Arduinoセンサーキットに、Heart rate sensorある。

血中ヘモグロビンの近赤外線吸収の性質を利用して脈拍パルス検出するらしい。

Arduinoとの接続は３線（GND、VCC、アナログ入力）のみ。

「参考１」をみて、まず簡単の試す。ただA0の値を表示。

// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   while(1)
   {
     Serial.print(analogRead(sensorPin));
     Serial.print('\n');
   }
}

指先センサー装着

シリアルプロッターに見える上昇カーブ

安定した状態これはなにもわからない

指はセンサーから離れる時の下降カーブ。

「参考１」を参考して、Smoothingしても、同じ判別不能。困った。

#define samp_siz 4
#define rise_threshold 5
// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   float reads[samp_siz], sum;
   long int now, ptr;
   float last, reader, start;
   float first, second, third, before, print_value;
   bool rising;
   int rise_count;
   int n;
   long int last_beat;
   for (int i = 0; i < samp_siz; i++)
     reads[i] = 0;
   sum = 0;
   ptr = 0;
   while(1)
   {
     // calculate an average of the sensor
     // during a 20 ms period (this will eliminate
     // the 50 Hz noise caused by electric light
     n = 0;
     start = millis();
     reader = 0.;
     do
     {
       reader += analogRead (sensorPin);
       n++;
       now = millis();
     }
     while (now < start + 20);  
     reader /= n;  // we got an average
     // Add the newest measurement to an array
     // and subtract the oldest measurement from the array
     // to maintain a sum of last measurements
     sum -= reads[ptr];
     sum += reader;
     reads[ptr] = reader;
     last = sum / samp_siz;
     // now last holds the average of the values in the array
     // check for a rising curve (= a heart beat)
     if (last > before)
     {
       rise_count++;
       if (!rising && rise_count > rise_threshold)
       {
         // Ok, we have detected a rising curve, which implies a heartbeat.
         // Record the time since last beat, keep track of the two previous
         // times (first, second, third) to get a weighed average.
         // The rising flag prevents us from detecting the same rise 
         // more than once.
         rising = true;
         first = millis() - last_beat;
         last_beat = millis();
         // Calculate the weighed average of heartbeat rate
         // according to the three last beats
         print_value = 60000. / (0.4 * first + 0.3 * second + 0.3 * third);
         Serial.print(print_value);
         Serial.print('\n');
         third = second;
         second = first;
       }
     }
     else
     {
       // Ok, the curve is falling
       rising = false;
       rise_count = 0;
     }
     before = last;
     ptr++;
     ptr %= samp_siz;
   }
}

こんな図形になって、周囲の雑音とか酷いかな？

参考：

1. https://www.hackster.io/Johan_Ha/from-ky-039-to-heart-rate-0abfca

試み

MAX30102 というPulse Ox Sensorを利用して、脈拍と酸素濃度を測る試み。

MAX30100の実例が多いが、MAX30102の実例が少ない。

プログラム

「参考１」のSparkFunのライブラリを利用する。そのライブラリはMAX30105（R,G,IR LED）用だが、MAX30102（欠Green LED）でも利用できる。

OLED表示するため、「参考２」の表示部分を合体した。なんとなく、バグがある様な気がする。

// Sample implementation of the MAX30100 PulseOximeter
// Using the following module
// http://www.ebay.com/itm/-/391709438817?ssPageName=STRK:MESE:IT
// can not gaurantee if the app will work with other implementations of the module. 

//#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include "heartRate.h"

#define REPORTING_PERIOD_MS     500

 U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0);

// PulseOximeter is the higher level interface to the sensor
// it offers:
//  * beat detection reporting
//  * heart rate calculation
//  * SpO2 (oxidation level) calculation
//PulseOximeter pox;
MAX30105 particleSensor;

const byte RATE_SIZE = 4; //Increase this for more averaging. 4 is good.
byte rates[RATE_SIZE]; //Array of heart rates
byte rateSpot = 0;
long lastBeat = 0; //Time at which the last beat occurred

float beatsPerMinute;
int beatAvg;

//byte pulseLED = 13; //Must be on PWM pin
//byte readLED = 11; //Blinks with each data read
//
bool calculation_complete=false;
bool calculating=false;
bool initialized=false;
byte beat=0;

void show_beat() 
{
  u8g2.setFont(u8g2_font_cursor_tf);
  u8g2.setCursor(8,10);
  if (beat==0) {
    u8g2.print("_");
    beat=1;
  } 
  else
  {
    u8g2.print("^");
    beat=0;
  }
  u8g2.sendBuffer();
}

void initial_display() 
{
  if (not initialized) 
  {
    u8g2.clearBuffer();
    show_beat();
    u8g2.setCursor(24,12);
    u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
    u8g2.print("Place finger");  
    u8g2.setCursor(0,30);
    u8g2.print("on the sensor");
    u8g2.sendBuffer(); 
    initialized=true;
  }
}

void display_calculating(int j)
{
  if (not calculating) {
    u8g2.clearBuffer();
    calculating=true;
    initialized=false;
  }
  show_beat();
  u8g2.setCursor(24,12);
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
  u8g2.print("Measuring..."); 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm");
  u8g2.sendBuffer();
}

void display_values()
{
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm _ ");
  u8g2.setCursor(65,30);  
  u8g2.print(beatAvg);
  u8g2.sendBuffer();
}

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    
//    pinMode(pulseLED, OUTPUT);
//    pinMode(readLED, OUTPUT);

    u8g2.begin();

    // Initialize sensor
    if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) //Use default I2C port, 400kHz speed
    {
      Serial.println(F("MAX30105 was not found. Please check wiring/power."));
      while (1);
    }    

    particleSensor.setup(); //Configure sensor with default settings
    particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A); //Turn Red LED to low to indicate sensor is running
    particleSensor.setPulseAmplitudeGreen(0); //Turn off Green LED
    
    initial_display();
}


void loop()
{

  long irValue = particleSensor.getIR();
  float temperature = particleSensor.readTemperature();
//  digitalWrite(readLED, !digitalRead(readLED)); //Blink onboard LED with every data read

  if (checkForBeat(irValue) == true)
  {
    calculation_complete=true;
    calculating=false;
    initialized=false;

//    digitalWrite(pulseLED, !digitalRead(pulseLED)); //Blink onboard LED with every Beat
    //We sensed a beat!
    long delta = millis() - lastBeat;
    lastBeat = millis();

    if (delta < 10000) {
      beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);
    } else {
      calculation_complete=false;
      beatsPerMinute=0;
      initial_display();
    }
    
    if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20)
    {
      rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute; //Store this reading in the array
      rateSpot %= RATE_SIZE; //Wrap variable

      //Take average of readings
      beatAvg = 0;
      for (byte x = 0 ; x < RATE_SIZE ; x++)
        beatAvg += rates[x];
      beatAvg /= RATE_SIZE;
      display_values();
    }
  } else {
    if (irValue < 50000) {
      calculating=false;
      initial_display();
    } else {
      display_calculating(5);
    }
  }

  Serial.print("IR=");
  Serial.print(irValue);
  Serial.print(", BPM=");
  Serial.print(beatsPerMinute);
  Serial.print(", Avg BPM=");
  Serial.print(beatAvg);
  Serial.print(", initialized=");
  Serial.print(initialized);
  Serial.print(", calculating=");
  Serial.print(calculating);
  Serial.print(", calculation_complete=");
  Serial.print(calculation_complete);
  Serial.println();



}

実験

かなり不安定の感じがする。

一応、形はできたが、

しかし、脈拍捉えるのは稀て、今回も失敗して。。。

参考

1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/max30105-particle-and-pulse-ox-sensor-hookup-guide
2. https://www.hackster.io/umar-sear/arduino-heart-rate-monitor-a8e9e1
3. https://www.hackster.io/AAKS/max30100-and-blynk-0f58f4

なぜ

Piezoelectric sensorを利用して、住宅内の音声、振動から年配者の介護の補助を考えている。

Piezoelectric sensorが取った情報をAD変換して、簡単にWemosで処理すると思ったが、いろいろ意外なところで躓いた。

何か類似する、簡単に検証できる例がないか探した。

取り込み

「参考１」から、普通のPiezoelectric sensorで、簡単に脈拍を取れると、魅力と思った。

必要な部品が揃うまで時間がかかったが、一応出来た。

いろいろと試したところ

拡大写真

取れた波形。「参考１」の波形には似ているは、DC成分あるから、取り除くが課題。

参考

1. http://www.ohnitsch.net/2015/03/18/measuring-heart-rate-with-a-piezoelectric-vibration-sensor/

経緯

IoT材料を探しに、AD8232 Heart Rate Monitor パーツを購入しました。

添付資料は何もないので、ネットで検索したら、結構出ました。

目の動きも検出できる、いろいろできそう。

回路

参考資料は、Arduino NANOを利用するので、そのままの回路を組み立てる予定。成功したら、ESP8266,ESP32に移植するつもり。

The detailed specification of the Arduino Nano board is as follows:

• • Microcontroller ATmega328
  • Operating Voltage (logic level): 5 V
  • Input Voltage (Recommended): 7-12 V
  • Input Voltage (limits): 6-20 V
  • Digital I/O Pins : 14 (of which 6 provide PWM Output)
  • Analog Input Pins: 8
  • DC Current per I/O Pin: 40 mA
  • Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 2 KB used by bootloader
  • SRAM: 2 KB (ATmega328)
  • EEPROM: 1 KB (ATmega328)

• Clock Speed: 16 MHz
• Measurements: 0.73″ x 1.70″

Arduino NANOとAD8232をつないて、LCDまたはOLEDで表示するつもりだが、安定した結果は出ないので、部品の問題か、ソフトウェアの問題か、解決に難航。

部品を買い増すして、検証する予定。

スケッチ

参考資料

1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/ad8232-heart-rate-monitor-hookup-guide