MAX30100 – датчик пульса и содержания кислорода в крови

Сенсор MAX30100 представляет собой объединенный датчик пульса — пульсоксиметр, позволяющий отслеживать степень насыщения артериальной крови кислородом и частоту сердечных сокращений.

Изменение сатурации (насыщенности крови кислородом) меняет интенсивность поглощения и отражения потока лучей красного и инфракрасного диапазонов, направленного на капилляры за счет зависимости пропускной способности гемоглобина крови от насыщенности кислородом и служащего фильтром для светового потока. Проходя через кровеносные ткани, поток модулируется частотой пульсации крови, определяющей сердечный ритм.

Преимущество такой методики состоит в высокой точности сатурации кислорода (до единиц процентов) и высоком быстродействии определения частоты сердечного ритма (анализ происходит в течении нескольких сокращений).

Модуль пульсоксиметра MAX30100 включает в себя светодиоды красного и инфракрасного диапазонов с длинами волн излучения 660 и 940 нм, соответственно; фоточувствительный элемент, регистрирующий интенсивность излучения после прохождения тканей, насыщенных кислородом и преобразующий световой поток в выходной сигнал, пропорциональный его интенсивности.

Встроенная оптическая система MAX30100 формирует излучение светодиодов для эффективного взаимодействия с тканями организма.

Полностью реализована схема обработки сигналов, с выходом на интерфейс I2C, что позволило сократить количество внешних компонентов схемы обвязки до минимума.

Функционально, модуль MAX30100 содержит две подсистемы для измерения физиологических параметров:

Измерение SpO2

Подсистема измерения SpO2, обеспечивающая измерение количества кислорода в крови через кожу (неинвазивный метод). Фактически, производится анализ процентного отношения насыщенного кислородом гемоглобина к общему содержанию гемоглобина. Процесс определения проходит с помощью красного и ИК светодиодов и фотодетектора. Подсистема SpO2 включает в себя схему компенсации внешней засветки (КВЗ), блокирующую сторонний сигнал и расширяющую динамический диапазон устройства.

Встроенный цифровой фильтр обеспечивает малую погрешность измерения параметров. АЦП схемы программируется в диапазоне от 2 мкА до 16 мкА, при этом величина блокируемого сигнала внешней засветки составляет 200 мкА. Частота дискретизации АЦП составляет 10,24 МГц, скорость передачи данных программируется от 50 до 3200 выборок в секунду.

Для калибровки температурной зависимости имеется датчик с разрешением 0,0625˚C. Драйверы светодиодов управляют током в диапазоне 0…50 мА и импульсом в диапазоне 69…411 мкс. Предусмотрена функция контроля расстояния до объекта измерения.

Измерение частоты пульса

Подсистема измерения частоты пульса работает только по одному каналу (выбирается пользователем). Полученный на выходе фотодетектора сигнал поступает на вход АЦП и передается по шине I2C на модуль центрального контроллера

Обмен данными производится на тактовой частоте до 400 кГц. В регистры MAX30100 прописывается адрес, затем данные. Синхронизация обмена происходит по шине SCL (используется только как вход). Обмен данными происходит по шине SDA. При подключении следует предусмотреть резисторы, подтягивающие сигнальные входы к положительному проводу питания, номиналом 1… 2,2 кОм. Допускается включение резисторов последовательно с данными, для защиты от посторонних наводок.

Модуль MAX30100 включает в себя светодиоды, фотодатчики, электронную обвязку. Обмен данными с платой центрального контроллера производится по стандартному протоколу I2C. Предусмотрен спящий режим работы при этом ток потребления составляет менее 0,7 мкА.

Модуль не предназначен для применения в медицинском оборудовании!

• Низкий уровень собственных шумов, позволяющий проводить измерение характеристик с высокой точностью
• Ультранизкое энергопотребление <1 мВт, малые габариты
• Универсальный интерфейс; быстрый обмен данными; высокая частота дискретизации

• Носимые устройства контроля параметров кровяного тока
• Применение в обучающих и демонстрационных приборах для студентов медицинских образовательных учреждений
• Разработка портативных устройств на основе ARDUINO для спортсменов