Raspberry Pi – Anleitung

Projektübersicht

JUXI_HeartRate_SPO2 ist ein Herzfrequenz- und SpO2-Sensormodul auf Basis des MAX30102-Chips; der integrierte Algorithmus gibt Herzfrequenz und Blutsauerstoffsättigung direkt aus.

Hauptfunktionen:

• Messung der Blutsauerstoffsättigung (SPO2)
• Herzfrequenzmessung (Schläge/min)
• Messung der Boardtemperatur
• Unterstützt die beiden Kommunikationsarten UART und I2C

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Hardwarevorbereitung

Benötigtes Material	Beschreibung
Raspberry Pi (2/3/4/Zero)	Raspberry Pi 3B+ oder 4B empfohlen
JUXI_HeartRate_SPO2-Sensor	Herzfrequenz-/SpO2-Sensormodul
Jumper-Kabel (mehrere)	4 Buchse-zu-Buchse-Jumper-Kabel
Netzteil	Spezielles Netzteil für den Raspberry Pi

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Hardwareverbindung

Variante 1: I2C-Kommunikation (empfohlen)

Die I2C-Verkabelung ist einfach; sie wird empfohlen.

Sensor-Pin	Physischer Pin am Raspberry Pi	BCM-Nummer	Beschreibung
VCC	1 oder 17	-	3,3-V-Versorgung (auch 5 V möglich)
GND	6 oder 9 oder 14	-	Masse
SDA	3	GPIO2	I2C-Datenleitung
SCL	5	GPIO3	I2C-Taktleitung

Wichtig: Stellen Sie den Schiebeschalter am Sensor auf die Position IIC!

Variante 2: UART-Seriellkommunikation

Die UART-Kommunikation erfordert gekreuzte Verbindungen.

Sensor-Pin	Physischer Pin am Raspberry Pi	BCM-Nummer	Beschreibung
VCC	2 oder 4	-	5-V-Versorgung (auch 3,3 V möglich)
GND	6 oder 9 oder 14	-	Masse
RX	8	GPIO14	Sensor-RX an Raspberry-Pi-TX
TX	10	GPIO15	Sensor-TX an Raspberry-Pi-RX

Wichtig: Stellen Sie den Schiebeschalter am Sensor auf die Position UART!

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Umgebungseinrichtung

1. I2C aktivieren (für I2C-Modus erforderlich)

sudo raspi-config

Wählen Sie Interface Options → I2C → Yes zum Aktivieren

Raspberry Pi neu starten:

sudo reboot

2. Seriellen Port aktivieren (für UART-Modus erforderlich)

sudo raspi-config

Wählen Sie Interface Options → Serial

• Erste Frage: "Would you like a login shell to be accessible over serial?" → No wählen
• Zweite Frage: "Would you like the serial port hardware to be enabled?" → Yes wählen

Raspberry Pi neu starten:

sudo reboot

3. Abhängigkeiten installieren

# 更新软件源
sudo apt-get update

# 安装 I2C 工具和 smbus2 库（I2C 模式必须使用 smbus2）
sudo apt-get install -y i2c-tools python3-smbus2

# 安装 pyserial（串口支持）
sudo pip3 install pyserial

Hinweis: Für den I2C-Modus muss smbus2 installiert sein; das alte python-smbus darf nicht verwendet werden. Intern verwendet die Bibliothek smbus2.i2c_msg, um eigenständige zweistufige I2C-Transaktionen umzusetzen (zuerst die Registeradresse schreiben und STOP senden, dann eine neue Lese-Transaktion starten und mehrere Bytes kontinuierlich lesen), um die I2C-Timing-Anforderungen des Sensorchips zu erfüllen.

4. I2C-Verbindung prüfen (I2C-Modus)

Nach dem Verkabeln den folgenden Befehl ausführen, um I2C-Geräte zu erkennen:

i2cdetect -y 1

Wenn die Adresse 0x57 erscheint, ist der Sensor erfolgreich verbunden.

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Verwendung des Beispielcodes

JUXI_HeartRate_SPO2.zip

Dateistruktur

python/raspberry/
├── JUXI_HeartRate_SPO2.py      # 主库文件
└── examples/
    ├── i2c_example.py          # I2C 模式示例
    └── uart_example.py         # UART 模式示例

I2C-Modus-Beispiel ausführen

cd python/raspberry/examples

sudo python3 i2c_example.py

UART-Modus-Beispiel ausführen

cd python/raspberry/examples

sudo python3 uart_example.py

Hinweis: Für die Verwendung der Hardware-Seriellschnittstelle sind sudo-Rechte erforderlich.

Ausgabe

Bei ordnungsgemäßem Ablauf erscheint eine Ausgabe ähnlich der folgenden:

==================================================
JUXI 心率血氧传感器 - I2C 模式
==================================================

正在初始化 I2C 总线 1，地址 0x57...
传感器初始化成功！

开始数据采集...
传感器 LED 已亮起！

请将手指放在传感器上...

血氧饱和度: 98 %
心率: 72 次/分钟
板载温度: 25.5 ℃
...

Drücken Sie Ctrl+C, um das Programm zu beenden.

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API-Referenz

Klasse: JUXI_HeartRate_SPO2_i2c

Sensor-Klasse für die I2C-Kommunikation.

Konstruktor

JUXI_HeartRate_SPO2_i2c(bus_number=1, i2c_address=0x57)

Parameter:

• bus_number: I2C-Busnummer, beim Raspberry Pi üblicherweise 1
• i2c_address: I2C-Adresse des Sensors, Standard 0x57

Methoden

Methode	Beschreibung	Rückgabewert
begin()	Initialisiert den Sensor und prüft die Verbindung	bool (bei Erfolg True)
sensor_start_collect()	Startet die Datenerfassung (Sensor-LED leuchtet)	keiner
sensor_end_collect()	Stoppt die Datenerfassung (Sensor-LED erlischt)	keiner
get_heartbeat_SPO2()	Liest Herzfrequenz- und SpO2-Daten	keiner (Ergebnisse werden in Objektattributen gespeichert)
get_temperature_c()	Liest die Boardtemperatur	float (Grad Celsius)
close()	Schließt die I2C-Verbindung	keiner

Attribute

Attribut	Beschreibung
SPO2	Blutsauerstoffsättigung (%), ungültiger Wert ist -1
heartbeat	Herzfrequenz (Schläge/min), ungültiger Wert ist -1

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Klasse: JUXI_HeartRate_SPO2_uart

Sensor-Klasse für die UART-Seriellkommunikation.

Konstruktor

JUXI_HeartRate_SPO2_uart(port='/dev/serial0', baudrate=9600)

Parameter:

• port: Gerätepfad des seriellen Ports, beim Raspberry Pi standardmäßig /dev/serial0
• baudrate: Baudrate, Standard 9600

Methoden

Identisch mit JUXI_HeartRate_SPO2_i2c.

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Häufige Fragen

F1: Was tun, wenn die Sensorinitialisierung fehlschlägt?

A: Prüfen Sie bitte die folgenden Punkte:

1. Verkabelung prüfen

• I2C-Modus: SDA an GPIO2, SCL an GPIO3
• UART-Modus: gekreuzte RX-TX-Verbindung prüfen

1. Schiebeschalter des Sensors prüfen

• I2C-Modus: Schalter muss auf IIC stehen
• UART-Modus: Schalter muss auf UART stehen

1. Stromversorgung prüfen

• VCC an 3,3 V oder 5 V anschließen
• GND muss verbunden sein

1. Systemeinstellungen prüfen

• I2C-Modus: I2C muss aktiviert sein
• UART-Modus: serieller Port muss aktiviert sein

1. Erkennungsbefehle verwenden

# I2C 模式
i2cdetect -y 1

# UART 模式
ls /dev/serial*

F2: Was tun, wenn die Daten dauerhaft -1 anzeigen?

A:

1. Prüfen Sie, ob der Finger richtig auf dem Sensor liegt und beide LEDs vollständig bedeckt
2. Warten Sie einige Sekunden, bis sich die Daten stabilisiert haben (üblicherweise 10-30 Sekunden)
3. Prüfen Sie, ob sensor_start_collect() zur Erfassung aufgerufen wurde
4. Prüfen Sie, ob die Sensor-LED leuchtet

F3: Was tun, wenn die Daten ungenau sind?

A:

1. Stellen Sie sicher, dass der Finger den optischen Bereich des Sensors vollständig bedeckt
2. Halten Sie den Finger ruhig und bewegen Sie ihn nicht
3. Warten Sie mindestens 30 Sekunden, bis sich die Daten stabilisiert haben
4. Führen Sie mehrere Messungen durch und bilden Sie den Mittelwert
5. Direktes starkes Licht auf den Sensor vermeiden

F4: Können I2C und UART gleichzeitig verwendet werden?

A: Nein, es kann jeweils nur eine Kommunikationsart gewählt werden.

F5: Muss das Programm mit sudo ausgeführt werden?

A:

• I2C-Modus: sudo wird empfohlen, um Berechtigungsprobleme zu vermeiden
• UART-Modus: sudo ist erforderlich, sonst ist kein Zugriff auf den seriellen Port möglich

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Hinweise

Messtipps

1. Finger richtig auflegen

• Legen Sie den Finger leicht auf den Sensor und bedecken Sie beide LEDs
• Nicht fest drücken, um die Blutzirkulation nicht zu beeinträchtigen
• Halten Sie den Finger ruhig und bewegen Sie ihn nicht

1. Auf stabile Daten warten

• Zu Beginn der Messung können die Werte instabil sein
• Warten Sie 10-30 Sekunden, bis sich die Daten stabilisiert haben, bevor Sie sie ablesen
• Der Sensor aktualisiert die Daten alle 4 Sekunden

1. Umgebungsanforderungen

• Direktes starkes Licht auf den Sensor vermeiden
• Eine angenehme Umgebungstemperatur beibehalten
• Während der Messung ruhig bleiben

Interpretation der Daten

SPO2-Bereich	Beschreibung
95% - 100%	normal
90% - 94%	leichte Hypoxämie
< 90%	Hypoxämie, Arztbesuch empfohlen

Herzfrequenzbereich	Beschreibung
60 - 100 Schläge/min	Normalbereich bei Erwachsenen
< 60 Schläge/min	Bradykardie
> 100 Schläge/min	Tachykardie

Sicherheitshinweise

• Dieser Sensor dient nur als Referenz und ersetzt kein professionelles medizinisches Gerät
• Bei gesundheitlichen Problemen suchen Sie bitte rechtzeitig einen Arzt auf
• Die Messergebnisse dienen nur als Referenz und nicht als Grundlage für Diagnosen