TI MSPM0L1306 LaunchPad体验06：构建指夹式脉搏血氧仪的基础_利用OPA检测光电流

x1816

TI MSPM0L1306 LaunchPad体验06：构建指夹式脉搏血氧仪的基础_利用OPA检测光电流 [复制链接]

 

电路分析

LaunchPad上有一个光电二极管（photodiode，PD）可以用来当作光传感器。

光电二极管在光线照射下，会产生很小的光电流，通常需要运放搭建跨阻放大器（TIA）将电流信号放大，并转变成便于ADC采集的电压信号。

 

跨阻放大器结构如下图所示：

接下来分析引脚排布。LaunchPad上搭载的芯片型号是MSPM0L1306SRHB，是32 VQFN封装。

PA22对应OPA0输出（OPA0_OUT），

PA24和PA25分别对应OPA0的反相和同相输入。

查阅OPA的方框图：

刚好可以用OPA0来实现跨阻放大器。

再查阅器件模拟连接图（在datasheet的8.24节），可以发现ADC0的12通道，对应了OPA0的输出。因此可以直接用ADC去采集这个放大后的电压信号。

软件设计

使用adc_to_uart模板，将adc转换结果输出到串口。

SysConfig工具需要重点关注OPA和ADC12。

ADC12模块需要选择输入通道为12，界面上会自动提示是OPA0 output

代码部分反而没有特别困难的地方，基本可以沿用热敏电阻检测的代码，将ADC的值输出到串口。

运行结果：

拉上窗帘，亮度比较低，ADC数值也较低：

拉开窗帘，亮度比较高，ADC数值也较高：

小结

善用片内模拟外设，特别是OPA和ADC联用，可以几乎不需要外部模拟器件，就可以搭建跨阻放大器等常见的运放基本电路。

跨阻放大器检测光电二极管的电流信号，除了用于环境光检测，还有很多用途。

例如在医学上，指夹式脉搏血氧仪（在2023年初抢购到断货的商品）的模拟接收部分就是这个结构，TI还给了一个参考设计。

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ml/zhct423/zhct423.pdf

完整代码

C程序

#include "stdio.h"
#include "ti_msp_dl_config.h"
// #include <math.h>
volatile bool gCheckADC;
volatile uint16_t gADCResult;

int main(void) {
  SYSCFG_DL_init();

  NVIC_EnableIRQ(ADC12_0_INST_INT_IRQN);
  gCheckADC = false;

  while (1) {
    DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);

    while (false == gCheckADC) {
      __WFE();
    }

    gADCResult = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);

    printf("Light ADC=%d\n", gADCResult);

    gCheckADC = false;
    DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
  }
}

void ADC12_0_INST_IRQHandler(void) {
  switch (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST)) {
  case DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED:
    gCheckADC = true;
    break;
  default:
    break;
  }
}

SysConfig参考代码

/**
 * These arguments were used when this file was generated. They will be automatically applied on subsequent loads
 * via the GUI or CLI. Run CLI with '--help' for additional information on how to override these arguments.
 * @cliArgs --device "MSPM0L130X" --package "VQFN-32(RHB)" --part "Default" --product "mspm0_sdk@1.20.00.06"
 * [url=home.php?mod=space&uid=304333]@versions[/url]  {"tool":"1.18.0+3266"}
 */

/**
 * Import the modules used in this configuration.
 */
const ADC12  = scripting.addModule("/ti/driverlib/ADC12", {}, false);
const ADC121 = ADC12.addInstance();
const Board  = scripting.addModule("/ti/driverlib/Board");
const OPA    = scripting.addModule("/ti/driverlib/OPA", {}, false);
const OPA1   = OPA.addInstance();
const SYSCTL = scripting.addModule("/ti/driverlib/SYSCTL");
const UART   = scripting.addModule("/ti/driverlib/UART", {}, false);
const UART1  = UART.addInstance();

/**
 * Write custom configuration values to the imported modules.
 */
ADC121.$name              = "ADC12_0";
ADC121.enabledInterrupts  = ["DL_ADC12_INTERRUPT_MEM0_RESULT_LOADED"];
ADC121.sampleTime0        = "125 us";
ADC121.sampClkSrc         = "DL_ADC12_CLOCK_ULPCLK";
ADC121.sampClkDiv         = "DL_ADC12_CLOCK_DIVIDE_8";
ADC121.adcMem0chansel     = "DL_ADC12_INPUT_CHAN_12";
ADC121.peripheral.$assign = "ADC0";


OPA1.$name                 = "OPA_0";
OPA1.cfg0PSELChannel       = "IN0_POS";
OPA1.cfg0NSELChannel       = "IN0_NEG";
OPA1.cfg0OutputPin         = "ENABLED";
OPA1.cfg0Gain              = "N1_P2";
OPA1.In0PosPinConfig.$name = "ti_driverlib_gpio_GPIOPinGeneric2";
OPA1.In0NegPinConfig.$name = "ti_driverlib_gpio_GPIOPinGeneric3";
OPA1.OutPinConfig.$name    = "ti_driverlib_gpio_GPIOPinGeneric4";


UART1.$name                    = "UART_0";
UART1.enableFIFO               = true;
UART1.direction                = "TX";
UART1.rxFifoThreshold          = "DL_UART_RX_FIFO_LEVEL_ONE_ENTRY";
UART1.targetBaudRate           = 115200;
UART1.peripheral.$assign       = "UART0";
UART1.peripheral.txPin.$assign = "PA8";
UART1.txPinConfig.$name        = "ti_driverlib_gpio_GPIOPinGeneric1";

/**
 * Pinmux solution for unlocked pins/peripherals. This ensures that minor changes to the automatic solver in a future
 * version of the tool will not impact the pinmux you originally saw.  These lines can be completely deleted in order to
 * re-solve from scratch.
 */
Board.peripheral.$suggestSolution          = "DEBUGSS";
Board.peripheral.swclkPin.$suggestSolution = "PA20";
Board.peripheral.swdioPin.$suggestSolution = "PA19";
OPA1.peripheral.$suggestSolution           = "OPA0";
OPA1.peripheral.In0PosPin.$suggestSolution = "PA25";
OPA1.peripheral.In0NegPin.$suggestSolution = "PA24/OPA0.IN0-";
OPA1.peripheral.OutPin.$suggestSolution    = "PA22";
SYSCTL.peripheral.$suggestSolution         = "SYSCTL";

 

wangerxian

指夹式脉搏血氧仪是通过什么检测出血氧含量的？

wangerxian

我记得指脉氧仪是红光，发射到手指反射回来的是什么信号。

x1816

wangerxian 发表于 2023-10-30 18:38 指夹式脉搏血氧仪是通过什么检测出血氧含量的？

光学原理。不同血氧浓度的血液，对红光和红外光的吸收比例不同

x1816

wangerxian 发表于 2023-10-30 18:39 我记得指脉氧仪是红光，发射到手指反射回来的是什么信号。

测的是红光和红外光的强度。就是用光电二极管加运放检测的。和帖子里说的电路基本是同一个原理。

wangerxian

x1816 发表于 2023-10-31 00:03 光学原理。不同血氧浓度的血液，对红光和红外光的吸收比例不同

那这种误差是不是挺大的。皮肤黑点的人和皮肤白点的人对光的吸收都不一样。

x1816

wangerxian 发表于 2023-10-31 09:25 那这种误差是不是挺大的。皮肤黑点的人和皮肤白点的人对光的吸收都不一样。

测的是相对值，血液流动产生的变化。皮肤、肌肉的影响作为共模信号就抵消了。

wangerxian

x1816 发表于 2023-11-2 12:55 测的是相对值，血液流动产生的变化。皮肤、肌肉的影响作为共模信号就抵消了。

那这不错呀，还能抵消这些外部因素。