AS7024 Eval Kit 1v2：全面评估生物传感器的利器

在生物传感器的评估与应用开发领域，ams OSRAM Group推出的AS7024 Eval Kit 1v2是一款极具价值的工具。本文将详细介绍该评估套件的特点、使用方法、软件配置以及固件更新等方面，为电子工程师们提供全面的参考。

文件下载：AS7024-WRISTBAND.pdf

一、评估套件简介

AS7024 Eval Kit旨在评估AS7024生物传感器的所有功能，并在各种应用中进行测试。为了实现最大的灵活性，生物传感器（AS7024）、温度传感器（AS6200）、加速度计（LIS2DH12）和电极都位于 breakout board 上，该板可用于任何应用，并可通过 FPC 电缆重新连接到主板。此外，还可以连接不同的电极。

评估套件通过 USB 连接到 PC，并配备有 GUI，用户可以通过它更改 AS7024 寄存器设置并查看测量结果。同时，套件还提供了包含 HRM 和 HRV 算法的 SDK（GSR 和 BP 算法将在不久后推出），并将其闪存到 STM32 ARM Cortex - M4 低功耗 MCU 上。开发过程中任何重要的信号都可以在引脚接头上轻松探测。

二、使用方法

（一）整体使用步骤

1. 在计算机上安装 SDK。
2. 启动 PC GUI。
3. 将 Micro USB 转 USB 电缆连接到评估套件，并插入计算机。
4. 板卡通电后，绿色电源 LED 会亮起。
5. 绿色 AS7024 LEDs 也会亮起。
6. 用左手食指和中指握住 ECG INP 和参考电极，右手食指放在 ECG INN 电极上，右手中指放在 AS7024 上进行测量。
7. 原始脉冲和 ECG 数据将显示在 GUI 中。

（二）AS7024 PC 软件使用

1. 连接评估板：使用 Micro USB 电缆将评估板连接到计算机，板卡将在 Windows 中注册为虚拟 COM 板。通电后，绿色电源 LED 亮起。
2. 选择 COM 端口：在应用程序左下角的选择框中选择正确的 COM 端口。如果没有列出 COM 端口，点击“Refresh COM ports”按钮。
3. 建立连接：使用“Connect”按钮启动与板卡的连接。成功连接后，底部状态栏的两个状态字段将变为绿色。
4. 开始测量：按下“Start”按钮，开始 PPG 和 ECG 测量。
5. 进行测量操作：用左手食指和中指触摸 ECG INP 和参考电极，右手食指放在 ECG INN 电极上，右手中指放在 AS7024 上进行测量。

三、AS7024 PC 软件配置

（一）默认配置

板卡上电时以默认配置启动：两个绿色 LED（LED1(VD1) 和 LED2(VD2)）启用，LED 电流设置为 50 mA；测序器周期设置为 2000 微秒；光电二极管跨阻放大器（TIA）开启并使用；所有滤波器开启并使用；ADC 设置为仅测量增益级后的光学前端 1（ofe1）。

（二）各模块配置

1. LEDs 配置：在“LEDs configuration”窗口中可以设置 LED 电流和 LED 模式。建议在输出不活跃时配置电流，因为没有实现锁存器来保持 10 位的一致性。新值将直接且立即应用。
2. TIA 配置：TIA 必须根据 AS7024 数据手册中的信息进行配置（图 30 中的表格）。建议始终将“OpAmp Offset”设置为 15。
3. 光电二极管配置：选择要连接到 TIA 输入的光电二极管。偏移电流是可选的，这允许消除像阳光这样的恒定光源。LED 关闭和任何 LED 开启时，输入偏移电流的默认值均为 0。对于外部光电二极管或任何其他具有（低）电流输出的传感器，引脚 GPIO0 和 GPIO1 可用作输入。测序器控制二极管，具体可参考寄存器 MAN_SEQ_CFG 中描述的 diode_ctrl。
4. OFE 配置
   • 同步解调器：AS7024 有两个可选的同步解调器，可用于在存在大量不需要的噪声（环境光）的情况下检测小的光信号。它们有一个输入滤波器（原理图上的 Prefilter 块 - 200Hz 高通，可调低通）和一个二阶可调输出低通（ofe_gs_aa）。解调器本身以由测序器控制的时序将信号乘以 +1 / 0 / -1。
   • 高通滤波器：两个可选的高通滤波器可用于从信号中去除直流分量并允许进一步放大，有四个截止频率可供选择。
   • 增益级：两个可选的增益级可用于在去除直流分量后放大信号。
   • 启用 OFE 块：勾选 OFE1 和/或 OFE2 复选框以启用相应的 OFE 块。“Prefilter”选项卡用于设置两个同步解调器的输入滤波器的配置，具体可参考 AS7024 数据手册中的 OFE_CFGA、OFE_CFGB、OFE_CFGC 和 OFE_CFGD 寄存器描述。
5. ECG 放大器配置：ECG（心电图）放大器是一个高阻抗、低噪声的仪表放大器，带有模拟电路，可对信号进行带通滤波并在通过 ADC 转换之前进行放大。ECG 信号可以独立使用，也可以与 PPG 一起用于进一步的计算（例如血压计算）。
6. 测序器配置：为了同步 LED 电流、积分时间和 ADC 采样时间，使用了内置的采样测序器。测序器基于 1μs 时钟生成 8 位时序。输入时钟可以通过“Clock divider”（SEQ_DIV 寄存器）进行预分频。测序器将以（Period (Clock divider +1 ) 1μs）的周期触发 ADC 对其启用的通道（在“ADC Configuration”对话框中配置）进行测量。默认配置下，周期为 2000 μs。
7. 中断配置：中断输出引脚 INT 可用于中断主机。可以选择以下中断源：ADC 转换结束、测序器序列结束、光 - 频率转换完成、ADC 阈值触发、FIFO 几乎满（默认每个样本触发一个中断）、FIFO 溢出（错误条件，数据丢失）、TIA 输出和/或 SD 输出超过阈值（详见 CLIPSTATUS）、LED 电源低（详见 LEDSTATUS）。
8. GPIO 配置：要将 GPIO 设置为模拟模式，请勾选“GPIO mode”组框中的复选框。如果不勾选，则 GPIO 是数字输出或输入，具体取决于“GPIOx enable output”复选框的状态 - 未勾选表示引脚是数字输入。如果引脚设置为数字输出，可以通过“Output state”组框中的相应复选框设置其状态。
9. 额外 ADC 通道和光 - 频率数据显示：要显示除 OFE1 和 ECG 输出之外的 ADC 通道的数据图，请点击菜单“View ADC Channels”，然后选择所需的 ADC 通道。对于光 - 频率数据输出，点击“View LTF”，将打开一个单独的绘图窗口。
10. 原始数据记录和导出：默认情况下，在测量期间，来自 AS7024 的原始数据会记录在内存中。测量停止后，可以通过点击“File Export Raw Data”菜单并在保存文件对话框中选择文件位置和文件名，将数据导出为逗号分隔的文件。原始数据文件格式为：第一行包含列标题，第一列包含以毫秒为单位的时间戳，第二列到最后一列包含启用的 ADC 通道的数据。可以通过取消“Settings”菜单中的“Log raw data”复选框来禁用原始数据记录。

四、固件更新

（一）进入 DFU 模式

要通过 USB 在 AS7024 评估板上更新固件，MCU 必须以 DFU 模式启动。具体步骤如下：

1. 从 GUI 安装文件夹（如果安装过程中未更改，应为“Program (x86)amsAS7024_Vital_Sign_Sensor”）中的“extrasDFU”文件夹启动 DfuSeDemo.exe。
2. 将 USB 电缆连接到 AS7024 评估板，按下下图中黄色标记的按钮。
3. 在按住按钮的同时将 USB 电缆连接到计算机。
4. 设备出现在 DfuSeDemo 工具中后，立即释放按钮。

（二）固件闪存

如果 MCU 成功以 DFU 模式启动，设备将在“Available DFU Devices”下拉菜单中列出并被选中。接下来，按下“Upgrade or Verify Action”下的“Choose”按钮，选择包含新固件的 .dfu 文件并点击“open”。加载 .dfu 文件后，按下“Upgrade”按钮，弹出窗口将打开，点击“Yes”继续。闪存过程将开始，进度将在工具底部以绿色条显示，该过程只需几秒钟。完成后，将显示“Upgrade successful”消息。最后，按下“Leave DFU mode”完成固件更新，AS7024 评估板即可再次使用。

通过以上介绍，电子工程师们可以全面了解 AS7024 Eval Kit 1v2 的使用方法和软件配置，从而更好地利用该套件进行生物传感器的评估和开发。你在使用过程中是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。