Точный мониторинг пульса и SpO₂ с MAX30102 и Arduino: OLED-дисплей и звуковой индикатор

Компоненты и материалы

О проекте

Введение

В этом уроке подключаем модуль MAX30102 (пульсоксиметрия и измерение частоты сердечных сокращений) к Arduino UNO, добавляем OLED-дисплей и пьезопищалку для визуального и звукового индицирования пульса.

BPM (ударов в минуту) в покое у здорового человека 65–75, у спортсменов — ниже. SpO₂ (насыщение кислородом) норма — выше 95%. Модули MAX30102 бывают разными производителями (у меня WAVGAT) — важна только сама микросхема MAX30102.

Компоненты

На фото: модуль MAX30102, OLED 128×32, пьезопищалка, Arduino UNO.

Тестирование

Использованы примеры из библиотеки SparkFun_MAX3010x. Модифицированный скетч «HeartRate» просит приложить палец к датчику. Нужно постоять неподвижно, пока пищалка не начнёт бипнуть в такт пульсу (или анимация на OLED не синхронизируется). Затем отображается средний BPM (усреднение по 4 измерениям — точнее).

Создание битмапов для OLED

Анимация сердечка: при обнаружении пальца рисуется маленькое сердечко, при регистрации удара — большое на короткое время. Два битмапа (32×32 и 24×21 пиксель) хранятся в массивах logo2_bmp и logo3_bmp.

Как сделать свои битмапы:

1. Найти чёрно-белую картинку нужного размера (меньше 128×32).
2. Скачать LCD Assistant.
3. Открыть картинку: File → Load Image.
4. Настройки: Byte orientation: Vertical, Size: 32×32 (или ваш размер), Output: Monochrome.
5. File → Save Output — получите C-массив.
6. В коде: display.drawBitmap(x, y, имя_массива, ширина, высота, WHITE);

Код

Основной скетч: MAX_BPM_OLED_Buzzer.ino

/* MAX30102 + OLED 128x32 I2C + Buzzer + Arduino UNO
 * Отображает средний BPM, анимацию сердца и звуковой сигнал при каждом ударе
 * Основан на примере HeartRate из библиотеки SparkFun MAX3010x
 * Подробности: www.surtrtech.com / YouTube SurtrTech
 */
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include "heartRate.h"

MAX30105 particleSensor;
const byte RATE_SIZE = 4;
byte rates[RATE_SIZE];
byte rateSpot = 0;
long lastBeat = 0;
float beatsPerMinute;
int beatAvg;

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 32
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// Маленькое сердечко (24x21)
static const unsigned char PROGMEM logo2_bmp[] = {
  0x03, 0xC0, 0xF0, 0x06, 0x71, 0x8C, 0x0C, 0x1B, 0x06, 0x18, 0x0E, 0x02,
  0x10, 0x0C, 0x03, 0x10, 0x04, 0x01, 0x10, 0x04, 0x01, 0x10, 0x40, 0x01,
  0x10, 0x40, 0x01, 0x10, 0xC0, 0x03, 0x08, 0x88, 0x02, 0x08, 0xB8, 0x04,
  0xFF, 0x37, 0x08, 0x01, 0x30, 0x18, 0x01, 0x90, 0x30, 0x00, 0xC0, 0x60,
  0x00, 0x60, 0xC0, 0x00, 0x31, 0x80, 0x00, 0x1B, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x00,
  0x00, 0x04, 0x00
};

// Большое сердечко (32x32)
static const unsigned char PROGMEM logo3_bmp[] = {
  0x01, 0xF0, 0x0F, 0x80, 0x06, 0x1C, 0x38, 0x60, 0x18, 0x06, 0x60, 0x18,
  0x10, 0x01, 0x80, 0x08, 0x20, 0x01, 0x80, 0x04, 0x40, 0x00, 0x00, 0x02,
  0x40, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC0, 0x00, 0x08, 0x03, 0x80, 0x00, 0x08, 0x01,
  0x80, 0x00, 0x18, 0x01, 0x80, 0x00, 0x1C, 0x01, 0x80, 0x00, 0x14, 0x00,
  0x80, 0x00, 0x14, 0x00, 0x80, 0x00, 0x14, 0x00, 0x40, 0x10, 0x12, 0x00,
  0x40, 0x10, 0x12, 0x00, 0x7E, 0x1F, 0x23, 0xFE, 0x03, 0x31, 0xA0, 0x04,
  0x01, 0xA0, 0xA0, 0x0C, 0x00, 0xA0, 0xA0, 0x08, 0x00, 0x60, 0xE0, 0x10,
  0x00, 0x20, 0x60, 0x20, 0x06, 0x00, 0x40, 0x60, 0x03, 0x00, 0x40, 0xC0,
  0x01, 0x80, 0x01, 0x80, 0x00, 0xC0, 0x03, 0x00, 0x00, 0x60, 0x06, 0x00,
  0x00, 0x30, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x08, 0x10, 0x00, 0x00, 0x06, 0x60, 0x00,
  0x00, 0x03, 0xC0, 0x00, 0x00, 0x01, 0x80, 0x00
};

void setup() {
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.display();
  delay(3000);
  particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST);
  particleSensor.setup();
  particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A);
}

void loop() {
  long irValue = particleSensor.getIR();
  if (irValue > 7000) { // палец на датчике
    display.clearDisplay();
    display.drawBitmap(5, 5, logo2_bmp, 24, 21, WHITE);
    display.setTextSize(2);
    display.setTextColor(WHITE);
    display.setCursor(50, 0);
    display.println("BPM");
    display.setCursor(50, 18);
    display.println(beatAvg);
    display.display();

    if (checkForBeat(irValue)) { // удар обнаружен
      display.clearDisplay();
      display.drawBitmap(0, 0, logo3_bmp, 32, 32, WHITE);
      display.setTextSize(2);
      display.setTextColor(WHITE);
      display.setCursor(50, 0);
      display.println("BPM");
      display.setCursor(50, 18);
      display.println(beatAvg);
      display.display();
      tone(3, 1000);
      delay(100);
      noTone(3);

      long delta = millis() - lastBeat;
      lastBeat = millis();
      beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);
      if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20) {
        rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute;
        rateSpot %= RATE_SIZE;
        beatAvg = 0;
        for (byte x = 0; x < RATE_SIZE; x++) beatAvg += rates[x];
        beatAvg /= RATE_SIZE;
      }
    }
  } else { // палец снят
    beatAvg = 0;
    display.clearDisplay();
    display.setTextSize(1);
    display.setTextColor(WHITE);
    display.setCursor(30, 5);
    display.println("Please Place");
    display.setCursor(30, 15);
    display.println("your finger");
    display.display();
    noTone(3);
  }
}

Используемые библиотеки

• SparkFun MAX3010x Sensor Library
• Adafruit SSD1306
• Adafruit GFX Library

Схема подключения

Оба модуля (MAX30102 и OLED) — I²C (SDA/SCL к A4/A5 на Uno). Пьезопищалка: «-» на GND, «+» через резистор на D3.