學習目標
- ✓理解光學感測器以反射光變化觀察脈搏的概念。
- ✓使用固定 0x57 位址初始化並更新 MAX30101。
- ✓比較紅光、紅外線、綠光原始值與晶片溫度。
BATCH 03 · 已完成
SENSOR / MAX30101
MAX30101 光學／心率感測器用紅光、紅外線與綠光觀察光學脈搏資料
MAX30101 以 I2C 輸出紅光、紅外線、綠光與晶片溫度的原始資料。本課先把它當成光學資料感測器，練習手指遮光、更新資料與比較不同 LED 通道，不直接宣稱醫療量測結果。
入門45 分鐘Arduino UNO（I2C，SparkFun MAX3010x Library）
READYDATA
SIGNAL STABLEMAX30101 光學／心率感測
VCC/VIN / 依模組規格GND / GND
01 / PREPARE
課前準備
先確認這一課要學會什麼，以及桌面上需要哪些材料。
材料清單
1 個MAX30101 breakout確認模組是否含穩壓與邏輯電平轉換。
1 組Arduino UNO 與 I2C 線材UNO 使用 A4/SDA、A5/SCL。
1 個紙片或指尖只做教學觀察，不作醫療診斷。
02 / HOW IT WORKS
光照到皮膚，反射量會隨血流改變
MAX30101 內含多色 LED 與光電接收器。手指放上去後，紅光、紅外線與綠光通道會收到隨時間變化的反射訊號；原始值要先濾波與校準，不能直接當作醫療數值。
建立 I2C
接妥 3.3V、GND、SDA、SCL，位址固定為 0x57。
啟動 LED
由 MAX3010x 函式庫設定 LED 與取樣參數。
比較波形
以固定壓力放置手指，觀察紅光與紅外線原始值。
DISTANCE FORMULAopticalSample = red / ir / green raw count
原始 count 不是心率或血氧；要做可靠估算必須進行訊號處理、校準與驗證。
03 / WIRING
接線配置
MAX30101 使用 I2C；供電與邏輯電平請以所用 breakout 的規格為準。
MODULEMAX30101 光學／心率感測VCC/VINGNDSDASCL
CONTROLArduino UNO（I2C，SparkFun MAX3010x Library）依模組規格GNDA4 / SDAA5 / SCL
| 模組腳位 | 接到控制板 | 訊號方向 | 檢查重點 |
|---|---|---|---|
| VCC/VIN | 依模組規格 | 電源 | 確認模組是否接受 UNO 的 5V。 |
| GND | GND | 地線 | I2C 裝置要共地。 |
| SDA | A4 / SDA | I2C 資料 | UNO SDA。 |
| SCL | A5 / SCL | I2C 時脈 | UNO SCL。 |
✓ WIRING ROWS ALIGNED
已將 4 條線路依同一筆資料逐列對齊；電壓仍須依手上模組版本確認。
04 / BLOCK GUIDE
本課會用到的積木
積木名稱與型別以桃園版 Blockly 現行程式為準，不以通用積木替代。
MAX30101 初始化I2C_ADDR 0x57
BLOCK 01
playrobot_max30101_setupMAX30101 初始化
設定 I2C 位址 0x57 並啟動感測器。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧- I2C_ADDR
- 0x57依桃園版 Blockly 的固定位址選項設定。
MAX30101 更新資料
BLOCK 02
playrobot_max30101_updateMAX30101 更新資料
讀取一筆新的感測資料。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧紅光原始值
BLOCK 03
playrobot_max30101_red紅光原始值
讀取紅光 LED 通道。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧紅外線原始值
BLOCK 04
playrobot_max30101_ir紅外線原始值
讀取紅外線 LED 通道。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧綠光原始值
BLOCK 05
playrobot_max30101_green綠光原始值
讀取綠光 LED 通道。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧晶片溫度（°C）
BLOCK 06
playrobot_max30101_temperature晶片溫度（°C）
讀取感測晶片內部溫度。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧MAX30101 已初始化
BLOCK 07
playrobot_max30101_initializedMAX30101 已初始化
確認初始化是否成功。
位置：感測器 → 生醫感測器 → MAX30101 光學／心率血氧05 / BLOCK EXAMPLE
觀察手指遮光造成的光學變化
每次更新資料後列印紅光與紅外線原始值，觀察手指放上與移開的差異。
桃園版 BLOCKLY / WORKSPACE● BLOCK STYLE
Arduino 程式
初始化
MAX30101 初始化I2C_ADDR 0x57
playrobot_max30101_setup重複執行
arduino_delayMAX30101 更新資料
playrobot_max30101_updateMAX30101 紅光原始值
playrobot_max30101_red序列埠列印
arduino_serial_print重複執行
MAX30101 初始化I2C_ADDR 0x57
playrobot_max30101_setup重複執行
arduino_delayMAX30101 更新資料
playrobot_max30101_updateMAX30101 紅光原始值
playrobot_max30101_red序列埠列印
arduino_serial_printX / 010Y / 024
組合步驟
先看環境值
不放手指，記錄紅光與紅外線值。
為什麼：了解背景光與感測器零點。固定手指
輕放指尖，不要壓迫或晃動。
為什麼：壓力與移動都會改變反射光。比較通道
列印 red、ir、green 三組原始資料。
為什麼：不同波長對皮膚與血流的反應不同。積木使用重點先辨認積木是「回傳值」還是「執行動作」，再放到正確的拼接位置。
playrobot_max30101_setup：設定 I2C 位址 0x57 並啟動感測器。
EXAMPLE DOWNLOAD下載後即可練習
下載桃園版 Blockly 專案或對應的文字程式。
預期觀察結果
| 測試情境 | 可能讀值 | 判讀 |
|---|---|---|
| 手指放上感測器 | 原始值出現變化 | 光路由環境光轉為皮膚反射光。 |
| 手指晃動 | 數值波動變大 | 動作雜訊會影響光學量測。 |
06 / CODE EXPLAINED
範例程式逐段解說
這段程式把「MAX30101 光學／心率感測器」的實體接線、桃園版 Blockly 積木與 Arduino 執行流程接在一起。先對照腳位，再看初始化、讀值、輸出與等待的順序；每一步都可以回到本頁的積木範例實測。
GENERATED LOGIC / EXCERPT積木背後的程式碼收合程式碼 −
TAOYUAN BLOCKLY / ARDUINO C++READ ONLY
#include <Wire.h>
#include <MAX30105.h>
MAX30105 sensor;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Wire.begin();
if (sensor.begin(Wire, I2C_SPEED_STANDARD, 0x57)) sensor.setup();
}
void loop() {
sensor.check();
Serial.print(sensor.getRed());
Serial.print(",");
Serial.println(sensor.getIR());
delay(100);
}SELF STUDY GUIDE先看哪一段、為什麼？
先載入函式庫與建立裝置
#include <Wire.h>函式庫提供桃園版 Blockly 產生器所需的底層功能；若這裡的函式庫或物件名稱不對，後面的 playrobot_max30101_setup 就算接線正確也無法使用。
把程式腳位對回接線表
// VCC/VIN → 依模組規格、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL本頁接線是 VCC/VIN → 依模組規格、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL。程式常數、積木欄位與實體線材必須使用同一組設定；若改了其中一邊，另外兩邊也要一起改。
在 setup 只做一次初始化
void setup() {啟動序列埠、I²C／UART 或感測器初始化通常只需要做一次，所以要放在「初始化」區，不要每一圈重複建立裝置。這也對應範例中的啟動積木。
在 loop 更新並取得資料
void loop() {重複執行區先讓感測器更新，再讀取 MAX30101 初始化。若元件有 data ready、可用性或逾時條件，先判斷狀態再使用數值，避免把無效資料當成真實測量。
輸出結果並控制取樣速度
if (sensor.begin(Wire, I2C_SPEED_STANDARD, 0x57)) sensor.setup();先把原始值、單位或狀態送到序列埠，才能和預期結果比較；等待時間則決定更新速度。若看到亂碼，先檢查鮑率；若數值跳動，先增加合理的取樣間隔或做校正。
自學檢查
- 實體接線：VCC/VIN → 依模組規格、GND → GND、SDA → A4 / SDA、SCL → A5 / SCL。
- 主要積木：playrobot_max30101_setup；先確認它是回傳值還是執行動作。
- 本課板子：Arduino UNO（I2C，SparkFun MAX3010x Library）；更換控制板或模組版本時，電壓、腳位與函式庫都要重新確認。
07 / DEBUG
常見問題與故障排除
先從「電源、接線、腳位、物體」四個方向檢查，再修改程式。
找不到感測器
先檢查：確認 0x57、供電與 SDA/SCL。
處理方式：使用 I2C 掃描器，並依模組規格改用 3.3V。
數值飽和
先檢查：手指是否壓太緊或 LED 電流過高。
處理方式：先輕放指尖，調整函式庫的 LED 電流與取樣設定。
資料忽高忽低
先檢查：手指是否移動、環境光是否直射。
處理方式：固定模組與手指，並遮蔽強烈環境光。
08 / NEXT MISSION
延伸挑戰
從顯示數值，逐步走向條件判斷、燈號回饋與雷達專題。
光學值記錄器
題目：把 red 與 ir 每 100 ms 列印到序列埠。
解題方向
這題要延伸「MAX30101 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。先把資料整理成可觀察的序列埠或表格結果。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 playrobot_max30101_setup，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「把 red 與 ir 每 100 ms 列印到序列埠。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
穩定度比較
題目：比較輕放與用力按壓時的波動。
解題方向
這題要延伸「MAX30101 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。先把資料整理成可觀察的序列埠或表格結果。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 playrobot_max30101_setup，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「比較輕放與用力按壓時的波動。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
簡易波形圖
題目：把資料送到序列繪圖器觀察週期變化。
解題方向
這題要延伸「MAX30101 初始化」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。先把資料整理成可觀察的序列埠或表格結果。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 playrobot_max30101_setup，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「把資料送到序列繪圖器觀察週期變化。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
教師快速檢核4 POINT CHECK
- □ 能說明原始光學資料與醫療數值的差別。
- □ 能正確使用 0x57 I2C 初始化與更新。
- □ 能提出降低動作與環境光雜訊的方法。
09 / EVIDENCE資料來源與版本展開查看 ＋
官方資料桃園版 Blockly
MAX30101 product and datasheetAnalog Devices
↗確認紅光、紅外線、綠光 LED 與光電接收架構。
桃園版 Blockly MAX30101 積木桃園版 Blockly
LOCAL確認 setup、update、red、ir、green、temperature 積木。