物联网AI MicroPython传感器学习 之 MDL0025心率传感器
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一、产品简介
PulseSensor（MDL0025） 是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器。将其佩戴于手指或耳垂等处，通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给HaaS开发版用来转换为数字信号，再通过开发板简单计算后就可以得到心率数值，此外还可将脉搏波形上传到电脑上显示波形。PulseSensor 是一款开源硬件，其适用于心率方面的科学研究和教学演示，也非常适合用于二次开发。
引脚定义：
- +：接 3.3V/5V
- -：接 GND
- S：接 ADC
二、技术参数
- 工作电压：3.3 V 或 5V DC
- 电路板直径：16mm
- 电路板厚度：1.6mm（普通PCB 板厚度）
- LED 峰值波长：515nm
- 输出信号类型：模拟信号
- 输出信号大小：0～3.3V(3.3V电源) 0~5V(5V电源)
三、软件接口
HEARTBEAT(adcdev,rled=None,gled=None,bled=None,highBPM=150,lowBPM=100) - 创建heartbeart驱动对象
- 函数原型：
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev,rled,gled,bled,highBPM=150,lowBPM=100)
- 参数说明：
| 参数 | 类型 | 必选参数？ | 说明 |
|---|---|---|---|
| adcdev | ADC | 是 | 传入ADC对象 |
| rled | GPIO | 否 | 传入GPIO对象 |
| gled | GPIO | 否 | 传入GPIO对象 |
| bled | GPIO | 否 | 传入GPIO对象 |
| highBPM | int | 否 | 心率报警上限 |
| lowBPM | int | 否 | 心率报警下限 |
- 返回值：
heartbeatdev 对象创建成功，返回 heartbeatdev 对象；heartbeatdev 对象创建失败，抛出 Exception - 示例代码：
from machine import ADC, Pin
import heartbeat
BPM_high=150
BPM_low=100
#初始化ADC类型的设备
adcObj = ADC(Pin(32))
#初始化GPIO类型的设备
redled = Pin(16, Pin.OUT)
blueled = Pin(17, Pin.OUT)
greenled = Pin(18, Pin.OUT)
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev = adcobj, rled=redled, bled=blueled, gled=greenled, highBPM=BPM_high, lowBPM=BPM_low)
print("heartbeat inited!")
- 输出：
heartbeat inited!
start - 开始测量心率
- 函数功能：
启动心率传感器开始测量心率 - 函数原型：
heartbeatdev.start()
- 参数说明：
无 - 返回值
无 - 示例：
from machine import ADC, Pin
import heartbeat
BPM_high=150
BPM_low=100
#初始化ADC类型的设备
adcObj = ADC(Pin(32))
#初始化GPIO类型的设备
redled = Pin(16, Pin.OUT)
blueled = Pin(17, Pin.OUT)
greenled = Pin(18, Pin.OUT)
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev = adcobj, rled=redled, bled=blueled, gled=greenled, highBPM=BPM_high, lowBPM=BPM_low)
print("heartbeat inited!")
heartbeatdev.start()
- 输出：
heartbeat inited!
stop - 停止测量心率
- 函数功能：
停止心率传感器测量心率 - 函数原型：
heartbeatdev.stop()
- 参数说明：
无 - 返回值
无 - 示例：
from machine import ADC, Pin
import heartbeat
BPM_high=150
BPM_low=100
#初始化ADC类型的设备
adcObj = ADC(Pin(32))
#初始化GPIO类型的设备
redled = Pin(16, Pin.OUT)
blueled = Pin(17, Pin.OUT)
greenled = Pin(18, Pin.OUT)
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev = adcobj, rled=redled, bled=blueled, gled=greenled, highBPM=BPM_high, lowBPM=BPM_low)
print("heartbeat inited!")
heartbeatdev.stop()
- 输出：
heartbeat inited!
getBPM() - 测量心率
- 函数功能：
返回测量的心率值 - 函数原型：
heartbeatdev.getBPM()
- 参数说明：
无 - 返回值：
返回测量的心率值，单位：次数每分钟（BPM） - 示例：
from machine import ADC, Pin
import heartbeat
BPM_high=150
BPM_low=100
#初始化ADC类型的设备
adcObj = ADC(Pin(32))
#初始化GPIO类型的设备
redled = Pin(16, Pin.OUT)
blueled = Pin(17, Pin.OUT)
greenled = Pin(18, Pin.OUT)
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev = adcobj, rled=redled, bled=blueled, gled=greenled, highBPM=BPM_high, lowBPM=BPM_low)
print("heartbeat inited!")
heartbeatdev.start()
heartrate=heartbeatdev.getBPM()
print("heartrate is ", heartrate, "BPM")
- 输出：
heartbeat inited!
heartrate is 80 BPM
四、接口案例
leb_b, led_g, led_r 分别对应蓝色，绿色，红色三色LED灯，如果这三个LED灯设备存在并且在心率传感器驱动初始化时作为参数传入，则心率传感器驱动会根据心率值让不同颜色的LED灯闪烁：心率值大于上限值时，红灯按实测心率为频率闪烁； 心率在上限和下限之间时，绿灯按照实测心率为频率闪烁；心率低于下限值时，蓝灯按实测心率为频率闪烁。
- 代码：
# Python代码
import utime
from machine import ADC, Pin
import heartbeat
BPM_high=150
BPM_low=100
#初始化ADC类型的设备
adcObj = ADC(Pin(32))
#初始化GPIO类型的设备
redled = Pin(16, Pin.OUT)
blueled = Pin(17, Pin.OUT)
greenled = Pin(18, Pin.OUT)
heartbeatdev = HEARTBEAT(adcdev = adcobj, rled=redled, bled=blueled, gled=greenled, highBPM=BPM_high, lowBPM=BPM_low)
print("heartbeat inited!")
heartbeatdev.start()
for i in range(100):
print ("heart rate is: ", heartbeatdev.BPM)
utime.sleep(0.5)
heartbeatdev.stop()
- 输出：
...
heartbeat inited!
heart rate is: 80
heart rate is: 88
heart rate is: 99
heart rate is: 100
...
五、通信协议
主控芯片和心率测量传感器之间通信为 ADC 通讯，获取电压值 mV
六、工作原理
如下图所示，传感器利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同，将透光率转化为电信号来进行脉搏测量的。
光的透光率发生改变，此时光感受器接收经人体组织反射光线，转变为电信号并将其放大输出。
传感器电路原理图如下：
参考文献及购买链接
- MDL0025心率传感器购买链接