DIY пульсоксиметр на Arduino (MAX30102 + OLED) для мониторинга SpO2

Компоненты и материалы

Инструменты

• 3D-принтер (для корпуса)
• Паяльник

Программное обеспечение

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360 (модели корпуса)

О проекте

COVID-19 поражает дыхательную систему. Пульсоксиметр помогает отслеживать насыщение кислородом (SpO2) и пульс дома, чтобы вовремя обратиться к врачу. Важно: это не медицинский прибор, точность ниже профессиональных образцов.

Электроника

• MAX30102 — оптический датчик (красный + IR светодиоды), измеряет пульс и SpO2 по отражению от пальца.
• OLED 128x64 — вывод значений HR и SpO2.
• Arduino Nano — управление, расчёт алгоритмов.

Сборка пошагово

1. Печать корпуса — STL-файлы в разделе CAD. Заполнение 70–80%, поддержки, PLA. После печати — удаление поддержек, шлифовка.
2. Пайка — Nano на перфоплате 44×30 мм. Провода от MAX30102 (VIN, GND, SDA=A4, SCL=A5) под платой к Nano. OLED — разъём на Nano, провода к дисплею. Всё закрепляется винтами M3.
3. Сборка — вставка электроники в корпус, крепление OLED крышкой, проверка движения клапана.
4. Прошивка — установите библиотеки: Wire, MAX30105 (SparkFun), spo2_algorithm, SSD1306Ascii. Выберите плату Arduino Nano, загрузите скетч.
5. Использование — приложите палец к датчику, аккуратно закройте крышку, подайте питание (USB). Подождите калибровки (~4 сек) — появятся HR и SpO2.

Код (C/C++)

/* Подключение: VCC=5V, GND=GND, SDA=A4, SCL=A5, INT=NC */
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include "spo2_algorithm.h"
#include "SSD1306Ascii.h"
#include "SSD1306AsciiWire.h"

MAX30105 particleSensor;
SSD1306AsciiWire oled;
#define MAX_BRIGHTNESS 255

#if defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega168__)
  uint16_t irBuffer[50], redBuffer[50]; // 16-bit для Uno/Nano (мало RAM)
#else
  uint32_t irBuffer[50], redBuffer[50];
#endif

int32_t spo2; int8_t validSPO2;
int32_t heartRate; int8_t validHeartRate;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  oled.begin(&Adafruit128x64, 0x3C);
  oled.setFont(Arial14);
  if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) {
    Serial.println(F("MAX30105 not found!"));
    while (1);
  }
  particleSensor.setup(55, 4, 2, 200, 411, 4096); // настройки датчика
}

void loop() {
  // Первые 50 сэмплов — калибровка диапазона
  for (byte i = 0; i < 50; i++) {
    while (!particleSensor.available()) particleSensor.check();
    redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
    irBuffer[i]  = particleSensor.getIR();
    particleSensor.nextSample();
    Serial.print(F("red=")); Serial.print(redBuffer[i]);
    Serial.print(F(", ir=")); Serial.println(irBuffer[i]);
  }
  maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, 50, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);

  // Основной цикл: скользящее окно 25 новых сэмплов
  while (1) {
    for (byte i = 25; i < 50; i++) { // сдвиг старых
      redBuffer[i-25] = redBuffer[i];
      irBuffer[i-25]  = irBuffer[i];
    }
    for (byte i = 25; i < 50; i++) { // 25 новых
      while (!particleSensor.available()) particleSensor.check();
      redBuffer[i] = particleSensor.getRed();
      irBuffer[i]  = particleSensor.getIR();
      particleSensor.nextSample();
      Serial.print(F("red=")); Serial.print(redBuffer[i]);
      Serial.print(F(", ir=")); Serial.print(irBuffer[i]);
      Serial.print(F(", HR=")); Serial.print(heartRate);
      Serial.print(F(", HRv=")); Serial.print(validHeartRate);
      Serial.print(F(", SPO2=")); Serial.print(spo2);
      Serial.print(F(", SPO2v=")); Serial.println(validSPO2);
    }
    maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(irBuffer, 50, redBuffer, &spo2, &validSPO2, &heartRate, &validHeartRate);
    printToScreen();
  }
}

void printToScreen() {
  oled.clear(); oled.setCursor(0,0);
  if (validSPO2 && validHeartRate) {
    oled.print(F("HR: ")); oled.println(heartRate);
    oled.print(F("SPO2: ")); oled.println(spo2);
  } else {
    oled.print(F("Not valid"));
  }
}

3D-модели корпуса

Файлы STL в разделе Custom parts (Fusion 360). Две половины корпуса + крышка с окном для OLED.

Схема подключения

Простая I2C: MAX30102 и OLED параллельно на A4/A5. Питание 5V от Nano. Схема в разделе Schematics.