STM32 驱动心率血氧传感器--GH3020

GH3020 是一款低成本、低功耗的心率 / 血氧（SpO2）传感器，核心通信方式为I2C，以下以 STM32F103（最常用的入门款）为例，提供完整的驱动代码和硬件 / 软件说明，新手可直接复用。

一、硬件连接说明

STM32 引脚	GH3020 引脚	说明
PB6	SCL	I2C 时钟线（上拉 10KΩ）
PB7	SDA	I2C 数据线（上拉 10KΩ）
3.3V	VDD	电源（请勿接 5V）
GND	GND	接地
PA0（可选）	INT	数据就绪中断（低电平有效）

二、软件驱动代码（STM32 标准库）

1. 头文件定义（gh3020.h）

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#ifndef __GH3020_H
#define __GH3020_H
#include "stm32f10x.h"
// GH3020 I2C地址（7位地址为0x2F，左移1位后写0x5E，读0x5F）
#define GH3020_I2C_ADDR    0x5E  
// GH3020核心寄存器地址
#define GH3020_REG_ID      0x00  // 设备ID寄存器（固定值0x30）
#define GH3020_REG_CTRL1   0x01  // 控制寄存器1（模式配置）
#define GH3020_REG_CTRL2   0x02  // 控制寄存器2（采样率配置）
#define GH3020_REG_HR_DATA 0x03  // 心率数据寄存器（低字节）
#define GH3020_REG_SPO2_DATA 0x05 // 血氧数据寄存器（低字节）
#define GH3020_REG_RED_ADC 0x07  // 红光ADC值（低字节）
#define GH3020_REG_IR_ADC  0x09  // 红外光ADC值（低字节）
// 数据结构体（存储传感器数据）
typedef struct {
    uint8_t  device_id;   // 设备ID
    uint16_t heart_rate;  // 心率值（bpm）
    uint16_t spo2;        // 血氧值（%）
    uint16_t red_adc;     // 红光ADC原始值
    uint16_t ir_adc;      // 红外光ADC原始值
} GH3020_Data_TypeDef;
// 函数声明
void GH3020_I2C_Init(void);                  // 初始化STM32的I2C外设
uint8_t GH3020_Check_ID(void);               // 检测GH3020是否存在
void GH3020_Init(void);                      // 初始化GH3020传感器
uint8_t GH3020_Read_Reg(uint8_t reg_addr);   // 读取单个寄存器
void GH3020_Write_Reg(uint8_t reg_addr, uint8_t data); // 写入单个寄存器
void GH3020_Read_Data(GH3020_Data_TypeDef *data); // 读取心率/血氧数据
#endif

2. 源文件实现（gh3020.c）

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#include "gh3020.h"
#include "delay.h"  // 需自行实现延时函数（us/ms级）
// 初始化STM32的I2C1外设（标准模式，100KHz）
void GH3020_I2C_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;
    // 使能时钟：I2C1 + GPIOB
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    // 配置PB6(SCL)、PB7(SDA)为复用开漏输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;  // 复用开漏
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    // 初始化I2C1
    I2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
    I2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; // 占空比2:1
    I2C_InitStruct.I2C_OwnAddress1 = 0x00; // 自身地址（无需设置）
    I2C_InitStruct.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; // 使能应答
    I2C_InitStruct.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; // 7位地址
    I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 100000; // 100KHz
    I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStruct);
    // 使能I2C1
    I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}
// 读取GH3020单个寄存器值
uint8_t GH3020_Read_Reg(uint8_t reg_addr)
{
    uint8_t reg_data = 0;
    // 等待I2C总线空闲
    while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));
    // 发送起始信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
    // 发送设备写地址
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, GH3020_I2C_ADDR, I2C_Direction_Transmitter);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
    // 发送寄存器地址
    I2C_SendData(I2C1, reg_addr);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
    // 发送重复起始信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
    // 发送设备读地址
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, GH3020_I2C_ADDR, I2C_Direction_Receiver);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));
    // 关闭应答，准备接收数据
    I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);
    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); // 发送停止信号
    // 读取寄存器数据
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));
    reg_data = I2C_ReceiveData(I2C1);
    // 恢复应答使能
    I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE);
    return reg_data;
}
// 写入GH3020单个寄存器值
void GH3020_Write_Reg(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
{
    // 等待I2C总线空闲
    while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));
    // 发送起始信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
    // 发送设备写地址
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, GH3020_I2C_ADDR, I2C_Direction_Transmitter);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
    // 发送寄存器地址
    I2C_SendData(I2C1, reg_addr);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
    // 发送要写入的数据
    I2C_SendData(I2C1, data);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
    // 发送停止信号
    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
    delay_ms(1); // 短延时，确保写入完成
}
// 检测GH3020是否存在（读取设备ID，正确值为0x30）
uint8_t GH3020_Check_ID(void)
{
    uint8_t dev_id = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_ID);
    if(dev_id == 0x30)
    {
        return 1; // 检测成功
    }
    return 0; // 检测失败
}
// 初始化GH3020传感器（配置为心率+血氧模式，采样率50Hz）
void GH3020_Init(void)
{
    // 先检测设备是否存在
    if(!GH3020_Check_ID())
    {
        return; // 检测失败，直接返回
    }
    // 配置控制寄存器1：0x07 = 心率+血氧模式，使能传感器
    GH3020_Write_Reg(GH3020_REG_CTRL1, 0x07);
    // 配置控制寄存器2：0x01 = 采样率50Hz（可选：0x00=25Hz，0x02=100Hz）
    GH3020_Write_Reg(GH3020_REG_CTRL2, 0x01);
    delay_ms(100); // 传感器启动延时
}
// 读取心率、血氧、ADC原始数据
void GH3020_Read_Data(GH3020_Data_TypeDef *data)
{
    uint8_t hr_h, hr_l;
    uint8_t spo2_h, spo2_l;
    uint8_t red_h, red_l;
    uint8_t ir_h, ir_l;
    // 读取设备ID
    data->device_id = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_ID);
    // 读取心率数据（16位：低字节+高字节）
    hr_l = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_HR_DATA);
    hr_h = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_HR_DATA + 1);
    data->heart_rate = (hr_h << 8) | hr_l;
    // 读取血氧数据（16位：低字节+高字节）
    spo2_l = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_SPO2_DATA);
    spo2_h = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_SPO2_DATA + 1);
    data->spo2 = (spo2_h << 8) | spo2_l;
    // 读取红光ADC值（16位）
    red_l = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_RED_ADC);
    red_h = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_RED_ADC + 1);
    data->red_adc = (red_h << 8) | red_l;
    // 读取红外光ADC值（16位）
    ir_l = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_IR_ADC);
    ir_h = GH3020_Read_Reg(GH3020_REG_IR_ADC + 1);
    data->ir_adc = (ir_h << 8) | ir_l;
}

3. 主函数调用示例（main.c）

复制代码

#include "stm32f10x.h"
#include "gh3020.h"
#include "delay.h"
int main(void)
{
    GH3020_Data_TypeDef gh3020_data;
    // 初始化延时函数
    delay_init();
    // 初始化GH3020的I2C外设
    GH3020_I2C_Init();
    // 初始化GH3020传感器
    GH3020_Init();
    while(1)
    {
        // 读取传感器数据
        GH3020_Read_Data(&gh3020_data);
        // 打印数据（需自行实现串口打印函数，如USART_SendString）
        // 示例：心率=gh3020_data.heart_rate，血氧=gh3020_data.spo2
        delay_ms(500); // 500ms读取一次
    }
}

三、关键代码解释

I2C 初始化

配置 PB6/PB7 为复用开漏输出（I2C 总线要求），I2C 时钟设为 100KHz（GH3020 支持的速率）。
寄存器读写
- 写寄存器：先发送设备写地址→寄存器地址→要写入的数据→停止信号。
- 读寄存器：先发送设备写地址→寄存器地址→重复起始信号→设备读地址→读取数据→停止信号。
传感器配置
- GH3020_REG_CTRL1 = 0x07
  
  开启心率 + 血氧检测模式。
- GH3020_REG_CTRL2 = 0x01
  
  设置采样率 50Hz（平衡精度和功耗）。
数据读取

心率 / 血氧 / ADC 值均为 16 位数据，需读取低字节 + 高字节拼接。

四、使用注意事项

电源

GH3020 仅支持 3.3V 供电，接 5V 会烧毁传感器。
上拉电阻

SDA/SCL 引脚必须接 10KΩ 上拉电阻（I2C 总线要求）。
数据有效性

首次上电后需等待 1~2 秒，传感器完成初始化后再读取数据。
中断使用（可选）

若使用 INT 引脚，可配置 STM32 外部中断，当 INT 引脚拉低时读取数据（减少轮询功耗）。

总结

核心通信

GH3020 与 STM32 通过 I2C 总线通信，设备 7 位地址为 0x2F（写 0x5E / 读 0x5F）。
关键步骤

初始化 I2C→检测设备 ID→配置传感器工作模式→读取 16 位心率 / 血氧数据。
数据解析

心率值范围为 0~250 bpm，血氧值范围为 0~100 %，ADC 值为原始光电信号（可用于自定义算法）。