運(yùn)動(dòng)手表

運(yùn)動(dòng)手表在人們的日常生活中越來(lái)越常見(jiàn)，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(guò)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發(fā)射紅光用于測(cè)量SpO₂，另一個(gè)LED發(fā)射綠光用于測(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(guò)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(guò)程被稱為光體積描記術(shù)（PPG）。來(lái)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(guò)I²C發(fā)送到主機(jī)MCU MAX32630，并通過(guò)BLE發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備。

硬件安裝

硬件組裝過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)串行連接，以便通過(guò)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(kāi)始測(cè)量。 2. 打開(kāi)HRM圖和SpO₂圖，然后單擊“Start Monitoring”。 3. 數(shù)秒后，數(shù)據(jù)開(kāi)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(guò)USB將安卓手機(jī)連接到電腦。

2. 在手機(jī)上，啟用通過(guò)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(kāi)文件資源管理器并找到“Download”文件夾。

4. 在電腦上打開(kāi)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(kāi)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)確保可以選擇在手機(jī)上安裝來(lái)自未知來(lái)源的應(yīng)用。

圖14：Android設(shè)置 – 允許未知來(lái)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(wèn)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(guò)測(cè)量SpO₂來(lái)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(kāi)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(yǔ)

MAXREFDES103健康傳感器平臺(tái)是開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(xiāo)工程師，Rafik撰寫(xiě)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(lái)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(ài)好者。

作者

簡(jiǎn)介

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