旭日X3派搭配MAX30102实现心率血氧检测显示

一、Arduino与旭日X3派通信

本部分将详细讲解如何通过USB建立Arduino与旭日X3派之间的串口通信，并确保X3派能够成功接收来自Arduino发送的数据。这是实现嵌入式设备联调的基础步骤，适用于各类物联网与机器人项目。

1. 检查X3派上Python是否已安装serial包

在开始通信前，请确认X3派中已安装Python的serial库。若尚未安装，可通过以下命令完成安装：

pip install pyserial

2. 硬件连接：X3派与Arduino通过USB通信

使用标准USB数据线将Arduino开发板连接到X3派的USB接口。连接后，X3派系统会自动识别该设备，无需额外驱动。

3. 验证通信接口：查看设备节点

在X3派终端中执行以下命令，观察是否出现 ttyACM0 设备节点。若出现，则说明USB连接正常，通信链路已建立：

ls /dev/tty*

如果看到 ttyACM0，说明X3派与Arduino可以正常通信。

4. 在Arduino上烧录测试代码

将以下代码上传至Arduino开发板中。该程序逻辑为：当Arduino收到字符 's' 时，立即返回 "HelloWorld!" 字符串，用于验证双向通信是否正常。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  if (Serial.a vailable()) {
    if ('s' == Serial.read()) 
      Serial.println("HelloWorld!");
  }
}

提示：Arduino的串口波特率设置为9600，请确保X3派端使用相同的波特率，否则无法正常解析数据。

5. 在X3派上测试是否收到信息

在X3派终端中通过Python3进行测试。创建并运行以下Python脚本，实现向Arduino发送指令并读取返回结果：

import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0', 9600, timeout=1)
while 1:
    ser.write('s'.encode())
    msg = ser.readall()
    print(msg)

运行后，若终端输出显示 HelloWorld!，则说明通信成功，数据交互正常！

注意：在Python中，ser.write('s') 会报编码错误，必须使用 encode() 方法将字符串转换为字节流，如 ser.write('s'.encode())。

6. 权限问题及解决方法

如果运行Python脚本时出现权限错误（如 Permission denied），是因为普通用户没有访问串口设备的权限。请在终端中切换到管理员模式：

sudo su

输入密码后，再执行Python脚本即可。

提示：也可以使用 sudo python3 临时提升权限，但建议将用户添加到 dialout 组以永久解决权限问题。

常见问题及解答

• Q：执行 ls /dev/tty* 没有看到 ttyACM0？
  A：请检查USB线是否连接牢固，或尝试更换USB口。如果使用Arduino Nano等板子，可能出现 ttyUSB0，需相应调整设备名。
• Q：Arduino代码烧录后，X3派收不到 HelloWorld!？
  A：首先确认两边的波特率是否一致（均为9600）；其次检查Python脚本中的设备名是否正确，如为 ttyUSB0 需修改；最后确认Arduino的串口是否被其他程序占用。
• Q：使用 ser.write('s') 报错 TypeError: 'str' object cannot be interpreted as an integer？
  A：串口写入需要字节数据，请使用 's'.encode() 或 b's'。

二、MAX30102人体心率血氧检测模块在上位机旭日X3派上的数据显示

本部分将指导您使用MAX30102传感器采集人体心率与血氧饱和度数据，并通过Arduino发送到X3派进行实时显示与后续分析。该方案适用于健康监测、可穿戴设备原型开发等场景。

1. MAX30102传感器简介

MAX30102是一款高灵敏度脉搏血氧仪和心率传感器，集成完整的信号采集电路，包含光信号发射与接收、模数转换、环境光干扰消除及数字滤波。用户只需通过I2C数字接口即可读取经处理后的数据，广泛应用于智能手环、健康监测贴片等可穿戴设备中。

2. Arduino代码（完整版）

将以下代码上传到Arduino开发板。该代码读取MAX30102的原始数据，并实时计算心率（HR）和血氧饱和度（SpO2），通过串口输出至X3派。

#include 
#include "MAX30105.h"
#include "spo2_algorithm.h"

MAX30105 particleSensor;

#define MAX_BRIGHTNESS 255

#if defined(__A VR_ATmega328P__) || defined(__A VR_ATmega168__)
//Arduino Uno doesn't ha ve enough SRAM to store 100 samples of IR led data and red led data in 32-bit format
//To solve this problem, 16-bit MSB of the sampled data will be truncated. Samples become 16-bit data.
uint16_t irBuffer[100]; //infrared LED sensor data
uint16_t redBuffer[100]; //red LED sensor data
#else
uint32_t irBuffer[100]; //infrared LED sensor data
uint32_t redBuffer[100]; //red LED sensor data
#endif

int32_t bufferLength; //data length
int32_t spo2; //SPO2 value
int8_t validSPO2; //indicator to show if the SPO2 calculation is valid
int32_t heartRate; //heart rate value
int8_t validHeartRate; //indicator to show if the heart rate calculation is valid

byte pulseLED = 11; //Must be on PWM pin
byte readLED = 13; //Blinks with each data read

void setup()
{
  Serial.begin(115200); // initialize serial communication at 115200 bits per second:
  pinMode(pulseLED, OUTPUT);
  pinMode(readLED, OUTPUT);
  // Initialize sensor
  if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) //Use default I2C port, 400kHz speed
  {
    Serial.println(F("MAX30105 was not found. Please check wiring/power."));
    while (1);
  }

  byte ledBrightness = 60; //Options: 0=Off to 255=50mA
  byte sampleA verage = 4; //Options: 1, 2, 4, 8, 16, 32
  byte ledMode = 2; //Options: 1 = Red only, 2 = Red + IR, 3 = Red + IR + Green
  byte sampleRate = 100; //Options: 50, 100, 200, 400, 800, 1000, 1600, 3200
  int pulseWidth = 411; //Options: 69, 118, 215, 411
  int adcRange = 4096; //Options: 2048, 4096, 8192, 16384

  particleSensor.setup(ledBrightness, sampleA verage, ledMode, sampleRate, pulseWidth, adcRange); //Configure sensor with these settings
}

void loop()
{
  bufferLength = 100; //buffer length of 100 stores 4 seconds of samples running at 25sps

  //read the first 100 samples, and determine the signal range
  for (byte i = 0 ; i < bufferLength ; i++)
  {
    while (particleSensor.a vailable() == false) //do we ha ve new data?
      particleSensor.check(); //Check the sensor for new data

    redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
    irBuffer[i] = particleSensor.getIR();
    particleSensor.nextSample(); //We're finished with this sample so move to next sample

    Serial.print(F("red="));
    Serial.print(redBuffer[i], DEC);
    Serial.print(F(", ir="));
    Serial.println(irBuffer[i], DEC);
  }

  //calculate heart rate and SpO2 after first 100 samples (first 4 seconds of samples)
  maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, bufferLength, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);

  //Continuously taking samples from MAX30102. Heart rate and SpO2 are calculated every 1 second
  while (1)
  {
    //dumping the first 25 sets of samples in the memory and shift the last 75 sets of samples to the top
    for (byte i = 25; i < 100; i++)
    {
      redBuffer[i - 25] = redBuffer[i];
      irBuffer[i - 25] = irBuffer[i];
    }

    //take 25 sets of samples before calculating the heart rate.
    for (byte i = 75; i < 100; i++)
    {
      while (particleSensor.a vailable() == false) //do we ha ve new data?
        particleSensor.check(); //Check the sensor for new data

      digitalWrite(readLED, !digitalRead(readLED)); //Blink onboard LED with every data read

      redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
      irBuffer[i] = particleSensor.getIR();
      particleSensor.nextSample(); //We're finished with this sample so move to next sample

      //send samples and calculation result to terminal program through UART
      Serial.print(F(", HR="));
      Serial.print(heartRate, DEC);
      Serial.print(F(", SPO2="));
      Serial.println(spo2, DEC);
    }

    //After gathering 25 new samples recalculate HR and SP02
    maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, bufferLength, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);
  }
}

注意：该代码依赖 MAX30105 库和 spo2_algorithm 库，请先在Arduino IDE中安装 SparkFun MAX3010x Pulse and Proximity Sensor Library。

3. 硬件接线

将MAX30102模块与Arduino按照下表连接，确保供电和I2C通信线路正确：

• VCC → 5V
• GND → GND
• SCL → A5
• SDA → A4

建议：用绝缘黑胶布将MAX30102模块周围（包括金属部分）包裹起来，避免手指触碰电阻对环境光产生干扰，影响测量结果。

4. X3派上接收数据的Python代码

在X3派终端中创建一个Python脚本，用于接收Arduino发送的心率血氧数据。使用以下命令新建文件：

sudo nano max30102_test.py

输入以下内容：

import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0', 115200, timeout=1)
while 1:
    msg = ser.read(10)
    print(msg)

注意：Arduino的串口波特率设置为115200，此处必须保持一致，否则无法正确解析数据流。

5. 运行测试

在终端中执行Python脚本：

python3 max30102_test.py

将手指轻轻放在MAX30102传感器上（不要按压过重）。等待几秒后，终端会显示心率（HR）和血氧（SPO2）数据。

• 心率数据通常较快得出，血氧数据需要等待较长时间（约30秒至1分钟）才能稳定。
• 输出中 HR 为心率，SPO2 为血氧饱和度，ir 和 red 为中间计算值。

常见问题及解答

• Q：Arduino上电后，串口输出显示 MAX30105 was not found？
  A：请检查接线是否正确，尤其是VCC（5V）、GND、SCL（A5）、SDA（A4）是否连接牢固。另外，MAX30102模块的供电电压为5V，不要使用3.3V。
• Q：X3派终端输出乱码或没有数据？
  A：首先确认Arduino的波特率是115200，Python脚本中设置的是115200。如果仍然乱码，检查Arduino代码中是否开启了其他串口输出（如打印原始数据），可能会干扰心率血氧的解析输出。
• Q：血氧值一直显示0或异常值？
  A：血氧测量需要传感器稳定贴合手指，且需要一定时间（约30秒以上）的算法收敛。请确保手指按压力度适中，避免晃动。同时，检查环境光是否过强，可用黑胶布遮挡传感器侧面。
• Q：为什么读取到的数据只有 HR 和 SPO2，没有 ir 和 red？
  A：Arduino代码在循环中只打印了 HR 和 SPO2，原始数据（ir/red）仅在初始化阶段打印。如需查看原始数据，可以在循环中增加打印语句。

本文转自地平线开发者社区

原作者：jmulin

原链接：https://developer.horizon.ai/forumDetail/98129540173361549

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