ECGを使用した心拍インジケーター

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はんだごて（汎用）

このプロジェクトについて

何年もの間、私は自分の心拍に合わせて点滅するLEDで何かを作りたかっただけです（そして、完全に静止しているときだけでなく、あちこちで拍をスキップしているときだけではありません）。それは驚くほど難しいことが判明しました、私は何年も試みて失敗しました。しかし、もうありません！

実際、すべての重労働はuECGによって行われます。これはオープンソースでArduinoに適した出力ピンを備えた小型のウェアラブルECGデバイスです（このピンは心拍ごとにハイ/ローになります）。これらのピン状態の処理は、ECG信号の処理よりもはるかに簡単であり、私はそれを最大限に活用しようとしました。
UPD：無線リンクを介してデータを受信するこのプロジェクトの2回目の反復を確認することをお勧めします。

1。回路図
ここではデジタル信号のみを扱っているので、とても簡単です。しかし、ウェアラブルとして、ほとんどの接続がはんだ付けされていると、はるかに信頼性が高くなります（そして小さくなります）。簡単なテストでは必要ありませんが、激しい活動中に着用する場合は、それを強くお勧めします。
回路図は次のようになります：

• LEDリングのDIピンはピンD11（コードで構成可能）に接続されます
• uECGデバイスのDRVピンはピンD3に接続されます（これも構成可能）
• バッテリーの+はArduino5VおよびLEDリング5V入力に接続されます
• バッテリー-ArduinoGND、リングGND、uECGのGNDに接続します

私はLiPoバッテリーを5V入力として直接使用しました-間違いなく、Vinに接続すると、確実に動作しません（Vinの電圧レギュレーターは電圧降下を引き起こし、ここでは絶対に余裕がありません）。重要なのは、入力電圧が3.4ボルトを下回らない限り、Arduinoは安定しているということです。 LiPoバッテリーは、完全に充電されると4.2ボルトで始まり、残りの充電が15％未満の場合にのみ3.4ボルトになります。したがって、200 mAhを超えるバッテリーを使用すると、適切な動作時間を得ることができます。それ以外は、バッテリーはいくつかのコネクターを介して接続する必要があることに注意してください:)回路図からバッテリーを切り離して、たまに充電したいからです。

2。コード
プログラムは単純な方法で動作します。プログラムは常にD3ピンを読み取り、変更が検出されると、その変更の時間を20要素の配列にプッシュします。最初の要素と最後の要素の差を20で割ったものが、ビートあたりの平均時間（ミリ秒単位）です。したがって、1分（60000ミリ秒）をその数値で割ると、BPM値が得られます。配列内の要素の数を調整できます。要素の数が少ないと応答は速くなりますが、結果の安定性は低下します（ビート検出で問題が発生すると、計算されたBPMが大幅に増加します）。要素の数が多いほどデータは安定しますが、BPMが速く変化すると応答が遅くなります。

次に、BPMはカラー（BPMが低から高に変わるときは青->緑->黄->ピンク->赤）とLEDの数にマッピングされます：80 BPMの場合は8セグメントがオン、110-11の場合など。 （スケールもコードで調整可能です。）

  #include  
 #ifdef __AVR __ 
 #include  
 #endif 
 // LEDリングのDIピン
 #define PIN 11 
 //リング内のピクセル数
 #define NUMPIXELS 16 
 // uECGを接続するための入力ピン
 int in_pin =3; 
 Adafruit_NeoPixelピクセル=Adafruit_NeoPixel（NUMPIXELS、PIN、NEO_GRB + NEO_KHZ800）; 
 void setup（）{
 pixel.begin（）; //これにより、NeoPixelライブラリが初期化されます。
 pinMode（in_pin、INPUT）; //ピンを入力モードに設定します
 digitalWrite（in_pin、1）; //プルアップを有効にする：これは重要です。uECGには内部プルアップがありません
} 
 //最後の20個のハートビートを保存してBPMを平均します
 //より高い値で信頼性が向上しますが、
 //ただし、BPMが変更されると出力の変更を確認するのに時間がかかります
 #define BEAT_HIST 20 
 long beats [BEAT_HIST]; 
 void push_beat（long ms）//配列内のすべてのビートをシフトし、現在のビートを挿入します
 {
 for（int x =0; x  {
 beats [x] =beats [x + 1]; 
} 
 beats [BEAT_HIST-1] =ms; 
} 
 int get_bpm（）//最初のビートと最後のビートの時間差を使用
 {
 long dt =beats [BEAT_HIST-1] --beats [0]; 
 long bpm =BEAT_HIST * 60000 / dt; 
 return bpm; 
} 
 long last_pix_upd =0; //前回ピクセルを更新した日時を追跡する
 int prev_in_state =0; //入力ピンの前の状態：状態の変化のみを処理したい
 void loop（）
 {
 long ms =millis（）; 
 int in_state =digitalRead（in_pin ）; //ビートが検出されなかった場合は1、ビートは0 
 if（in_state ==1 &&prev_in_state ==0）//変更のみに反応
 {
 push_beat（ms）; 
} 
 prev_in_state =in_state; 
 if（ms --last_pix_upd> 10）//ピクセルをあまり頻繁に更新しない
 {
 int r、g、b; 
 last_pix_upd =ms; 
 int bpm =get_bpm（）; 
 int max_bright =120; //最大輝度の値、最大255。ただし、常に最大であるとは限りません：） 
 float dd =20; //色調間のBPMの変化（青->緑->黄->ピンク->赤）
フロートt1 =90、t2、t3、t4; // t1-「ベース」BPM、t1より低い場合は青になります
 t2 =t1 + dd; 
 t3 =t2 + dd; 
 t4 =t3 + dd; 
 / /現在のt1 ... t4の範囲に応じて色を変更するためのコード
 if（bpm  else if（bpm  else if（bpm  else if（bpm  else {r =max_bright; g =0; b =0; } 
 if（in_state）//ビートがない場合は1/4の強度なので、ビートのみが強調表示されます
 {
 r * =0.25; 
 g * =0.25; 
 b * =0.25; 
} 
 int on_pixels =（bpm + 5）/ 10; //使用されるLEDの数：60 BPMの場合、6つのLEDがオンになり、120〜12の場合など
 for（int i =0; i  {
 if（ i  else pixel.setPixelColor（i、pixels.Color（0,0,0））; //他のすべてのLEDをオフにします
} 
 pixels.show（）; 
} 
}  

3。ウェアラブルとしての組み立て
Arduinoをリングの内側に配置すると便利です。サイズとほぼ完全に一致します。バッテリーも近くに収まります。 uECGは胸に配置されることを忘れないでください。そのため、コネクタ付きのワイヤが必要です。最初にワイヤを配置し、次に他のコンポーネントと一緒にシャツを着て、コネクタを接続します。そうでなければ、それを着るのは本当に不便でしょう-私を信じて、私は試しました））

基本的にはこれで完了です。すべてが正しく行われた場合、すべてのコネクタを接続してから30秒以内に点滅が始まり、BPMが示されます。

4。フィールドテスト
ウォーキングやランニング中にテストしたところ、ランニング中にバッテリーがECGセンサーの真上で跳ね返り、読み取り値が歪むことがわかりました。少し動かしてみると、uECGとArduinoを接続するワイヤーが短すぎて、ステップごとにECGセンサーが引っ張られ、読み取り値が再び歪んでいることがわかりました。全体的に、私は歩いたり立ったりしているときだけ信頼できるビートを得ましたが、走っていませんでした-それでも私はそれを改善すると思います。センサー自体は、別のシャツで使用した場合、実行中もBPMを正しく表示しました（アプリで確認）。

また、胸のLEDはかっこよく見えるかもしれませんが、実際には役に立たないことがわかります。脈拍をチェックするために見下ろすのは本当に不便です。次のイテレーションでは、代わりにビートを示すある種のリストブレスレットを作成すると思います。

P.S. uECGプロジェクトに興味がある場合は、そのハッカデイページを確認できます。技術的な詳細、PCB設計、ディスカッション、プロジェクトログがたくさんあります

コード

• uECG_pixel_ring.ino

uECG_pixel_ring.ino Arduino

 #include  #ifdef __AVR__ #include  ＃endif // LEDリングのDIピン＃definePIN 11 //リングのピクセル数＃defineNUMPIXELS 16 // input uECGintを接続するためのピンin_pin =3; Adafruit_NeoPixelピクセル=Adafruit_NeoPixel（NUMPIXELS、PIN、NEO_GRB + NEO_KHZ800）; void setup（）{pixels.begin（）; //これによりNeoPixelライブラリが初期化されます。 pinMode（in_pin、INPUT）; //ピンを入力モードに設定digitalWrite（in_pin、1）; //プルアップを有効にする：これは重要です。uECGには内部プルアップがありません} //最後の20ハートビートを保存して、BPMを平均します//値が高いほど、信頼性が高くなります//しかし、より多くの時間がかかりますBPMが変更されたときに出力が変化するのを確認する時間＃defineBEAT_HIST 20long beats [BEAT_HIST]; void push_beat（long ms）//配列内のすべてのビートをシフトし、現在のビートを挿入します{for（int x =0; x  10）//ピクセルをあまり頻繁に更新しない{int r、g、b; last_pix_upd =ms; int bpm =get_bpm（）; int max_bright =120; //最大輝度の値、最大255。ただし、常に最大であるとは限りません:) float dd =20; //色調間のBPMの変化（青->緑->黄->ピンク->赤）float t1 =90、t2、t3、t4; // t1-「ベース」BPM、t1より低い場合は青になりますt2 =t1 + dd; t3 =t2 + dd; t4 =t3 + dd; //現在のt1 ... t4の範囲に応じて色を変更するためのコードif（bpm  

回路図