Измерение пульса датчиком KY-039 на Arduino

Компоненты и материалы

О проекте

В наборе из 37 датчиков для Arduino есть датчик пульса. Название обещает слишком много: многие думают, что он выдаёт цифровое значение BPM по I2C. На самом деле он выдаёт только «аналоговое» значение 0–1023 — уровень ИК-света на фототранзисторе. Чем выше значение, тем меньше света.

Принцип: палец между ИК-светодиодом и фототранзистором. Пульсация расширяет сосуды, модулируя пропускание ИК-излучения. Получаем пульсирующий сигнал.

В проекте описано, как превратить этот сигнал в частоту сердечных сокращений (например, 66 уд/мин).

Простые шаги

Сырые показания датчика очень зашумлены (целочисленные, скачут).

Если усреднить группу измерений — пульс становится виден:

Мелкий зигзаг — помехи от сети 50 Гц (ИК-мерцание ламп). Нужно убрать и это.

Алгоритм сглаживания

1. Усреднение за 20 мс — убирает 50 Гц (период 20 мс). Для 60 Гц используйте 16,67 мс.
2. Скользящее окно из 4–5 значений — убирает остаточный шум.
3. Детекция подъёма — ищем N подряд возрастающих значений (N=4–5). Это фронт пульсовой волны.
4. Расчёт BPM — взвешенное среднее по последним 3 интервалам: 60000 / (0.4·T1 + 0.3·T2 + 0.3·T3).

Финальный код

#define samp_siz 4
#define rise_threshold 4

int sensorPin = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float reads[samp_siz], sum = 0;
  long int now, ptr = 0;
  float last, reader, start;
  float first = 0, second = 0, third = 0, before = 0, print_value = 0;
  bool rising = false;
  int rise_count = 0;
  int n;
  long int last_beat = 0;

  for (int i = 0; i < samp_siz; i++) reads[i] = 0;

  while (1) {
    // Усреднение за 20 мс (убирает 50 Гц)
    n = 0;
    start = millis();
    reader = 0;
    do {
      reader += analogRead(sensorPin);
      n++;
      now = millis();
    } while (now < start + 20);
    reader /= n;

    // Скользящее окно
    sum -= reads[ptr];
    sum += reader;
    reads[ptr] = reader;
    last = sum / samp_siz;

    // Детекция подъёма
    if (last > before) {
      rise_count++;
      if (!rising && rise_count > rise_threshold) {
        rising = true;
        first = millis() - last_beat;
        last_beat = millis();

        print_value = 60000.0 / (0.4 * first + 0.3 * second + 0.3 * third);
        Serial.println(print_value);

        third = second;
        second = first;
      }
    } else {
      rising = false;
      rise_count = 0;
    }

    before = last;
    ptr++;
    ptr %= samp_siz;
  }
}

Код работает стабильно. На видео видно, как мигает RX-LED в такт пульсу.

Дальнейшее развитие

• Усреднение по окну 15 секунд с отбрасыванием выбросов.
• Адаптация под разные формы пульсовой волны (спад, пик).
• Работа при высоком пульсе (180–200 уд/мин).

Схема подключения