Монитор кислорода в крови и температуры тела на Arduino: двухсенсорная система

Компоненты и материалы

О проекте

Устройство одновременно измеряет насыщение крови кислородом (SpO2) и температуру тела. Если SpO2 падает ниже 90% или температура поднимается выше 37 °C — загорается красный светодиод (тревога), иначе — зелёный (норма).

Важные нюансы

• Пальец нужно приложить к датчику MAX30102 легко, без давления — сильное прижатие искажает показания.
• Измерение стабилизируется через несколько секунд; результат удерживается на дисплее.
• Последние значения SpO2 и температуры сохраняются в EEPROM и отображаются при следующем включении (строки «Last test» и «Last temp»).

Программная часть

Используются библиотеки:
— Adafruit_MLX90614 для GY-906
— MAX30105 (SparkFun) для MAX30102
— LiquidCrystal_I2C для дисплея
— Wire, EEPROM — встроены

Алгоритм расчёта SpO2 основан на соотношении AC/DC компонент красного и ИК излучений (метод Microchip AN1525B). Применяется низкочастотный фильтр (FSpO2 = 0.7) для сглаживания показаний. Режим датчика: HIGH ACCURACY + LONG RANGE — измерение до 2 м, частота дискретизации 200 Гц.

Код (Blood_Oximeter.ino)

#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();

double avered = 0, aveir = 0, sumirrms = 0, sumredrms = 0;
int i = 0, Num = 100, Temperature = 0, temp = 0;
float ESpO2 = 0, ESpO2_ROM = 0;
double FSpO2 = 0.7, frate = 0.95;

#define TIMETOBOOT 3000
#define SCALE 88.0
#define SAMPLING 5
#define FINGER_ON 30000
#define USEFIFO
#define Greenled 8
#define Redled 9

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

  ESpO2 = readEEPROM();
  Temperature = EEPROM.read(6);
  pinMode(Greenled, OUTPUT); pinMode(Redled, OUTPUT);
  digitalWrite(Greenled, LOW); digitalWrite(Redled, LOW);

  while (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) {
    Serial.println("MAX30102 not found. Check wiring/power/solder jumper.");
  }

  byte ledBrightness = 0x7F; byte sampleAverage = 4; byte ledMode = 2;
  int sampleRate = 200; int pulseWidth = 411; int adcRange = 16384;
  particleSensor.setup(ledBrightness, sampleAverage, ledMode, sampleRate, pulseWidth, adcRange);
  particleSensor.enableDIETEMPRDY();
  mlx.begin();
}

void loop() {
  uint32_t ir, red; double fred, fir, SpO2 = 0;
  #ifdef USEFIFO
  particleSensor.check();
  while (particleSensor.available()) {
    #ifdef MAX30105
      red = particleSensor.getFIFORed(); ir = particleSensor.getFIFOIR();
    #else
      red = particleSensor.getFIFOIR(); ir = particleSensor.getFIFORed();
    #endif
    i++;
    fred = (double)red; fir = (double)ir;
    avered = avered * frate + fred * (1.0 - frate);
    aveir  = aveir  * frate + fir  * (1.0 - frate);
    sumredrms += (fred - avered) * (fred - avered);
    sumirrms  += (fir  - aveir)  * (fir  - aveir);

    if ((i % SAMPLING) == 0) {
      if (millis() > TIMETOBOOT) {
        float ir_forGraph = (2.0 * fir - aveir) / aveir * SCALE;
        float red_forGraph = (2.0 * fred - avered) / avered * SCALE;
        if (ir_forGraph > 100) ir_forGraph = 100; if (ir_forGraph < 80) ir_forGraph = 80;
        if (red_forGraph > 100) red_forGraph = 100; if (red_forGraph < 80) red_forGraph = 80;
        Serial.print(red); Serial.print(","); Serial.print(ir); Serial.print(".");
        float temperature = particleSensor.readTemperatureF();

        if (ir < FINGER_ON) {
          temp = Temperature; EEPROM.write(6, temp); ESpO2_ROM = ESpO2; writeEEPROM(&ESpO2_ROM);
          lcd.setCursor(0,2); lcd.print("Last test: "); lcd.setCursor(11,2); lcd.print(ESpO2_ROM); lcd.print(" %");
          lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Last temp: "); lcd.setCursor(11,3); lcd.print(temp); lcd.print(" *C");
          break;
        }

        if (ir > FINGER_ON) {
          Temperature = mlx.readObjectTempC();
          lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Oxygen % = "); lcd.setCursor(11,0); lcd.print(ESpO2); lcd.print(" %");
          lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Temperature: "); lcd.print(Temperature); lcd.print(" *C");
          if (ESpO2 >= 90 && Temperature < 38) { digitalWrite(Redled, LOW); digitalWrite(Greenled, HIGH); }
          if (ESpO2 < 90 || Temperature > 37) { digitalWrite(Greenled, LOW); digitalWrite(Redled, HIGH); }
        }
      }
    }

    if ((i % Num) == 0) {
      double R = (sqrt(sumredrms) / avered) / (sqrt(sumirrms) / aveir);
      SpO2 = -23.3 * (R - 0.4) + 100;
      ESpO2 = FSpO2 * ESpO2 + (1.0 - FSpO2) * SpO2;
      sumredrms = sumirrms = 0.0; i = 0; break;
    }
    particleSensor.nextSample();
  }
  #endif
}

void writeEEPROM(float *data) {
  byte ByteArray[4]; memcpy(ByteArray, data, 4);
  for (int x = 0; x < 4; x++) EEPROM.write(x, ByteArray[x]);
}

float readEEPROM() {
  float ESpO2 = 85.0; byte ByteArray[4];
  for (int x = 0; x < 4; x++) ByteArray[x] = EEPROM.read(x);
  memcpy(&ESpO2, ByteArray, 4); return ESpO2;
}

Схема подключения

См. раздел «Schematics» оригинала: I2C-шина общая для LCD, MAX30102 и MLX90614 (необходимы два подтягивающих резистора 4.7 кОм на SDA/SCL, если на модулях их нет). Питание — 5 В от Arduino.