描述

許多人在隔離期間感覺很好，但突然間他們的健康狀況崩潰了，盡管有幫助，他們還是經常死去。

脈搏血氧儀能夠幫助受感染的患者，并指示他們何時應該盡快到醫院尋求幫助。

在家中使用脈搏血氧儀，每位患者都可以監測自己的健康狀況。這樣一來，每個人都絕對做好了抗擊疾病的準備。

正常氧飽和度約為 95-98%。吸煙者通常獲得較低的利率。氧氣水平低于 90% 已經表明嚴重的呼吸衰竭，但當您的結果為 92% 或更低時，您應該立即去看醫生。每天的長期脈搏記錄可以提供有關患者健康狀況的重要信息。例如，連續的脈搏率監測有助于防止突發心臟病。

這款便攜式生命參數監測儀專用于無癥狀的疑似 COVID-19 疾病患者。

脈搏血氧儀是我們戴在手指上的一個微型設備，它測量血液氧化水平。通常，感染者的氧氣含量非常低，這是 Covid-19 的特征性癥狀。

該設備由幾個基本塊組成：

• 能夠記錄心率并確定血液中氧飽和度的生物傳感器
• 用于數字信號處理的微控制器
• 通信模塊，可通過藍牙使用無線連接與其他系統進行通信

Mikroelektronika Heart Rate 3 Click Board 被選為生物傳感器。

Heart rate 3 click 是一個 mikroBUS 附加板，其功能由兩個組件決定：一個 OSRAM 的 SFH7050 脈搏血氧飽和度和心率監測模塊，以及一個專門用于生物傳感的 Texas Instruments AFE4404（模擬前端）IC。

SFH7050 多芯片封裝包含 3 個 LED 和 1 個光電二極管，通過光柵隔開以防止光學串擾。當三個 LED 通過手指發光時，部分光會被脈動的血液吸收。

來自 SFH7050 的模擬信號被轉發到 AFE 芯片，該芯片能夠從反射光的強度中獲得脈沖讀數。

AFE4404 傳感器使用 i2c 進行通信，因此我們需要將 SCL 和 SDA 線從傳感器連接到目標 MCU。

Heart Rate Click 模塊示意圖如下：

用于數字信號處理的微控制器應具有高效率和低功耗的特點。

該解決方案的理想選擇是 FTDI FT900 微控制器。

FT900 嵌入式微控制器包括：

• 高性能、低功耗 32 位 FT32 核心處理器，運行頻率為 100MHz
• 256 kB 高速閃存
• USB2.0主機控制器
• USB2.0外設控制器
• 10/100Mbps 以太網控制器
• 實時時鐘
• SPI/I2C/UART接口
• 四個定時器 - SD 主機控制器
• 10 位 DAC0/1 通道
• 10位ADC1-7通道
• 具有 5V 容差 I/O 單元的通用 I/O 接口

FT900單片機框圖如圖所示：

步驟 1 編程數字信號微控制器

FT900 微控制器的程序是用 microC PRO IDE 編寫的。此設計環境為這些微控制器提供全面支持。

Microelektronika 為 Heart Rate 3 Click 板提供了完整的庫。您可以在以下位置找到它們：

https://libstock.mikroe.com/projects/view/1908/heart-rate-3-click

該庫包含 AFE4404 傳感器的低級函數和 FT900 MCU 的硬件抽象層 (HAL)。

因為完全編譯開發的項目需要付費許可證，所以我們決定將編譯后的版本作為二進制文件共享。

Clicker 板有一個內置的引導加載程序。您可以使用 Mikroelektronika 提供的軟件對電路板進行編程。

開發的程序使用UART0，參數如下：

• 波特率：115.200
• 8 個數據位
• 無平價
• 1 個停止位
• 硬件流量控制：無

每秒發送一次帶有心率和血氧飽和度信息的結果，以分號 (", ") 分隔

串行端口線連接到 GPIO48 (UART0_TXD) 和 GPIO49 (UART0_RXD)。

FT900 微控制器的軟件已作為附件放置。

步驟 2 編程藍牙微控制器

我們選擇了 Nordic nRF52840 微控制器作為藍牙連接的通信微控制器。

nRF52840 微控制器用作藍牙模塊。該 MCU 的唯一任務是通過藍牙連接將數據從串行端口傳輸到移動設備。

北歐半。提供帶有許多示例和完整文檔的軟件開發工具包 (SDK)。

必要的代碼可以在以下位置找到：

\examples\ble_peripheral\ble_app_uart

該程序用作對等電話應用程序，并通過藍牙模擬串行端口。

在運行程序之前，您必須對板上的 SoftDevice 進行編程。

SoftDevice 二進制文件位于文件夾中：

\components\softdevice\s140\hex

有幾種方法可以對 SoftDevice 進行編程。最好的選擇是使用 nRFgo Studio。

你可以在這里找到這個應用程序：

然后您可以使用 S140 SoftDevice 在 nRF52840 上運行藍牙應用程序。

該應用程序包括一項具有 128 位供應商特定 UUID 服務的服務 (6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E)。

該服務公開了兩個特征：一個用于發送，一個用于接收（從對等方看）。

RX 特性（UUID：6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E）

對等方可以通過寫入服務的 RX 特性來向設備發送數據。接收到的數據在 UART 接口上發送。

TX 特性（UUID：6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E）

應用程序可以將數據作為通知發送到對等方，并將通過 UART 接收的所有數據作為通知發送。

它使用 nRF52840 板上的兩條串行端口線：

• 接收 P0.8
• TX P0.6

第 3 步 Android 應用程序

Android 應用程序是用 MIT App Inventor 編寫的。對于 Android 的快速應用程序開發來說，這是一個非常好的環境。

應用如圖所示：

應用程序邏輯已使用內置塊進行編程：

第 4 步測試

如果您擁有構成系統的所有部分，則可以將它們加入到一個完整的系統中。

1. 將 Mikroelektronika Heart Rate 3 Click Board 放在 Clicker 2 for FT90x 開發板的 mikroBUS 插座中。

2. 使用引導加載程序和帶有該 MCU 軟件的二進制文件對 FT900 微控制器進行編程。

3. 使用 Embedded Studio 對 Nordic nRF52840 MCU 進行編程。

4. 用電纜連接適當的微控制器串口線：

nRF52840 P0.8 (RX) 到 FT900 GPIO48 (UART0_TXD)

nRF52840 P0.6 (TX) 到 FT900 GPIO49 (UART0_RXD)

兩款微控制器均采用 3.3V 供電，因此不需要電壓電平轉換器

5. 重置兩個微控制器

6. 在您的智能手機或平板電腦上安裝 Android 應用程序。

7. 啟動應用程序并選擇適當的藍牙設備（單擊“選擇便攜式顯示器”）。

8. 應用程序每 1 秒更新一次測量結果。

設計的設備通過藍牙連接將有關測量的心率和血液飽和度的信息發送到智能手機。在為 Android 移動設備開發的特殊應用程序中，每位患者都可以了解自己的健康狀況。

硬件組件

• Mikroelektronika 心率 3 點擊板，MIKROE-2036
• 用于 FT90x 開發套件的 Mikroelektronika Clicker 2，MIKROE-1724
• Nordic nRF52840 開發套件

軟件應用程序和在線服務

• 用于 FT90x IDE 的 Mikroelektronika mikroC PRO
• 適用于 ARM 的 SEGGER Embedded Studio IDE
• 北歐 nRFConnect
• 北歐 nRFgo 工作室
• 麻省理工學院應用發明者