运动手表
运动手表在人们的日常生活中越来越常见,除了监测我们的生命体征,这些设备还可以检测行走步数、跑步距离以及睡眠状态。在本文中,我们将带大家一起探讨运动手表的内部结构以及如何使用ADI的MAXREFDES103健康传感器平台。
01
项目材料与资源
700-MAXREFDES103#:
- MAXREFDES103健康传感器平台
软件和工具:
- MAXREFDES103 Complete Eval Pckg, 4.2.0
- PC
- 安卓手机
02
项目技术概述
ADI MAXREFDES103(图1)是腕戴式健康传感器,集成了心率(HR)和血氧饱和度(SpO2)光学传感器(MAX86141)。传感器数据可以通过低功耗蓝牙传输到安卓手机或PC GUI进行演示和评估。
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图1:MAXREFDES103健康传感器平台
(图源:贸泽电子)
与其他可穿戴设备一样,MAXREFDES103也有三个主要系统组件:微控制器、传感器板和射频模块。
其内置的MAX32664C传感器集线器搭载了用于HR和SpO2测量的MAX32664微控制器和MAX86141光学传感器(图2)。

图2:MAXREFDES103系统框图
(图源:ADI)
下面就让我们一起仔细观察一下传感器的操作:
在健康传感器腕带的底部(图3),有两个LED和两个光电二极管。一个LED发射红光用于测量SpO2,另一个LED发射绿光用于测量HR。LED光射向人体皮肤,反射光由光电二极管捕获并发送给MCU,然后通过算法将其转换为有意义的数据。血液会吸收光,所以我们可以利用反射光检测血液流动的变化,这个过程被称为光体积描记术(PPG)。来自PPG的电压信号与流经血管的血液流量成比例关系。
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图3:MAXREFDES103健康传感器平台底视图
(图源:贸泽电子)
最后,数据通过I2C发送到主机MCU MAX32630,并通过BLE发送到移动设备。
硬件安装
硬件组装过程其实很简单。MAXREFDES103包含从传感器到AFE和MCU在内的所有硬件。但要对其进行编程,我们需要通过USB-C连接MAXDAP-TYPE-C适配器板,如下图所示(图4)。

图4:MAXDAP-TYPE-C适配器
(图源:ADI)
按钮旁边的底部连接器用于更新微型板的.bin固件。Device标签右侧的连接器用于MAXREFDES103#和PC之间的串行连接。两个连接器都用于为MAXREFDES103#供电,且该板有两个按钮。
软件安装
MAXREFDES103#附带有预装固件,但需要升级以确保加载的是新版本。请执行以下安装步骤以更新Windows 10固件。
安装Maxim DeviceStudio PC GUI:1. 在ADI官网的“软件开发”下找到并下载新版的软件包。然后,解压缩文件夹。
2. 在下载的文件夹中找到子文件夹
“Maxim Device Studio Windows 10
& Windows 7 PC GUI Installers”。3. 单击并运行安装程序
“SetupHSP_EvKit_5.8.4.5_Win10.msi”。4. 接受条款,然后依次单击“Install”和“Finish”。
更新电路板固件:1. 如图4所示连接电路板。
2. 等待Windows安装驱动程序。然后,将在电脑上看到此设备(图5)。
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图5:DAPLINK windows 10驱动
(图源:ADI)
3. 将“mbed-os_HSP2SPO2_4_2_1.bin”文件(位于已下载软件包的“MAX32630 Microcontroller Host Firmware”文件夹下)拖放到PC的DAPLINK驱动中。这会将主机固件快速存储到MAX32630中。 4. 最后,按下并释放MAXDAP-TYPE-C适配器板上的重置按钮以重新启动健康腕带。按钮位置如图6所示。

图6:MAXDAP-TYPE-C适配器复位按钮
(图源:ADI)
更新MAX32664传感器集线器算法固件:
1. 将Micro-USB切换到Device端口,如下图(图7)所示:

图7:MAXDAP-TYPE-C适配器 - 器件连接
(图源:ADI)
2. 打开Maxim Device Studio PC GUI windows app。 3. 在Scan Mode下选择“Serial over USB/Bluetooth”,然后单击“Scan”。 4. 连接成功后,GUI应如下图所示(图8):

图8:Maxim DeviceStudio PC GUI
(图源:贸泽电子)
5. 依次单击“Device” → “Update SmartSensor_MAX32664 Software” → “Update Firmware”(图9)。

图9:Maxim DeviceStudio PC GUI – 更新固件
(图源:贸泽电子)
找到已下载的软件包,打开文件夹
“Encrypted MAX32664C Biosensor Algorithm Firmware for Wearable Applications Outputs Heart Rate & Blood Oxygen (SpO2)”。
选择.msbl文件
“MAX32664C_HSP2_WHRM_AEC_SCD_WSPO2_Z_30.13.30”,
然后单击“Open”。 6. 将弹出一条警告消息,单击“OK”。7. 现在,用于HR和SpO2测量的嵌入式算法已上传到设备。
蓝牙连接设置 连接到Windows 10上的Maxim DeviceStudio GUI: 1. 断开串行连接,以便通过BLE进行连接。 2. 选择“Windows BLE”,单击“Scan”。

图10:Maxim DeviceStudio PC GUI – BLE连接
(图源:贸泽电子)
3. 选择名为HSP2SPO2_X_X.X的器件,单击“Connect”。

图11:Maxim DeviceStudio PC GUI - BLE连接
(图源:贸泽电子)
在Windows上启动PPG测量: 1. 连接成功,单击“Launch Tool”开始测量。 2. 打开HRM图和SpO2图,然后单击“Start Monitoring”。 3. 数秒后,数据开始出现。

图12:SpO2和HR测量图
(图源:贸泽电子)
安装安卓GUI app:
1. 通过USB将安卓手机连接到电脑。
2. 在手机上,启用通过USB传输文件的选项。启用后,可在Windows文件资源管理器中看到该设备。
3. 打开文件资源管理器并找到“Download”文件夹。
4. 在电脑上打开另一个文件资源管理器,找到之前下载的Maxim软件包,然后导航到文件夹“Maxim Wellness Android Application”。
5. 解压并打开文件夹
"Maxim_Wellness_Suite_v4.3.0.zip"。
6. 将“wellness_suite_v4.3.0.apk”文件拖放到手机的下载文件夹中。
7. 使用文件资源管理器找到.apk文件在手机上的位置。

图13:Maxim Wellness Suite – 安卓app安装
(图源:贸泽电子)
8. 运行.apk文件前,请确保可以选择在手机上安装来自未知来源的应用。

图14:Android设置 – 允许未知来源
(图源:贸泽电子)
9. 最后,单击并运行.apk文件以安装Maxim Wellness app。
在安卓手机上启动PPG测量: 1. 运行Maxim Wellness app。 2. 授予app位置访问权限。 3. 单击Scan并连接到设备。

图15:Maxim Wellness Suite安卓app – BLE连接(图源:贸泽电子)
4. 下面我们将通过测量SpO2来测试其功能。在主菜单中,单击Pulse Oximetry。
5. 在右上角,单击播放图标开始测量SpO2和HR。

图16:Maxim Wellness Suite Android app – 测量SpO2和HR(图源:贸泽电子)
03
结 语
MAXREFDES103健康传感器平台是开发健康监测应用的理想套件。该套件集成了所有硬件,开箱即用。此外,ADI还提供了包括测量心率和血氧饱和度等在内的一系列算法,以帮助设计人员快速轻松地开发健康监测应用。
Rafik Mitry于2019年取得慕尼黑工业大学(TUM)电气工程硕士学位后加入贸泽电子,他在该所大学中还从事过三年能源收集领域的研究工作。
作为贸泽的技术营销工程师,Rafik撰写的内容独特而富含技术性,反映电子行业当前和未来技术趋势。除了紧跟最新技术趋势外,Rafik还是航空和网球的狂热爱好者。
作者
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原文标题:⌚️运动手表的内部有何玄机?拆拆看!
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