAX32664傳感器集線器算法固件:
1. 將Micro-USB切換到Device端口,如下圖(圖7)所示:
圖7:MAXDAP-TYPE-C適配器 - 器件連接(圖源:ADI)
2. 打開Maxim Device Studio PC GUI windows app。
3. 在Scan Mode下選擇“Serial over USB/Bluetooth”,然后單擊“Scan”。
4. 連接成功后,GUI應(yīng)如下圖所示(圖8):
圖8:Maxim DeviceStudio PC GUI(圖源:貿(mào)澤電子)
5. 依次單擊“Device” → “Update SmartSensor_MAX32664 Software” → “Update Firmware”(圖9)。
圖9:Maxim DeviceStudio PC GUI – 更新固件(圖源:貿(mào)澤電子)
找到已下載的軟件包,打開文件夾
“Encrypted MAX32664C Biosensor Algorithm Firmware for Wearable Applications Outputs Heart Rate & Blood Oxygen (SpO2)”。
選擇.msbl文件
“MAX32664C_HSP2_WHRM_AEC_SCD_WSPO2_Z_30.13.30”,
然后單擊“Open”。
6. 將彈出一條警告消息,單擊“OK”。
7. 現(xiàn)在,用于HR和SpO2測(cè)量的嵌入式算法已上傳到設(shè)備。
藍(lán)牙連接設(shè)置
連接到Windows 10上的Maxim DeviceStudio GUI:
1. 斷開串行連接,以便通過BLE進(jìn)行連接。
2. 選擇“Windows BLE”,單擊“Scan”。
圖10:Maxim DeviceStudio PC GUI – BLE連接(圖源:貿(mào)澤電子)
3. 選擇名為HSP2SPO2_X_X.X的器件,單擊“Connect”。
圖11:Maxim DeviceStudio PC GUI - BLE連接
(圖源:貿(mào)澤電子)
在Windows上啟動(dòng)PPG測(cè)量:
1. 連接成功,單擊“Launch Tool”開始測(cè)量。
2. 打開HRM圖和SpO2圖,然后單擊“Start Monitoring”。
3. 數(shù)秒后,數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)。
圖12:SpO2和HR測(cè)量圖(圖源:貿(mào)澤電子)
安裝安卓GUI app:
1. 通過USB將安卓手機(jī)連接到電腦。
2. 在手機(jī)上,啟用通過USB傳輸文件的選項(xiàng)。啟用后,可在Windows文件資源管理器中看到該設(shè)備。
3. 打開文件資源管理器并找到“Download”文件夾。
4. 在電腦上打開另一個(gè)文件資源管理器,找到之前下載的Maxim軟件包,然后導(dǎo)航到文件夾“Maxim Wellness Android Application”。
5. 解壓并打開文件夾
"Maxim_Wellness_Suite_v4.3.0.zip"。
6. 將“wellness_suite_v4.3.0.apk”文件拖放到手機(jī)的下載文件夾中。
7. 使用文件資源管理器找到.apk文件在手機(jī)上的位置。
圖13:Maxim Wellness Suite – 安卓app安裝(圖源:貿(mào)澤電子)
8. 運(yùn)行.apk文件前,請(qǐng)確??梢赃x擇在手機(jī)上安裝來自未知來源的應(yīng)用。
圖14:Android設(shè)置 – 允許未知來源(圖源:貿(mào)澤電子)
9. 最后,單擊并運(yùn)行.apk文件以安裝Maxim Wellness app。
在安卓手機(jī)上啟動(dòng)PPG測(cè)量:
1. 運(yùn)行Maxim Wellness app。
2. 授予app位置訪問權(quán)限。
3. 單擊Scan并連接到設(shè)備。
圖15:Maxim Wellness Suite安卓app – BLE連接(圖源:貿(mào)澤電子)
4. 下面我們將通過測(cè)量SpO2來測(cè)試其功能。在主菜單中,單擊Pulse Oximetry。
5. 在右上角,單擊播放圖標(biāo)開始測(cè)量SpO2和HR。
圖16:Maxim Wellness Suite Android app – 測(cè)量SpO2和HR(圖源:貿(mào)澤電子)
03 結(jié) 語
MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)是開發(fā)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用的理想套件。該套件集成了所有硬件,開箱即用。此外,ADI還提供了包括測(cè)量心率和血氧飽和度等在內(nèi)的一系列算法,以幫助設(shè)計(jì)人員快速輕松地開發(fā)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
Rafik Mitry于2019年取得慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)電氣工程碩士學(xué)位后加入貿(mào)澤電子,他在該所大學(xué)中還從事過三年能源收集領(lǐng)域的研究工作。
作為貿(mào)澤的技術(shù)營(yíng)銷工程師,Rafik撰寫的內(nèi)容獨(dú)特而富含技術(shù)性,反映電子行業(yè)當(dāng)前和未來技術(shù)趨勢(shì)。除了緊跟最新技術(shù)趨勢(shì)外,Rafik還是航空和網(wǎng)球的狂熱愛好者。
作者簡(jiǎn)介
Rafik Mitry于2019年取得慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)電氣工程碩士學(xué)位后加入貿(mào)澤電子,他在該所大學(xué)中還從事過三年能源收集領(lǐng)域的研究工作。
作為貿(mào)澤的技術(shù)營(yíng)銷工程師,Rafik撰寫的內(nèi)容獨(dú)特而富含技術(shù)性,反映電子行業(yè)當(dāng)前和未來技術(shù)趨勢(shì)。除了緊跟最新技術(shù)趨勢(shì)外,Rafik還是航空和網(wǎng)球的狂熱愛好者。
來源:貿(mào)澤電子微信公眾號(hào)
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