ماژول سنسور تشخیص ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30102

ماژول سنسور تشخیص ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30102، یک سنسور دو کاره است که برای اندازه گیری ضربان قلب یا نبض بر حسب BPM و درصد غلظت اکسیژن خون (SpO2) استفاده می شود. در مرکز این ماژول، تراشه MAX30102 قرار دارد. این سنسور نسخه بهینه سازی شده حسگر MAX30100 است که هم به عنوان مانیتور ضربان قلب و هم به عنوان پالس اکسیمتر استفاده می شود. سنسور MAX30102، از یک ال ای دی قرمز، یک ال ای دی IR و یک ردیاب نوری (فتوترانزیستور) بسیار حساس تشکیل شده است. LED ها برای اندازه گیری غلظت اکسیژن خون یا SpO2 استفاده می شوند. ال ای دی قرمز، نور با طول موج 660 نانو متر و ال ای دی IR نور با طول موج 880 نانو متر منتشر می کند. ماژول حسگر MAX30102، از دو رگولاتور LDO تشکیل شده است. استفاده از دو تا رگولاتور در این ماژول، به این دلیل است که آی سی MAX30100 به 1.8 ولت و LED ها به 3.3 ولت برای عملکرد صحیح نیاز دارند. در نتیجه می توان با خیال راحت این ماژول را به انواع میکروکنترلرها و بردهای توسعه مانند آردوینو، ESP32، ESP8266 یا NodeMCU با سطح منطقی ولتاژ 1.8, 3.3 و 5 ولت متصل کرد. همچنین، پشت ماژول یک جامپر لحیم کاری برای انتخاب سطح منطقی ولتاز تعبیه شده است. این جامپر به طور پیش فرض روی 3.3 ولت تنظیم شده است. اما می توانید با توجه به نیازهای منطقی میکروکنترلر خود، آن را به 1.8 ولت نیز تغییر دهید. می توان گفت یکی از مهم ترین ویژگی های سنسور MAX30102، مصرف برق کم آن می باشد. این سنسور در حین اندازه گیری کمتر از 600 میکرو آمپر و در حالت آماده به کار، 0.7 میکرو آمپر جریان مصرف می کند. به همین دلیل استفاده از این محصول در دستگاه هایی که با باتری کار می کنند، مانند گوشی و ساعت و ... بسیار مناسب است.

سنسور MAX30102، مجهز به یک سنسور دما روی تراشه (On-Chip Temperature Sensor) است. این سنسور دما برای جبران تغییرات محیطی و کالیبره کردن اندازه گیری‌ها در نظر گرفته شده است. این سنسور دما، یک سنسور نسبتا دقیق است که دمای قالب را در محدوده 40- الی 85 درجه سانتی گراد با دقت 1± درجه اندازه گیری می کند. سنسور MAX30102، از تکنولوژی PPG (Photoplethysmography) برای اندازه گیری SpO2 یا عملکرد پالس اکسیمتر استفاده می کند. این تکنولوژی یک روش غیر تماسی است که با استفاده از تابش نور و انعکاس آن مشخص می کند که حجم خون در عروق چقدر است. در این تکنولوژی، با تابش نور ال ای دی های تعبیه شده روی سنسور MAX30102، به قسمت هایی مانند انگشت یا لاله گوش (هر قسمتی از بدن که پوست خیلی ضخیم نیست و نور هر دو ال ای دی قرمز و IR می توانند به راحتی به بافت نفوذ کنند) و با استفاده از فتوترانزیستور، میزان نور منعکس شده را اندازه گیری می کند. هموگلوبین های اکسیژن دار و بدون اکسیژن موجود در خون، نور با طول موج های مختلف را می توانند جذب کنند. هموگلوبین اکسیژن دار نور مادون قرمز بیشتری را جذب و نور قرمز را منعکس می کند، در حالی که هموگلوبین بدون اکسیژن نور قرمز بیشتری را جذب و نور مادون قرمز را منعکس می کند. سنسور MAX30102، این سطوح مختلف جذب توسط هموگلوبین ها را برای یافتن غلظت اکسیژن خون (SpO2) می خواند. نسبت نور IR و قرمز دریافت شده توسط فتوترانزیستور اندازه گیری می شود و درصد غلظت اکسیژن خون را به ما می دهد. 

سنسور MAX30102، دارای یک بافر FIFO با حافظه 32 نمونه است. به این معنی که این سنسور می تواند تا 32 نمونه SpO2 و ضربان قلب را در خود جای دهد. همچنین، سنسور MAX30102 را می توان طوری برنامه ریزی کرد که یک وقفه ایجاد کند و به میکروکنترلر امکان انجام کارهای دیگر را در حین جمع آوری داده ها توسط سنسور بدهد. این سنسور از پروتکل I2C برای ارتباط با میکروکنترلر وسایر دستگاه هایی که از این پروتکل پشتیبانی می کنند، بهره می برد. ماژول سنسور تشخیص ضربان قلب و اکسیژن خون MAX30102، دارای 8 پین می باشد که در ادامه به شرح کاربرد هر یک می پردازیم:

• VIN: این پین، جهت تامین تغذیه ماژول به کار می رود که می توانید این پین را به خروجی 3.3 یا 5 ولت از آردوینو متصل کنید.
• SCL: این پین، پایه مربوط به خط کلاک در ارتباط I2C می باشد.
• SDA: این پایه، پین داده سریال در ارتباط I2C می باشد.
• INT: این پین را می توان برای ایجاد یک وقفه در هر پالس، برنامه ریزی کرد. هنگامی که یک وقفه رخ می دهد، این پین LOW می شود و تا زمانی که وقفه پاک شود، در وضعیت LOW باقی می ماند.
• IRD: این پین، پایه مربوط به درایو و کنترل ال ای دی IR می باشد. اگر می خواهید LED IR را خودتان هدایت کنید، از این پین استفاده کنید، در غیر این صورت آن را بدون اتصال رها کنید.
• IR: این پین، عملکردی مشابه پین IRD دارد، با این تفاوت که جهت راه اندازی ال ای دی قرمز به کار می رود. اگر نمی‌خواهید LED قرمز را خودتان هدایت کنید، این پین را بدون اتصال رها کنید.
• GND: این پین، پایه اتصال به زمین است که برای تامین تغذیه ماژول به کار می رود.

مشخصات فنی:

• دامنه ولتاژ تغذیه: 3.3 الی 5 ولت
• جریان خاموشی: 0.7 میکرو آمپر
• حداکثر توان مصرفی: 1 وات
• حداکثر طول موج ال ای دی: 660 و 880 نانو متر
• پروتکل ارتباطی: I2C
• سازگار با آردوینو و STM32