Визуализация пульса в реальном времени: LED-кольцо + ECG (uECG) + Arduino Nano

Компоненты и материалы

Инструменты

• Паяльная станция (рекомендуется пайка для надежности в носилке)

Идея

Давно хотел сделать гаджет, который мигает в такт сердцу — не только в покое, но и в движении. Обычный ECG-сигнал обрабатывать сложно, но uECG делает всю грязную работу: выдаёт чистый цифровой сигнал (пин DRV) — HIGH/LOW на каждом ударе. Остаётся только считать интервалы и красиво показать на LED-кольце.

UPD: Есть вторая итерация — с радиоканалом (nRF24), данные передаются на браслет.

Схема подключения

• DI (Data In) LED-кольца → D11 (настраивается в коде)
• DRV uECG → D3 (настраивается)
• Аккумулятор + → 5V Arduino, 5V LED-кольца
• Аккумулятор – → GND Arduino, GND кольца, GND uECG

Важно: LiPo подключается к 5V пину (не к Vin!). Стабилизатор на Vin даёт просадку напряжения, и Arduino станет нестабильной ниже 3.4 В. LiPo: 4.2 В (заряжен) → 3.4 В (15% заряда). При емкости >200 мАч — часы работы. Используйте разъём для зарядки!

Алгоритм (код)

• Считываем пин D3, фиксируем моменты переходов (front/back) в кольцевой буфер на BEAT_HIST = 20 ударов.
• Средний интервал = (last - first) / 20 → BPM = 60000 / интервал.
• Меньше элементов — быстрее реакция, но больше шум. Больше — сглаженнее, но задержка.
• Цвет по BPM: синий (<90) → зелёный → жёлт → розовый → красный (>170). Шаг 20 уд/мин.
• Количество горящих LED: BPM/10 (60 уд/мин = 6 LED, 120 = 12).
• В диастолу (между ударами) яркость ¼ — удары заметны как вспышки.

Код (uECG_pixel_ring.ino)

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#ifdef __AVR__
#include <avr/power.h>
#endif

#define PIN 11
#define NUMPIXELS 16
int in_pin = 3;

Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

#define BEAT_HIST 20
long beats[BEAT_HIST];

void push_beat(long ms) {
  for (int x = 0; x < BEAT_HIST-1; x++) beats[x] = beats[x+1];
  beats[BEAT_HIST-1] = ms;
}

int get_bpm() {
  long dt = beats[BEAT_HIST-1] - beats[0];
  return BEAT_HIST * 60000 / dt;
}

long last_pix_upd = 0;
int prev_in_state = 0;

void setup() {
  pixels.begin();
  pinMode(in_pin, INPUT);
  digitalWrite(in_pin, 1); // PULLUP — критично, uECG не имеет своего
}

void loop() {
  long ms = millis();
  int in_state = digitalRead(in_pin); // 1 — нет удара, 0 — удар
  if (in_state == 1 && prev_in_state == 0) push_beat(ms);
  prev_in_state = in_state;

  if (ms - last_pix_upd > 10) {
    last_pix_upd = ms;
    int bpm = get_bpm();
    int max_bright = 120;
    float dd = 20;
    float t1 = 90, t2 = t1+dd, t3 = t2+dd, t4 = t3+dd;
    int r, g, b;

    if (bpm < t1) { r=0; g=0; b=max_bright; }
    else if (bpm < t2) { r=0; g=max_bright*(bpm-t1)/dd; b=max_bright-g; }
    else if (bpm < t3) { r=max_bright*(bpm-t2)/dd; g=max_bright-r; b=r/4; }
    else if (bpm < t4) { r=max_bright; g=0; b=max_bright/2 - max_bright*(bpm-t3)/(2*dd); }
    else { r=max_bright; g=0; b=0; }

    if (in_state) { r*=0.25; g*=0.25; b*=0.25; }

    int on_pixels = (bpm+5)/10;
    for (int i=0; i