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Lektion 41: Herzfrequenzmonitor

In diesem Arduino-Projekt soll ein einfacher Herzfrequenzmonitor mit einem MAX30102 Pulsoximeter-Sensor und einem SSD1306 OLED-Display gebaut werden. Der Code misst die Herzfrequenz, indem er die Zeit zwischen den Herzschlägen bestimmt. Durch vier Messungen wird deren Durchschnitt berechnet und die resultierende durchschnittliche Herzfrequenz auf einem OLED-Bildschirm angezeigt. Wenn der Sensor keinen Finger erkennt, wird der Benutzer aufgefordert, seinen Finger korrekt auf den Sensor zu legen.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten:

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name	ITEMS IN THIS KIT	LINK
Universal Maker Sensor Kit	94	Universal Maker Sensor Kit

Sie können sie auch separat über die unten stehenden Links kaufen.

Component Introduction	Purchase Link
Arduino UNO R3 or R4	KAUFEN
Pulsoximeter- und Herzfrequenzsensormodul (MAX30102)	KAUFEN
OLED-Displaymodul (SSD1306)	-
Steckbrett	KAUFEN

Verkabelung

../_images/Lesson_41_Heart_rate_monitor_uno_bb.png

Code

Bemerkung

Um die Bibliothek zu installieren, öffnen Sie den Arduino Library Manager, suchen Sie nach „SparkFun MAX3010x“, „Adafruit SSD1306“ und „Adafruit GFX“ und installieren Sie diese.

Code-Analyse

Das Hauptprinzip hinter diesem Projekt besteht darin, die Pulsation des Blutflusses durch einen Finger mit dem MAX30102-Sensor zu erfassen. Während das Blut durch den Körper gepumpt wird, verursacht es winzige Veränderungen im Blutvolumen in den Gefäßen der Fingerspitze. Indem Licht durch den Finger gesendet und die Menge des absorbierten oder reflektierten Lichts gemessen wird, erkennt der Sensor diese kleinen Volumenänderungen. Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen wird dann verwendet, um die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute (BPM) zu berechnen. Dieser Wert wird dann über vier Messungen gemittelt und auf dem OLED-Bildschirm angezeigt.

Einbindung von Bibliotheken und initiale Deklarationen:

Der Code beginnt mit der Einbindung notwendiger Bibliotheken für das OLED-Display, den MAX30102-Sensor und die Herzfrequenzberechnung. Zusätzlich werden die Konfiguration für das OLED-Display und die Variablen für die Herzfrequenzberechnung deklariert.

Bemerkung

Um die Bibliothek zu installieren, öffnen Sie den Arduino Library Manager, suchen nach „SparkFun MAX3010x“, „Adafruit SSD1306“ und „Adafruit GFX“ und installieren Sie diese.
```
#include <Adafruit_GFX.h>  // OLED  libraries
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"   // MAX3010x library
#include "heartRate.h"  // Heart rate  calculating algorithm

// ... Variables and OLED configuration
```
In diesem Projekt haben wir auch ein paar Bitmaps vorbereitet. Das Schlüsselwort PROGMEM kennzeichnet, dass das Array im Programmspeicher des Arduino-Mikrocontrollers gespeichert ist. Die Speicherung von Daten im Programmspeicher (PROGMEM) anstelle des RAM kann für große Datenmengen hilfreich sein, die ansonsten zu viel Platz im RAM beanspruchen würden.
```
static const unsigned char PROGMEM beat1_bmp[] = {...}

static const unsigned char PROGMEM beat2_bmp[] = {...}
```

Setup-Funktion:

Initialisiert die I2C-Kommunikation, startet die serielle Kommunikation, initialisiert das OLED-Display und richtet den MAX30102-Sensor ein.

void setup() {
    Wire.setClock(400000);
    Serial.begin(9600);
    display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS);
    // ... Rest of the setup code

Hauptschleife:

Die Hauptfunktionalität befindet sich hier. Der IR-Wert wird vom Sensor gelesen. Wenn ein Finger erkannt wird (IR-Wert größer als 50.000), prüft das Programm, ob ein Herzschlag erkannt wird. Wenn ein Herzschlag erkannt wird, zeigt der OLED-Bildschirm die BPM an und die Zeit zwischen den Herzschlägen wird zur Berechnung der BPM verwendet. Andernfalls wird der Benutzer aufgefordert, seinen Finger korrekt auf den Sensor zu legen.

Wir haben auch zwei Bitmaps mit Herzschlägen vorbereitet, und durch das Wechseln zwischen diesen beiden Bitmaps können wir einen dynamischen visuellen Effekt erzielen.
```
void loop() {
  // Get IR value from sensor
  long irValue = particleSensor.getIR();

  //If a finger is detected
  if (irValue > 50000) {

    // Check if a beat is detected
    if (checkForBeat(irValue) == true) {

      // Update OLED display
      // Calculate the BPM

      // Calculate the average BPM
      //Print the IR value, current BPM value, and average BPM value to the serial monitor

      // Update OLED display

    }
  }
  else {
    // ... Prompt to place the finger on the sensor
  }
}
```