Arduinoで血中酸素濃度と体温を同時監視するデュアルセンサーシステム

必要な部品と用品

プロジェクトについて

このプロジェクトは、血中酸素濃度（SpO₂）と体温を同時に測定し、設定閾値（SpO₂ 90%未満 または 体温 37℃超）を下回る/超えると赤色LEDで警告、正常なら緑色LEDで表示します。

重要な使用上の注意

• MAX30102センサーには指を自然に置くだけで測定します。強く押し付けると血流が妨げられ、正確な値が得られません。
• 測定値が安定するまで数秒待つ必要があります。
• 前回の測定値（SpO₂と体温）はEEPROMに保存され、次回起動時にLCD下部に表示されます。

ハードウェア構成

• MAX30102: I2C接続（A4=SDA, A5=SCL）。赤色・赤外線LEDとフォトダイオードを内蔵し、反射光から脈波とSpO₂を算出。
• MLX90614 (GY-906): I2C接続。非接触で物体表面温度（額や指先）を測定。
• I2C LCD (0x27, 20×4): 測定値とステータスを表示。
• LED表示: 緑=正常、赤=要注意（閾値超過）。

ソフトウェアのポイント

• SparkFun MAX3010xライブラリとAdafruit MLX90614ライブラリを使用。
• SpO₂算出は、赤/赤外線のAC/DC成分比（R値）から経験式 SpO₂ = -23.3 × (R - 0.4) + 100 で求め、ローパスフィルタで平滑化。
• 指検出判定: 赤色LED反射光が閾値（30,000カウント）未満なら「指なし」とみなし、前回値を表示。
• 測定安定判定: 同一値が2.5秒継続したら確定とし、ブザー音（成功音）を鳴らす仕組みも実装可能。

ソースコード（主要部分）

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90614.h>
#include <EEPROM.h>
#include "MAX30105.h"

MAX30105 particleSensor;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614();

#define GREEN_LED 8
#define RED_LED 9
#define FINGER_ON_THRESHOLD 30000
#define SPO2_ALERT_THRESHOLD 90
#define TEMP_ALERT_THRESHOLD 37.0

float ESpO2 = 85.0;  // 推定SpO₂初期値
float FSpO2 = 0.7;   // フィルタ係数
int Temperature = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  lcd.init(); lcd.backlight();
  lcd.setCursor(3,1); lcd.print("Running......"); delay(3000); lcd.clear();

  // EEPROMから前回値を復元
  ESpO2 = readEEPROM_float(0);
  Temperature = EEPROM.read(6);

  pinMode(GREEN_LED, OUTPUT);
  pinMode(RED_LED, OUTPUT);
  digitalWrite(GREEN_LED, LOW);
  digitalWrite(RED_LED, LOW);

  // MAX30102初期化
  while (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) {
    Serial.println("MAX30102 not found!");
    delay(1000);
  }
  particleSensor.setup(0x7F, 4, 2, 200, 411, 16384); // 高精度・長距離モード
  particleSensor.enableDIETEMPRDY();
  mlx.begin();
}

void loop() {
  // FIFOから赤/IRデータを取得し、AC/DC成分を計算
  // 100サンプルごとにSpO₂を算出・フィルタリング
  // 指検出時: MLX90614で体温取得、LCD表示、LED制御
  // 指非検出時: 前回値をLCD表示
}

float readEEPROM_float(int addr) { ... }
void writeEEPROM_float(int addr, float val) { ... }

回路図

I2CバスにMAX30102、MLX90614、LCDを並列接続。各デバイスのVCC=5V（または3.3V）、GND共通。SDA=A4、SCL=A5に2×10kΩプルアップ抵抗。LEDはD8/D9に各220Ω抵抗を直列接続。

GitHubリポジトリ

完全なコードと回路図: https://github.com/DKARDU/bloodoxygen