سنسورهای بایو مدیکال
سنسورهای بایو مدیکال، دستگاه های الکترونیکی خاصی هستند که می توانند سیگنال های زیست پزشکی را به سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل کنند. امروزه سنسورهای بایو مدیکال عنصر کلیدی در ابزارها و تجهیزات تشخیصی پزشکی هستند.
سنسورهای بایو مدیکال به طور گسترده در تجزیه و تحلیل و تشخیص تصاویر پزشکی، دستگاه‌های تشخیصی قابل حمل و بالینی و کاربردهای تحلیلی آزمایشگاهی استفاده میشوند.
این سنسورها معمولاً بر اساس کمیتی که اندازه‌گیری میکنند طبقه‌بندی میشوند و بسته به کاربردهای خاصشان معمولاً به‌عنوان فیزیکی، الکتریکی یا شیمیایی دسته بندی میشوند.
سنسورهای نوری مانیتور ضربان قلب
سنسورهای نوری مانیتور ضربان قلب رایج‌ترین نوع سنسورهای پالسی در بین سنسورهای پالسی استفاده شده در دستگاه‌های پوشیدنی هستند. بیشتر آنها داده های ضربان قلب را از طریق “فتوپلتیسموگرافی” (PPG) یا فرآیند استفاده از نور برای اندازه گیری جریان خون جمع آوری می کنند. دستگاه های پوشیدنی مجهز به نمایشگر نوری ضربان قلب دارای LEDهای کوچکی در قسمت زیرین خود هستند که نور سبز را به پوست مچ دست می‌تاباند. طول موج های مختلف نور از این امیترهای نوری با خونی که در مچ دست فرد جریان دارد، تعامل دارد. هنگامی که آن نور از خون جاری در مچ دست فرد منعکس می شود ، حسگر دیگری در دستگاه، این اطلاعات را می گیرد، سپس میتوان آن داده‌ها را به همراه اطلاعات حرکتی که توسط شتاب‌سنج دستگاه شناسایی میشود، با الگوریتم‌های خاصی به پالس‌هایی قابل فهم تبدیل کرد.
مروری بر سنسورBH1790GLC
BH1790GLC یک سنسور نوری برای آی سی مانیتور ضربان قلب است که در آن درایور LED و فوتودیود تشخیص دهنده نور سبز گنجانده شده است . فتودیود به کار رفته در BH1790GLC حساسیت بالایی به نور سبز داشته و بخاطر انتخاب‌پذیری بالا در انتخاب طول موج، شکل موج‌ها را با دقت بالایی تشخیص می‌دهد.
از ویژگی‌های این سنسور میتوان به وجود یک فیلتر IR CUT و یک LED درایور با قابلیت انتخاب جریان، در ساختار داخلی این سنسور اشاره کرد.
این سنسور در پکیج WLGA010V28 سایز 2.80 ×2.80×1.0mm تولید میشود و میتوان از این سنسور در ساخت سنسورهای پوشیدنی، تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده کرد.
مشخصات فنی
کاربردها
- Output type: Digital – I2C
- Number of LEDs: 2EXT
- Number of PDs :1
- Wavelength Range: 470nm to 600nm
- Wavelength Peak: 520nm
- ADC Resolution: 14 Bit
- Type of Filter: Built-in Ir-cut and Green Filter
- Medical instrumentation (ECG) including:
- – Patient monitoring: Holter, event, stress, and vital signs including ECG, AED, and telemedicine
- – Personal care and fitness monitors
- (heart rate, respiration, and ECG)
- High-precision, simultaneous, multichannel data acquisition
ماژول GebraBit BH1790GLC
ماژولGebraBit BH1790GLCدارای یک سنسور نوری برای آی‌سی مانیتور ضربان قلب است که در این سنسور درایور LED و فوتودیود تشخیص نور سبز گنجانده شده است. در نتیجه دو LED1 و LED2 روی این ماژول تعبیه شده‌اند. ماژول GebraBit BH1790GLC برای روشن کردن سنسور BH1790GLC به یک ولتاژ ورودی 3V3 نیاز دارد. در این ماژول برای خواندن داده‌ها و ارتباط با سنسور رابط I2C مورد نیاز است.
با توجه به پکیج WLGA010V28 سنسور BH1790GLC و عدم دسترسی به پین های آن ، کاربر برای توسعه سخت افزاری و البته توسعه نرم افزاری سنسور،نیاز به یک مدار راه انداز و درایور دارد.GebraBit برای راحتی کاربران، این امر را با پیاده سازی مدار سنسور BH1790GLC و ارایه دسترسی به پین های سیگنال های ارتباطی و تغذیه ، محق ساخته است.
کافیست ماژول GebraBit BH1790GLC را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز، ماژول GebraBit BH1790GLC را با هریک از برد های اردوینو، رزبری پای ، دیسکاوری و مخصوصا ماژول GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 که پیشنهاد ما استفاده از ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit هست،راه اندازی و دیتا را دریافت کنید.
دلیل پیشنهاد ما در راه اندازی ماژول GebraBit BH1790GLC با ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit مانند GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 ،وجود رگولاتور داخلی 3V3 در آنها و سازگاری ترتیب پین های همه ماژول های GebraBit با هم بوده(استاندارد GEBRABUS) که فقط کافیست ماژول GebraBit BH1790GLC را مانند تصویر بالا در سوکت مربوطه قرار داده و بدون نیاز به سیم کشی ،ماژول سنسور مورد نظر را توسعه دهید.
توجه: با توجه به اینکه پین PA14 ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 برای پروگرام کردن میکروکنترلر استفاده میشود،تنظیم I2C بر روی پین های PA14 و PA15 در این ورژن مقدور نمی باشد ،لذا در اتصال I2C به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 در این ورژن (ورژن شماره2) ، ماژول GebraBit BH1790GLC نمی تواند به صورت Pin to Pin بر روی آن قرار گیرد.
ویژگی‌های ماژول GebraBit BH1790GLC
- Integrated emitting LEDs
- User-selectable I2C logic level voltage
- User-selectable LED1 & LED2 Anode Supply Voltage
- I2C interface for reading data and configuring the sensor
- On Board, ON/OFF LED indicator
- Pin Compatible with GEBRABUS
- It can be used as a daughter board of GEBRABIT MCU Modules
- Featuring Castellated pad (Assembled as SMD Part)
- Separatable screw parts to reduce the size of the board
- Package: GebraBit small (36.29mm x 32.72mm)
معرفی بخش های ماژول
سنسور BH1790GLC
ای سی اصلی این ماژول بوده که در بالای ماژول قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.
جامپرVDIO SEL
با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، سطح منطق (Logic Level) ارتباط دیجیتالI2C سنسور و سایر پین‌های دیجیتال از بین 1V8 و 3V3 انتخاب می شود.
جامپر سلکتور ولتاژ LED (VLED SEL)
با توجه به وضعیت مقاومت 0R جامپر “VLED SEL” ولتاژ تغذیه آند LED های سبز بین “5V” یا “3V3” تعیین میشود.
LEDهای سبز
همانطور که گفته شد در سنسورهای نوری مانیتورینگ ضربان قلب ، فرآیند مانیتورینگ با تابش نور سبز به خون بدن فرد آغاز میشود ، ال ای دی‌های 1 و 2 تعبیه شده رو این ماژول نیز به همین منظور و برای تابش نور سبز به خون فرد، روی ماژول قرار گرفته اند.
تغذیه LED
با توجه به وضعیت جامپرها و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.
پین های ماژول
پین های تغذیه
- 5V و 3V3 و 1V8 : این پین‌ها می توانند با توجه به وضعیت Jumper Selector های VDIO و VLED، تغذیه اصلی سنسور و LED ها را تامین کنند.
- GND : این پین زمین مشترک برای تغذیه ماژول است.
پین‌های I2C
- SDA : این پین، پین دیتای ارتباط I2C می باشد، که به پین دیتای متناظر در میکروکنترلر(پردازنده) ، متصل می شود.با توجه به وضعیت جامپر VDIO، می‌توانید از سطح منطق(Logic Level) با ولتاژ 1V8 یا 3V3 استفاده کنید.این پین با یک مقاومت پول آپ (Pull Up) شده است.
- SCL : این پین، پین کلاک ارتباط I2C می باشد، که به پین کلاک متناظر در میکروکنترلر(پردازنده) ، متصل می شود.با توجه به وضعیت جامپر VDIO ، می‌توانید از سطح منطق(Logic Level) با ولتاژ 1V8 یا 3V3 استفاده کنید.این پین با یک مقاومت پول آپ (Pull Up) شده است.
اتصال به پردازنده
اتصال I2C با GebraBit STM32F303
برای اتصال I2C ماژول GebraBit BH1790GLC به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 بعد از تعریف کردن SDA و SCL رو پین های PB9 و PB8 (برای راحتی کار در STMCUBEMX)مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین 3V3 ماژول BH1790GLC را به پین 3V3 خروجی ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول BH1790GLC را به پین GND ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین SCL ماژول BH1790GLC را به پین PB8 ماژول میکروکنترلر (SCL) متصل کنید.(سیم آبی)
- پین SDA ماژول BH1790GLC را به پین PB9 ماژول میکروکنترلر (SDA) متصل کنید.(سیم زرد)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود:
اتصال I2C با GebraBit ATMEGA32A
با توجه به اینکه پین های I2C میکروکنترلر ATMEGA32A بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های I2C دیگر ماژول های GEBRABIT می باشد، ماژول GebraBit BH1790GLC را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و با ماژول GebraBit BH1790GLC از طریق I2C ارتباط برقرار کنید.
در اینجا برای درک بهتر، اتصال جداگانه ماژول ها نشان داده شده است.
توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای VDIO و VLEDماژول GebraBit BH1790GLC روی 3V3 باشد تا راحت تر بتوانید ولتاژ3V3 را از ماژول میکروکنترلری بگیرید و ماژول GebraBit BH1790GLC را فعال کنید
اتصال I2C با ARDUINO UNO
برای اتصال I2C ماژول GebraBit BH1790GLC به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین 3V3 ماژول BH1790GLC را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول BH1790GLC را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین SCL ماژول BH1790GLC را به پین A5 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم آبی)
- پین SDA ماژول BH1790GLC را به پین A4 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم نارنجی)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود:
