Arduino NanoとMAX30102で心拍数モニターを自作：16x2 LCD表示対応

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	小型マイコンボード
MAX30102 心拍数センサーモジュール	1	光学式心拍・酸素飽和度センサー
Adafruit RGBバックライト LCD 16x2	1	I2Cまたはパラレル接続対応
ロータリーポテンショメーター	1	LCDコントラスト調整用

必要な工具

• はんだごて（ピンヘッダー実装用）

使用ソフトウェア

• Arduino IDE

プロジェクト概要

MAX30102センサーを用いたシンプルな心拍数モニターです。指先をセンサーに当てると、赤外線LEDとフォトダイオードによる反射光量の変化から脈拍を検出し、BPM（拍動/分）を計算して16x2 LCDに表示します。1行目に平均BPM、2行目に赤外線反射値（IR値）を表示し、IR値が安定しているかで装着状態を確認できます。

配線図

• MAX30102: VCC→3.3V/5V, GND→GND, SDA→A4, SCL→A5, INT→未接続
• LCD (パラレル): RS→12, EN→11, D4→5, D5→4, D6→3, D7→2, VSS→GND, VDD→5V, V0→ポテンショメーター中間, RW→GND, A→5V（抵抗経由）, K→GND

ライブラリの準備

以下のライブラリをArduino IDEのライブラリマネージャーからインストールしてください。

• MAX30105（SparkFun製、MAX30102互換）
• heartRate（同梱のアルゴリズム）
• LiquidCrystal（標準搭載）

スケッチ解説

PBA（Penpheral Beat Amplitude）アルゴリズムを用いてピークを検出し、直近4回のピーク間隔から平均BPMを算出します。測定間隔はloop()の高速実行に任せており、指の押し付け圧力が一定でないとノイズが乗りやすいため、「一定の圧力で指を固定すること」が精度向上の鍵です。

#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include <LiquidCrystal.h>
#include "heartRate.h"

MAX30105 particleSensor;
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

const byte RATE_SIZE = 4;
byte rates[RATE_SIZE];
byte rateSpot = 0;
long lastBeat = 0;
float beatsPerMinute;
int beatAvg;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2);
  if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) {
    Serial.println("MAX30105 not found");
    while (1);
  }
  particleSensor.setup();
  particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A);
  particleSensor.setPulseAmplitudeGreen(0);
}

void loop() {
  long irValue = particleSensor.getIR();
  if (checkForBeat(irValue)) {
    long delta = millis() - lastBeat;
    lastBeat = millis();
    beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);
    if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20) {
      rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute;
      rateSpot %= RATE_SIZE;
      beatAvg = 0;
      for (byte x = 0; x < RATE_SIZE; x++) beatAvg += rates[x];
      beatAvg /= RATE_SIZE;
    }
  }
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("BPM: "); lcd.print(beatAvg);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" IR: "); lcd.print(irValue);
  if (irValue < 50000) Serial.println(" No finger?");
  delay(20);
}

精度向上のポイント

• 指をゴムバンドなどで固定し、圧力を一定に保つ
• IR値が50,000以上になるようセンサー位置を調整
• 周囲光の影響を避ける（指でセンサーを覆う）
• RATE_SIZEを増やして平滑化（メモリー許容範囲内で）

応用アイデア

• SpO2（酸素飽和度）測定機能の追加（赤色LEDも使用）
• Bluetoothモジュール追加でスマホアプリにデータ転送
• バッテリー駆動化してウェアラブルデバイス化