Gli orologi da fitness, oltre ad essere sempre più utilizzati nella nostra vita quotidiana, riflettono le tendenze tecnologiche attuali e future nel settore dell'elettronica e delle nuove tecnologie. Questi sono dispositivi in grado di monitorare i nostri segnali vitali, e possono rilevare diversi importanti parametri. In questo articolo analizzeremo cosa c'è all'interno di un comune orologio da fitness dando anche uno sguardo alla piattaforma di sensori di salute Maxim MAXREFDES103.
Introduzione
Maxim MAXREFDES103 (Figura 1) è una piattaforma di sensori per la salute, integrata con un sensore ottico di frequenza cardiaca e SpO2 (MAX86141). I dati del sensore possono essere trasmessi tramite Bluetooth Low Energy a un telefono Android o alla GUI del PC per la dimostrazione e la valutazione.
Figura 1: Piattaforma di sensori di salute MAXREFDES103
Dispone di tre componenti principali del sistema in comune con altri dispositivi indossabili: un microcontrollore, una scheda sensore e un modulo RF. Il MAXREFDES103 include l'hub sensore MAX32664C, dotato del microcontrollore MAX32664 e del sensore ottico MAX86141 responsabile delle misurazioni della frequenza cardiaca e della SpO2 (Figura 2).
Figura 2: Diagramma di sistema MAXREFDES103
Sul lato inferiore della banda del sensore di salute (Figura 3), ci sono due LED e due fotodiodi. Un LED emette luce rossa utilizzata per misurare la SpO2 e l'altro emette luce verde, che viene utilizzata per misurare la frequenza cardiaca. I LED emettono luce sulla pelle del corpo umano e i fotodiodi catturano la luce riflessa e la inviano all'MCU, che poi la traduce con l'aiuto di un algoritmo in dati significativi. Il sangue assorbe la luce, quindi possiamo rilevare i cambiamenti nel flusso sanguigno con la luce riflessa. Questo processo è chiamato fotopletismografia (PPG). Il segnale di tensione che riceviamo da PPG è proporzionale alla quantità di flusso sanguigno che scorre attraverso i vasi sanguigni.
Figura 3: MAXREFDES103 Health Sensor - vista inferiore
Infine, i dati vengono inviati tramite I2C all'MCU host, max32630, e quindi inviati tramite BLE a un dispositivo mobile.
Setup hardware
L'assemblaggio dell'hardware è molto semplice. Il MAXREFDES103 contiene praticamente tutto il necessario all'interno: sensori, AFE, MCU. Per programmarlo, dobbiamo collegare la scheda adattatore MAXDAP-TYPE-C tramite il connettore USB-C, come mostrato nella figura seguente (Figura 4).
Figura 4: Adattatore MAXDAP-TYPE-C
Il connettore inferiore accanto al pulsante aggiorna il firmware della micro scheda. Accanto all'etichetta Device, viene utilizzato il connettore destro per la connessione seriale tra MAXREFDES103 e il PC. Entrambi i connettori forniscono alimentazione al MAXREFDES103. La scheda ha due pulsanti.
Setup software
MAXREFDES103 viene fornito con firmware precaricato, ma è necessario un aggiornamento per garantire che venga caricato il set di firmware più recente. Vediamo come aggiornare il firmware per Windows 10.
Installazione della GUI del PC Maxim DeviceStudio:
- Scaricare il pacchetto di rilascio software più recente dalla pagina Web Maxim, che si trova in "Sviluppo software". Quindi, decomprimere la cartella.
- Navigare nella cartella scaricata nella sottocartella "Maxim Device Studio Windows 10 & Windows 7 PC GUI Installers".
- Fare clic ed eseguire il programma di installazione "SetupHSP_EvKit_5.8.4.5_Win10.msi".
- Accettare i termini e fare clic su "Installa" seguito da "End".
Aggiornamento del firmware della scheda:
- Collegare la scheda come mostrato nella Figura 4.
- Attendere che Windows installi i suoi driver. A questo punto dovreste vederlo come un dispositivo sul vostro PC (Figura 5).
Figura 5: DAPLINK Windows 10 driver
- Trascinare e rilasciare il file "mbed-os_HSP2SPO2_4_2_1.bin", che si trova nel pacchetto di rilascio del software scaricato nella cartella "MAX32630 Microcontroller Host Firmware" nell'unità DAPLINK sul PC. Questo farà lampeggiare il firmware dell'host sul MAX32630.
- Infine, premere e rilasciare il pulsante di ripristino sulla scheda MAXDAP-TYPE-C Adapter per riavviare la banda di integrità. La Figura 6 mostra dove si trova il pulsante.
Figura 6: Pulsante di ripristino dell'adattatore MAXDAP-TYPE-C
Aggiornamento del firmware dell'algoritmo MAX32664 Sensor Hub:
- Passare la Micro-USB alla porta del dispositivo. Vedrete quindi l'immagine seguente (Figura 7):
Figura 7: Adattatore MAXDAP-TYPE-C – connessione del dispositivo
- Aprire l'app di Windows MAXIM DeviceStudio PC GUI
- Selezionare "Seriale su USB / Bluetooth" in modalità di scansione e fare clic su "Scansione"
- Dopo una connessione riuscita, ecco come dovrebbe apparire la GUI (Figura 8)
Figura 8: MAXIM DeviceStudio PC GUI
- Fare clic su "Dispositivo" → "Aggiorna software SmartSensor_MAX32664" → "Aggiorna firmware" (Figura 9)
Figura 9: Maxim DeviceStudio PC GUI - Aggiornamento firmware
-
Passare al pacchetto di rilascio del software scaricato e aprire la cartella "Encrypted MAX32664C Biosensor Algorithm Firmware for Wearable Applications Outputs Heart Rate & Blood Oxygen (SpO2)". Quindi selezionare il file .msbl: "MAX32664C_HSP2_WHRM_AEC_SCD_WSPO2_Z_30.13.30" e fare clic su Apri.
- Verrà visualizzato un messaggio di avviso, fare clic su OK.
- Ora, l'algoritmo incorporato per la frequenza cardiaca e la misurazione della SpO2 verrà caricato sul dispositivo.
Configurare la connessione Bluetooth
Connessione alla GUI di Maxim DeviceStudio in Windows 10:
- Scollegare la connessione seriale per potersi connettere tramite BLE
- Selezionare "Windows BLE" e fare clic su "Scansione".
Figura 10: Maxim DeviceStudio PC GUI - Connessione BLE
- Selezionare il dispositivo con il nome HSP2SPO2_X_X.X e fare clic su Connetti.
Figura 11: Maxim DeviceStudio PC GUI - Connessione BLE
Avvio della misurazione PPG su Windows:
- Dopo una connessione riuscita, fare clic su "Avvia strumento" per iniziare a misurare i dati.
- Attivare il grafico HRM e il grafico SpO2 e fare clic su "Avvia monitoraggio".
- Dopo un paio di secondi, dovreste iniziare a vedere i dati che arrivano.
Figura 12: SpO2 e grafici di misurazione della frequenza cardiaca
Installazione dell'app GUI:
- Collegare un telefono Android al PC tramite USB.
- Sul telefono Android, abilitare l'opzione per trasferire file tramite USB. Una volta abilitato, potete vedere il dispositivo in Esplora file in Windows.
- Aprire Esplora file e andare alla cartella "Download".
- Aprire un altro Esplora file sul PC, andare al pacchetto di rilascio del software Maxim che abbiamo scaricato in precedenza e andare alla cartella "Applicazione Android Maxim Wellness".
- Decomprimere la cartella "Maxim_Wellness_Suite_v4.3.0.zip" e aprirla.
- Trascinare e rilasciare il file "wellness_suite_v4.3.0.apk" nella cartella di download del telefono.
- Utilizzare Esplora file per spostarsi nel punto in cui il file .apk è stato spostato sul telefono.
Figura 13: Maxim Wellness Suite - Installazione app Android
- Prima di eseguire il file .apk, assicurarsi di avere la possibilità di installare app da fonti sconosciute sul telefono abilitate.
Figura 14: Impostazioni Android - consentendo fonti sconosciute
- Infine, fare clic ed eseguire il file .apk, verrà quindi installata l'app Maxim Wellness.
Avvio della misurazione PPG sul telefono Android:
- Eseguire l'app Maxim Wellness
- Concedere all'app le autorizzazioni sulla Posizione
- Fare clic su Scansione e connettersi al dispositivo
Figura 15: App Maxim Wellness Suite per Android - Connessione BLE
- Ad esempio, per testare la funzionalità, misureremo la SpO2. Nel menu principale, fare clic su Pulsossimetria.
- Nell'angolo in alto a destra, fare clic sull'icona di riproduzione per iniziare a misurare il livello di SpO2 e la frequenza cardiaca.
Figura 16: App Android Maxim Wellness Suite - Misurazione SpO2 e HR
Conclusioni
MaxREFDES103 Health Sensor Platform è un kit ideale per iniziare con lo sviluppo di applicazioni di monitoraggio dello stato di salute. Il kit ha tutto l'hardware integrato ed è pronto per essere subito utilizzato. Maxim offre anche una gamma di algoritmi, compresi quelli per misurare la frequenza cardiaca e i livelli di ossigeno nel sangue, aiutando così i progettisti a sviluppare applicazioni di monitoraggio della salute in modo rapido e semplice.
