Come visualizzare la frequenza cardiaca sul display LCD STONE con Ar: 31 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

breve introduzione

Qualche tempo fa, ho trovato un modulo sensore di frequenza cardiaca MAX30100 negli acquisti online. Questo modulo può raccogliere dati sull'ossigeno nel sangue e sulla frequenza cardiaca degli utenti, che è anche semplice e comodo da usare. Secondo i dati, ho scoperto che ci sono librerie di MAX30100 nei file della libreria Arduino. Vale a dire, se utilizzo la comunicazione tra Arduino e MAX30100, posso chiamare direttamente i file della libreria Arduino senza dover riscrivere i file del driver. Questa è una buona cosa, quindi ho acquistato il modulo di MAX30100.

Passaggio 1: ho deciso di utilizzare Arduino per verificare la frequenza cardiaca e la funzione di raccolta dell'ossigeno nel sangue di MAX30100

Nota: questo modulo per impostazione predefinita solo con comunicazioni MCU di livello 3,3 V, perché per impostazione predefinita utilizza una resistenza di pull up del pin IIC da 4,7 K a 1,8 V, quindi non c'è comunicazione con Arduino per impostazione predefinita, se si desidera comunicare con Arduino e necessitano di due resistori di pull-up del pin IIC da 4,7 K collegati al pin VIN, questi contenuti verranno introdotti alla fine del capitolo.

Passaggio 2: incarichi funzionali

Prima di iniziare questo progetto, ho pensato ad alcune semplici funzionalità:

• Sono stati raccolti dati sulla frequenza cardiaca e sull'ossigeno nel sangue
• I dati sulla frequenza cardiaca e sull'ossigeno nel sangue vengono visualizzati tramite uno schermo LCD

Queste sono le uniche due funzionalità, ma se vogliamo implementarle, dobbiamo pensare di più:

• Quale MCU master viene utilizzato?
• Che tipo di display lcd?

Come accennato in precedenza, utilizziamo Arduino per l'MCU, ma questo è un progetto di display LCD Arduino, quindi dobbiamo scegliere il modulo display LCD appropriato. Ho intenzione di utilizzare lo schermo LCD con porta seriale. Ho un visualizzatore STONE STVI070WT-01 qui, ma se Arduino ha bisogno di comunicare con esso, è necessario MAX3232 per eseguire la conversione del livello. Quindi i materiali elettronici di base sono determinati come segue:

1. Scheda di sviluppo Arduino Mini Pro

2. Modulo sensore di frequenza cardiaca e ossigeno nel sangue MAX30100

3. Modulo display porta seriale LCD STONE STVI070WT-01

4. Modulo MAX3232

Passaggio 3: Introduzione all'hardware

MAX30100

Il MAX30100 è una soluzione integrata per la pulsossimetria e il sensore per il monitoraggio della frequenza cardiaca. Combina due LED, un fotorilevatore, un'ottica ottimizzata e un'elaborazione del segnale analogico a basso rumore per rilevare la pulsossimetria e i segnali della frequenza cardiaca.

Il MAX30100 funziona con alimentatori da 1,8 V e 3,3 V e può essere spento tramite software con una corrente di standby trascurabile, consentendo all'alimentatore di rimanere sempre connesso.

Passaggio 4: applicazioni

● Dispositivi indossabili

● Dispositivi per l'assistente fitness

● Dispositivi di monitoraggio medico

Passaggio 5: vantaggi e caratteristiche

1 (pulsossimetro completo e sensore di frequenza cardiaca La soluzione semplifica la progettazione)

• LED integrati, sensore fotografico e front-end analogico ad alte prestazioni
• Piccolo sistema ottico a 14 pin da 5,6 mm x 2,8 mm x 1,2 mm incluso nella confezione

2、Il funzionamento a bassissima potenza aumenta la durata della batteria per i dispositivi indossabili

• Frequenza di campionamento programmabile e corrente LED per il risparmio energetico
• Corrente di spegnimento ultra bassa (0,7 µA, tipica)

3、La funzionalità avanzata migliora le prestazioni di misurazione

• L'elevato SNR fornisce una solida resilienza agli artefatti di movimento
• Cancellazione della luce ambientale integrata
• Capacità di frequenza di campionamento elevata
• Capacità di output veloce dei dati

Passaggio 6: Principio di rilevamento

Basta premere il dito contro il sensore per stimare la saturazione di ossigeno del polso (SpO2) e il polso (equivalente al battito cardiaco).

Il pulsossimetro (ossimetro) è un mini-spettrometro che UTILIZZA i principi dei diversi spettri di assorbimento dei globuli rossi per analizzare la saturazione di ossigeno del sangue. Questo metodo di misurazione rapida e in tempo reale è anche ampiamente utilizzato in molti riferimenti clinici. Non introdurrò troppo il MAX30100, perché questi materiali sono disponibili su Internet. Gli amici interessati possono cercare le informazioni di questo modulo per il test della frequenza cardiaca su Internet e avere una comprensione più profonda del suo principio di rilevamento.

Passaggio 7: PIETRA SVI070WT-01

Introduzione al visualizzatore

In questo progetto, utilizzerò STONE STVI070WT-01 per visualizzare i dati della frequenza cardiaca e dell'ossigeno nel sangue. Il chip del driver è stato integrato all'interno dello schermo del display e c'è un software che gli utenti possono usare. Gli utenti devono solo aggiungere pulsanti, caselle di testo e altra logica attraverso le immagini dell'interfaccia utente progettate, quindi generare file di configurazione e scaricarli nella schermata di visualizzazione per l'esecuzione. Il display di STVI070WT-01 comunica con l'MCU tramite il segnale uart-rs232, il che significa che è necessario aggiungere un chip MAX3232 per convertire il segnale RS232 in segnale TTL, in modo da poter comunicare con Arduino MCU.

Passaggio 8: se non si è sicuri di come utilizzare il MAX3232, fare riferimento alle seguenti immagini:

Se ritieni che la conversione del livello sia troppo problematica, puoi scegliere altri tipi di visualizzatori di STONE, alcuni dei quali possono emettere direttamente il segnale uart-ttl.

Il sito web ufficiale ha informazioni dettagliate e introduzione:

Passaggio 9: se hai bisogno di tutorial video e tutorial da utilizzare, puoi trovarli anche sul sito Web ufficiale

Passaggio 10: fasi di sviluppo

Tre fasi dello sviluppo dello schermo del display STONE:

• Progetta la logica del display e la logica dei pulsanti con il software STONE TOOL e scarica il file di progettazione nel modulo display.
• L'MCU comunica con il modulo display LCD STONE attraverso la porta seriale.
• Con i dati ottenuti nel passaggio 2, l'MCU esegue altre azioni.

Passaggio 11: installazione del software STONE TOOL

Scarica l'ultima versione del software STONE TOOL (attualmente TOOL2019) dal sito Web e installalo.

Dopo l'installazione del software, verrà aperta la seguente interfaccia:

Fare clic sul pulsante "File" nell'angolo in alto a sinistra per creare un nuovo progetto, di cui parleremo in seguito.

Passaggio 12: Arduino

Arduino è una piattaforma di prototipo elettronico open source facile da usare e facile da usare. Comprende la parte hardware (varie schede di sviluppo conformi alle specifiche Arduino) e la parte software (Arduino IDE e relativi kit di sviluppo).

La parte hardware (o scheda di sviluppo) è costituita da un microcontrollore (MCU), una memoria Flash (Flash) e un set di interfacce di input/output universali (GPIO), che puoi considerare come una scheda madre di un microcomputer. La parte software è composta principalmente da Arduino IDE su PC, relativo pacchetto di supporto a livello di scheda (BSP) e ricca libreria di funzioni di terze parti. Con Arduino IDE, puoi facilmente scaricare il BSP associato alla tua scheda di sviluppo e le librerie di cui hai bisogno per scrivere i tuoi programmi. Arduino è una piattaforma open source. Finora, ci sono stati molti modelli e molti controller derivati, tra cui Arduino Uno, Arduino Nano, ArduinoYun e così via. Inoltre, l'IDE Arduino ora supporta non solo le schede di sviluppo della serie Arduino, ma aggiunge anche il supporto per schede di sviluppo popolari come come Intel Galileo e NodeMCU introducendo BSP.

Arduino rileva l'ambiente attraverso una varietà di sensori, controllando luci, motori e altri dispositivi per restituire e influenzare l'ambiente. Il microcontrollore sulla scheda può essere programmato con un linguaggio di programmazione Arduino, compilato in binari e masterizzato nel microcontrollore. per Arduino è implementato con il linguaggio di programmazione Arduino (basato su Wiring) e l'ambiente di sviluppo Arduino (basato su Processing). I progetti basati su Arduino possono contenere solo Arduino, così come Arduino e altri software in esecuzione su PC e comunicano con ciascuno altro (come Flash, Processing, MaxMSP).

Passaggio 13: ambiente di sviluppo

L'ambiente di sviluppo Arduino è l'IDE Arduino, che può essere scaricato da Internet.

Accedi al sito Web ufficiale di Arduino e scarica il software https://www.arduino.cc/en/Main/Software?setlang=c… Dopo aver installato l'IDE Arduino, all'apertura del software apparirà la seguente interfaccia:

L'IDE di Arduino crea due funzioni per impostazione predefinita: la funzione di configurazione e la funzione di loop. Ci sono molte introduzioni di Arduino su Internet. Se non capisci qualcosa, puoi andare su Internet per trovarlo.

Passaggio 14: processo di implementazione del progetto LCD Arduino

connessione hardware

Per garantire che il passaggio successivo nella scrittura del codice proceda senza intoppi, dobbiamo prima determinare l'affidabilità della connessione hardware.

In questo progetto sono stati utilizzati solo quattro componenti hardware:

1. Scheda di sviluppo Arduino Mini pro

2. Schermo tft-lcd STONE STVI070WT-01

3. Sensore di frequenza cardiaca e ossigeno nel sangue MAX30100

4. MAX3232 (rs232-> TTL) La scheda di sviluppo Arduino Mini Pro e il display TFT-LCD STVI070WT-01 sono collegati tramite UART, che richiede la conversione del livello tramite MAX3232, quindi la scheda di sviluppo Arduino Mini Pro e il modulo MAX30100 sono collegati tramite interfaccia IIC. Dopo aver pensato chiaramente, possiamo disegnare la seguente immagine del cablaggio:

Passaggio 15:

Assicurati che non ci siano errori nella connessione hardware e procedi al passaggio successivo.

Passaggio 16: progettazione dell'interfaccia utente LCD TFT

Prima di tutto, dobbiamo progettare un'immagine di visualizzazione dell'interfaccia utente, che può essere progettata da PhotoShop o da altri strumenti di progettazione di immagini. Dopo aver progettato l'immagine di visualizzazione dell'interfaccia utente, salva l'immagine in formato JPG.

Apri il software STONE TOOL2019 e crea un nuovo progetto:

Passaggio 17: rimuovere l'immagine caricata per impostazione predefinita nel nuovo progetto e aggiungere l'immagine dell'interfaccia utente progettata

Passaggio 18: aggiungere il componente di visualizzazione del testo

Aggiungi il componente di visualizzazione del testo, progetta la cifra del display e il punto decimale, ottieni la posizione di archiviazione del componente di visualizzazione del testo nel visualizzatore.

L'effetto è il seguente:

Passaggio 19:

Indirizzo del componente del display di testo:

• Stato di connessione: 0x0008
• Frequenza cardiaca: 0x0001

Ossigeno nel sangue: 0x0005 I contenuti principali dell'interfaccia utente sono i seguenti:

• Stato della connessione
• Visualizzazione della frequenza cardiaca
• L'ossigeno nel sangue ha mostrato

Passaggio 20: generazione del file di configurazione

Una volta completata la progettazione dell'interfaccia utente, il file di configurazione può essere generato e scaricato sul display STVI070WT-01.

Innanzitutto, eseguire il passaggio 1, quindi inserire l'unità flash USB nel computer e verrà visualizzato il simbolo del disco. Quindi fare clic su "Scarica su u-disk" per scaricare il file di configurazione sull'unità flash USB, quindi inserire l'unità flash USB in STVI070WT-01 per completare l'aggiornamento.

Passaggio 21: MAX30100

MAX30100 comunica tramite IIC. Il suo principio di funzionamento è che il valore ADC della frequenza cardiaca può essere ottenuto tramite l'irradiazione del led a infrarossi. Il registro MAX30100 può essere suddiviso in cinque categorie: registro di stato, FIFO, registro di controllo, registro della temperatura e registro ID. Il registro della temperatura legge il valore della temperatura del chip per correggere la deviazione causata dalla temperatura. Il registro ID può leggere il numero ID del chip.

MAX30100 è collegato alla scheda di sviluppo Arduino Mini Pro tramite l'interfaccia di comunicazione IIC. Poiché ci sono file di libreria MAX30100 già pronti nell'IDE Arduino, possiamo leggere i dati della frequenza cardiaca e dell'ossigeno nel sangue senza studiare i registri di MAX30100. Per coloro che sono interessati ad esplorare il registro MAX30100, vedere la scheda tecnica MAX30100.

Passaggio 22: modificare il resistore di pull-up IIC MAX30100

Va notato che la resistenza di pull-up di 4.7k del pin IIC del modulo MAX30100 è collegata a 1.8v, il che non è un problema in teoria. Tuttavia, il livello logico di comunicazione del pin Arduino IIC è 5 V, quindi non può comunicare con Arduino senza modificare l'hardware del modulo MAX30100. La comunicazione diretta è possibile se l'MCU è STM32 o un altro MCU a livello logico 3.3v.

Pertanto, è necessario apportare le seguenti modifiche:

Rimuovere i tre resistori da 4,7k contrassegnati nell'immagine con un saldatore elettrico. Quindi saldare due resistori da 4,7k ai pin di SDA e SCL al VIN, in modo da poter comunicare con Arduino.

Passaggio 23: Arduino

Apri l'IDE Arduino e trova i seguenti pulsanti:

Passaggio 24: cercare "MAX30100" per trovare due librerie per MAX30100, quindi fare clic su Scarica e installa

Passaggio 25: dopo l'installazione, è possibile trovare la demo di MAX30100 nella cartella Libreria LIB di Arduino:

Passaggio 26: fare doppio clic sul file per aprirlo

Passaggio 27: il codice completo è il seguente:

Questa Demo può essere testata direttamente. Se la connessione hardware è ok, puoi scaricare la compilazione del codice nella scheda di sviluppo Arduibo e vedere i dati di MAX30100 nello strumento di debug seriale.

Il codice completo è il seguente:

/* Ossimetria Arduino-MAX30100 / libreria di sensori integrati per la frequenza cardiaca Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Questo programma è un software gratuito: è possibile ridistribuirlo e/o modificarlo secondo i termini della GNU General Public License come pubblicata dalla Free Software Foundation, la versione 3 della Licenza o (a tua scelta) qualsiasi versione successiva. Questo programma è distribuito nella speranza che possa essere utile, ma SENZA ALCUNA GARANZIA; senza nemmeno la garanzia implicita di COMMERCIABILITÀ o IDONEITÀ PER UN PARTICOLARE SCOPO. Vedere la GNU General Public License per maggiori dettagli. Dovresti aver ricevuto una copia della GNU General Public License insieme a questo programma. Se no, vedi. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 // PulseOximeter è l'interfaccia di livello superiore al sensore // offre: // * report di rilevamento del battito // * calcolo della frequenza cardiaca // * SpO2 (livello di ossidazione) calcolo Pulsossimetro pox; uint32_t tsLastReport = 0; // Richiamata (registrata di seguito) attivata quando viene rilevato un impulso void onBeatDetected() { Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); Serial.print("Inizializzazione pulsossimetro.."); // Inizializza l'istanza PulseOximeter // I guasti sono generalmente dovuti a un cablaggio I2C errato, alimentazione mancante // o chip target errato if (!pox.begin()) { Serial.println("FAILED"); per(;;); } else { Serial.println("SUCCESSO"); } // La corrente predefinita per il LED IR è 50 mA e può essere modificata // rimuovendo il commento dalla riga seguente. Controlla MAX30100_Registers.h per tutte le // opzioni disponibili. // pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Registra un callback per il rilevamento del battito pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Assicurati di chiamare update il più velocemente possibile pox.update(); // Scarica in modo asincrono la frequenza cardiaca e i livelli di ossidazione sul seriale // Per entrambi, un valore 0 significa "non valido" if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) { Serial.print("Heart rate:"); Serial.print(pox.getHeartRate()); Serial.print("bpm / SpO2:"); Serial.print(pox.getSpO2()); Serial.println("%"); tsLastReport = millis(); } }

Passaggio 28:

Questo codice è molto semplice, credo che tu possa capirlo a colpo d'occhio. Devo dire che la programmazione modulare di Arduino è molto comoda, e non ho nemmeno bisogno di capire come viene implementato il codice driver di Uart e IIC.

Ovviamente, il codice sopra è una Demo ufficiale e devo ancora apportare alcune modifiche per visualizzare i dati sul display di STONE.

Passaggio 29: visualizzare i dati su STONE Displayer tramite Arduino

Per prima cosa, dobbiamo ottenere l'indirizzo del componente che visualizza i dati della frequenza cardiaca e dell'ossigeno nel sangue nel visualizzatore di STONE:

Nel mio progetto, l'indirizzo è il seguente: Indirizzo del componente di visualizzazione della frequenza cardiaca: 0x0001 Indirizzo del modulo di visualizzazione dell'ossigeno nel sangue: 0x0005 Indirizzo dello stato di connessione del sensore: 0x0008 Se è necessario modificare il contenuto del display nello spazio corrispondente, è possibile modificare il contenuto del display inviando i dati al corrispondente indirizzo del display attraverso la porta seriale di Arduino.

Passaggio 30: il codice modificato è il seguente:

/* Ossimetria Arduino-MAX30100 / libreria di sensori integrati per la frequenza cardiaca Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Questo programma è un software gratuito: è possibile ridistribuirlo e/o modificarlo secondo i termini della GNU General Public License come pubblicata dalla Free Software Foundation, la versione 3 della Licenza o (a tua scelta) qualsiasi versione successiva. Questo programma è distribuito nella speranza che possa essere utile, ma SENZA ALCUNA GARANZIA; senza nemmeno la garanzia implicita di COMMERCIABILITÀ o IDONEITÀ PER UN PARTICOLARE SCOPO. Vedere la GNU General Public License per maggiori dettagli. Dovresti aver ricevuto una copia della GNU General Public License insieme a questo programma. Se no, vedi. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 #define Heart_dis_addr 0x01 #define Sop2_dis_addr 0x05 #define connect_sta_addr 0x08 unsigned char heart_rate_send[8]= {0xA5, 0x05, 0x 0x00}; unsigned char Sop2_send[8]= {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / Sop2_dis_addr, 0x00, 0x00}; unsigned char connect_sta_send[8]={0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / connect_sta_addr, 0x00, 0x00}; // PulseOximeter è l'interfaccia di livello superiore al sensore // offre: // * report di rilevamento del battito // * calcolo della frequenza cardiaca // * calcolo SpO2 (livello di ossidazione) PulseOximeter pox; uint32_t tsLastReport = 0; // Richiamata (registrata di seguito) attivata quando viene rilevato un impulso void onBeatDetected() { // Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); // Serial.print("Inizializzazione pulsossimetro.."); // Inizializza l'istanza PulseOximeter // I guasti sono generalmente dovuti a un cablaggio I2C errato, alimentazione mancante // o chip target errato if (!pox.begin()) { // Serial.println("FAILED"); // connect_sta_send[7]=0x00; // Serial.write(connect_sta_send, 8); per(;;); } else { connect_sta_send[7]=0x01; Serial.write(connect_sta_send, 8); // Serial.println("SUCCESSO"); } // La corrente predefinita per il LED IR è 50 mA e può essere modificata // rimuovendo il commento dalla riga seguente. Controlla MAX30100_Registers.h per tutte le // opzioni disponibili.pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Registra un callback per il rilevamento del battito pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Assicurati di chiamare update il più velocemente possibile pox.update(); // Scarica in modo asincrono la frequenza cardiaca e i livelli di ossidazione sul seriale // Per entrambi, un valore 0 significa "non valido" if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) { // Serial.print("Heart rate:"); // Serial.print(pox.getHeartRate()); // Serial.print("bpm / SpO2:"); // Serial.print(pox.getSpO2()); // Serial.println("%"); heart_rate_send[7]=(uint32_t)pox.getHeartRate(); Serial.write(heart_rate_send, 8); Sop2_send[7]=pox.getSpO2(); Serial.write(Sop2_send, 8); tsLastReport = millis(); } }

Passaggio 31: visualizzare la frequenza cardiaca sull'LCD con Arduino

Compila il codice, scaricalo sulla scheda di sviluppo Arduino e sei pronto per iniziare il test.

Possiamo vedere che quando le dita lasciano il MAX30100, la frequenza cardiaca e l'ossigeno nel sangue visualizzano 0. Posiziona il dito sul collettore MAX30100 per vedere la frequenza cardiaca e i livelli di ossigeno nel sangue in tempo reale.

L'effetto può essere visto nella seguente immagine: