Получение ЭКГ в реальном времени на OLED-экране

Об этом проекте

Некоторое время назад я опубликовал несколько проектов, демонстрирующих, как получить данные с устройства УЭКГ, но в них было довольно много запутанного кода, и они по-прежнему использовали только базовые данные из него. Итак, наконец, я написал библиотеку Arduino, которая делает этот способ более простым и надежным, вот она:https://github.com/ultimaterobotics/uECG_library (обратите внимание, что вам также необходимо установить библиотеку RF24 из диспетчера библиотек, и если вы хотите показать данные на OLED, как в этом проекте - также библиотека Adafruit SSD1306).

1. Схема

Схема такая же, как и для любого другого проекта, использующего модуль nRF24 и OLED:nRF24 подключен к шине SPI Arduino (D13, D12, D11) и двум произвольным контактам для линий модуля CS и CE - я выбрал D10 и D9 для удобства. Единственный важный момент :модуль nRF24 должен быть подключен к 3,3 В линия, а не до 5В! Также очень помогает добавление конденсатора 1 мкФ или 10 мкФ между 3,3 В и заземлением - этим модулям nRF24 требуется стабильное напряжение, которое Arduino не всегда может обеспечить на своей линии 3,3 В, в этом помогают конденсаторы.

OLED подключается через I2C - SDA к A4, SCL к A5 и питается от линии 5 В. В моем случае OLED-модуль имел встроенные резисторы для протокола I2C. Если в вашем модуле их нет - вам нужно добавить резисторы 4,7 кОм от SDA до 3,3 В и от SCL до 3,3 В, хотя в большинстве модулей, которые я видел недавно, они уже есть.

Вы можете увидеть прилагаемые ниже схемы, а также фото собранного проекта:

2. Код

Библиотека uECG требует для правильной работы довольно много строк кода, а именно:

в setup () вам нужно вызвать uECG.begin (pin_cs, pin_ce) - вам нужно указать ему, какие номера контактов используются для линий nRF24 CS и CE, он включит модуль и переведет его в правильный режим внутри.

В loop () вам нужно вызывать uECG.run () как можно чаще:устройство uECG отправляет много данных - один пакет каждые несколько миллисекунд - и если вы не вызовете uECG.run () к тому времени, когда следующий пакет прибывает, его данные будут потеряны. Это означает, что никогда не вызывайте функцию delay () внутри цикла и используйте millis () для задач, требующих времени (я добавил пример этого в примерах библиотеки).

Этот код проекта доступен в качестве примера внутри библиотеки, а также прилагается ниже (если он выглядит слишком сложным - имейте в виду, что здесь 95% кода посвящено оптимизированному отображению чертежа, для простой печати значений в последовательном мониторе вас нужно всего несколько строк):

  #include  
 #include  
 #include  
 
 #define SCREEN_WIDTH 128 // OLED ширина дисплея в пикселях 
 #define SCREEN_HEIGHT 64 // Высота OLED-дисплея в пикселях 
 
 // Объявление для дисплея SSD1306, подключенного к I2C (выводы SDA, SCL) 
 # определить OLED_RESET -1 // Сбросить контакт № (или -1, если используется общий вывод сброса Arduino) 
 Отображение Adafruit_SSD1306 (SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET); 
 
 int rf_cen =9; // Вывод включения микросхемы nRF24 
 int rf_cs =10; // Вывод nRF24 CS 
 
 void setup () {
 Serial.begin (115200); // последовательный вывод - очень полезен для отладки 
 while (! display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {// Адрес 0x3D для 128x64 
 Serial.println (F («Ошибка выделения SSD1306»)); 
} 
 display.display (); 
 delay (100); 
 uECG.begin (rf_cs, rf_cen); 
 delay (100); 
 
 // Очистить буфер 
 display.clearDisplay (); 
 display.setTextSize (1); // Нормальный масштаб 1:1 пикселей 
 display.setTextColor (WHITE); // Рисуем белый текст 
 display.cp437 (true); // Использовать полный 256-символьный шрифт 'Code Page 437' 
 display.display (); 
 delay (100); 
 Serial.println ("after display"); 
} 
 
 uint32_t prev_data_count =0; 
 uint32_t prev_displ =0; 
 
 uint8_t ecg_screen [128]; 
 int ecg_screen_len =128; 
 float ecg_avg =0; 
 float ecg_max =1; 
 float ecg_min =-1; 
 int ecg_size =40; 
 
 int displ_phase =0; 
 
 void loop () 
 {
 uECG.run (); 
 uint32_t data_count =uECG.getDataCount (); 
 int new_data =data_count - prev_data_count; 
 prev_data_count =data_count; 
 if (new_data> 0) 
 {
 uint32_t ms =millis (); 
 int16_t ecg_data [8]; 
 uECG.getECG (ecg_data, new_data); 
 для (int x =0; x  Serial.println (ecg_data [x]); 
 
 для (int x =new_data; x  ecg_screen [x-new_data] =ecg_screen [x]; 
 for (int x =0; x  {
 ecg_avg * =0,99; 
 ecg_avg + =0,01 * ecg_data [x]; 
 ecg_max =ecg_max * 0.995 + ecg_avg * 0.005; 
 ecg_min =ecg_min * 0.995 + ecg_avg * 0,005; 
 if (ecg_data [x]> ecg_max) ecg_max =ecg_data [x]; 
 if (ecg_data [x]  int ecg_y =63-ecg_size * (ecg_data [x] - ecg_min) / (ecg_max - ecg_min + 1); 
 ecg_screen [ ecg_screen_len-1-new_data + x] =ecg_y; 
} 
 
 if (ms - prev_displ> 30) 
 {
 prev_displ =ms; 
 если (displ_phase ==0) 
 {
 display.clearDisplay (); 
 display.setCursor (0, 0); 
 display.print ("BPM:"); 
 display.println (uECG.getBPM ()); 
 display.print ("RR:"); 
 display.println (uECG.getLastRR ()); 
 display.print ( "шаги:"); 
 display.print (uECG.getSteps ()); 
 int batt_mv =uECG.getBattery (); 
 int batt_perc =(batt_mv - 3300) / 8; 
 if (batt_perc <0) batt_perc =0; 
 if (batt_perc> 100) batt_perc =100; 
 display.drawLine (110, 0, 127, 0, БЕЛЫЙ); 
 display.drawLine (110, 10, 127, 10, БЕЛЫЙ); 
 display.drawLine ( 110, 0, 110, 10, БЕЛЫЙ); 
 display.drawLine (127, 0, 127, 10, БЕЛЫЙ); 
 int bat_len =batt_perc / 6; 
 for (int x =1; х <10; x ++) 
 display.drawLine (110, x, 110 + bat_len, x, WHITE); 
} 
 if (displ_phase ==1) 
 {
 for ( int x =1; x  display.drawLine (x-1, ecg_screen [x-1], x, ecg_screen [x], БЕЛЫЙ); 
} 
 if (displ_phase ==2) 
 {
 for (int x =ecg_screen_len / 2; x  display.drawLine (x-1, ecg_screen [x- 1], x, ecg_screen [x], БЕЛЫЙ); 
} 
 if (displ_phase ==3) 
 display.display (); 
 displ_phase ++; 
 if (displ_phase> 3) displ_phase =0; 
} 
} 
}  

3. Обработка данных

Большая часть обработки выполняется на плате, и вы можете получить различную статистику, рассчитанную устройством:BPM, GSR, последний интервал RR, параметр HRV и 16 диапазонов HRV (первая ячейка представляет количество ударов с вариацией <1%, вторая ячейка - отклонение от 1 до 2% и т. д.), количество пройденных шагов, показания акселерометра (хотя частота обновления низкая, поэтому подходит только для оценки позы).

Но вы также можете получить необработанные показания ЭКГ - поток данных не идеален, время от времени некоторые пакеты теряются, но вы все равно можете получить что-то полезное:

Ну вот и все - если у вас было это устройство, собирающее пыль в углу, теперь оно действительно работает без особых проблем :)

Код

библиотека ардуино uECG

Схема