Comment afficher la fréquence cardiaque sur l'écran LCD STONE avec Ar: 31 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

courte introduction

Il y a quelque temps, j'ai trouvé un module de capteur de fréquence cardiaque MAX30100 en faisant des achats en ligne. Ce module peut collecter des données sur l'oxygène dans le sang et la fréquence cardiaque des utilisateurs, ce qui est également simple et pratique à utiliser. Selon les données, j'ai trouvé qu'il existe des bibliothèques de MAX30100 dans les fichiers de bibliothèque Arduino. C'est-à-dire que si j'utilise la communication entre Arduino et MAX30100, je peux appeler directement les fichiers de la bibliothèque Arduino sans avoir à réécrire les fichiers du pilote. C'est une bonne chose, j'ai donc acheté le module du MAX30100.

Étape 1: j'ai décidé d'utiliser Arduino pour vérifier la fonction de collecte de la fréquence cardiaque et de l'oxygène dans le sang du MAX30100

Remarque: ce module par défaut uniquement avec les communications MCU de niveau 3,3 V, car il utilise par défaut une résistance de traction de broche IIC de 4,7 K à 1,8 V, il n'y a donc pas de communication avec l'Arduino par défaut, si vous souhaitez communier avec l'Arduino et besoin de deux 4,7 K de la résistance pull-up de la broche IIC connectée à la broche VIN, ce contenu sera présenté à la fin du chapitre.

Étape 2: Affectations fonctionnelles

Avant de commencer ce projet, j'ai pensé à quelques fonctionnalités simples:

• Les données de fréquence cardiaque et les données d'oxygène dans le sang ont été recueillies
• Les données de fréquence cardiaque et d'oxygène dans le sang sont affichées sur un écran LCD

Ce sont les deux seules fonctionnalités, mais si nous voulons l'implémenter, nous devons réfléchir davantage:

• Quel MCU maître est utilisé ?
• Quel type d'écran LCD ?

Comme nous l'avons mentionné précédemment, nous utilisons Arduino pour le MCU, mais il s'agit d'un projet d'affichage LCD Arduino, nous devons donc choisir le module d'affichage LCD approprié. Je prévois d'utiliser l'écran LCD avec port série. J'ai un afficheur STONE STVI070WT-01 ici, mais si Arduino a besoin de communiquer avec lui, MAX3232 est nécessaire pour effectuer la conversion de niveau. Ensuite, les matériaux électroniques de base sont déterminés comme suit:

1. Carte de développement Arduino Mini Pro

2. Module de capteur de fréquence cardiaque et d'oxygène sanguin MAX30100

3. Module d'affichage du port série LCD STONE STVI070WT-01

4. Module MAX3232

Étape 3: Présentation du matériel

MAX30100

Le MAX30100 est une solution intégrée de capteur d'oxymétrie de pouls et de moniteur de fréquence cardiaque. Il combine deux LED, un photodétecteur, une optique optimisée et un traitement de signal analogique à faible bruit pour détecter les signaux d'oxymétrie de pouls et de fréquence cardiaque.

Le MAX30100 fonctionne à partir d'alimentations de 1,8 V et 3,3 V et peut être mis hors tension via un logiciel avec un courant de veille négligeable, permettant à l'alimentation de rester connectée à tout moment.

Étape 4: Candidatures

● Appareils portables

● Appareils d'assistance fitness

● Dispositifs de surveillance médicale

Étape 5: Avantages et fonctionnalités

1、La solution complète d'oxymètre de pouls et de capteur de fréquence cardiaque simplifie la conception

• LED intégrées, capteur photo et frontal analogique hautes performances
• Petit système optiquement amélioré à 14 broches de 5,6 mm x 2,8 mm x 1,2 mm

2, le fonctionnement à très faible consommation augmente la durée de vie de la batterie pour les appareils portables

• Taux d'échantillonnage et courant de LED programmables pour des économies d'énergie
• Courant d'arrêt ultra-faible (0,7 µA, typ)

3、La fonctionnalité avancée améliore les performances de mesure

• Un SNR élevé offre une résistance robuste aux artefacts de mouvement
• Annulation de la lumière ambiante intégrée
• Capacité de fréquence d'échantillonnage élevée
• Capacité de sortie de données rapide

Étape 6: Principe de détection

Appuyez simplement votre doigt contre le capteur pour estimer la saturation en oxygène du pouls (SpO2) et le pouls (équivalent au rythme cardiaque).

L'oxymètre de pouls (oxymètre) est un mini-spectromètre qui UTILISE les principes de différents spectres d'absorption des globules rouges pour analyser la saturation en oxygène du sang. Cette méthode de mesure en temps réel et rapide est également largement utilisée dans de nombreuses références cliniques. Je ne présenterai pas trop le MAX30100, car ces matériaux sont disponibles sur Internet. Les amis intéressés peuvent rechercher les informations de ce module de test de fréquence cardiaque sur Internet et mieux comprendre son principe de détection.

Étape 7: PIERRE STVI070WT-01

Présentation de l'afficheur

Dans ce projet, j'utiliserai STONE STVI070WT-01 pour afficher les données de fréquence cardiaque et d'oxygène dans le sang. La puce du pilote a été intégrée à l'écran d'affichage et il existe un logiciel à utiliser par les utilisateurs. Les utilisateurs n'ont qu'à ajouter des boutons, des zones de texte et d'autres logiques via les images d'interface utilisateur conçues, puis générer des fichiers de configuration et les télécharger sur l'écran d'affichage pour les exécuter. L'affichage du STVI070WT-01 communique avec le MCU via le signal uart-rs232, ce qui signifie que nous devons ajouter une puce MAX3232 pour convertir le signal RS232 en signal TTL, afin que nous puissions communiquer avec Arduino MCU.

Étape 8: Si vous ne savez pas comment utiliser le MAX3232, veuillez vous référer aux images suivantes:

Si vous pensez que la conversion de niveau est trop gênante, vous pouvez choisir d'autres types d'afficheurs de STONE, dont certains peuvent directement émettre un signal uart-ttl.

Le site officiel contient des informations détaillées et une introduction:

Étape 9: Si vous avez besoin de didacticiels vidéo et de didacticiels à utiliser, vous pouvez également les trouver sur le site officiel

Étape 10: Étapes de développement

Trois étapes de développement de l'écran d'affichage STONE:

• Concevez la logique d'affichage et la logique des boutons avec le logiciel STONE TOOL et téléchargez le fichier de conception sur le module d'affichage.
• Le MCU communique avec le module d'affichage LCD STONE via le port série.
• Avec les données obtenues à l'étape 2, le MCU effectue d'autres actions.

Étape 11: Installation du logiciel STONE TOOL

Téléchargez la dernière version du logiciel STONE TOOL (actuellement TOOL2019) à partir du site Web et installez-la.

Une fois le logiciel installé, l'interface suivante s'ouvrira:

Cliquez sur le bouton "Fichier" dans le coin supérieur gauche pour créer un nouveau projet, dont nous parlerons plus tard.

Étape 12: Arduino

Arduino est une plate-forme de prototype électronique open source facile à utiliser et facile à utiliser. Il comprend la partie matérielle (diverses cartes de développement conformes à la spécification Arduino) et la partie logicielle (Arduino IDE et kits de développement associés).

La partie matérielle (ou carte de développement) se compose d'un microcontrôleur (MCU), d'une mémoire Flash (Flash) et d'un ensemble d'interfaces d'entrée/sortie universelles (GPIO), que vous pouvez considérer comme une carte mère de micro-ordinateur. La partie logicielle est principalement composée d'Arduino IDE sur PC, d'un package de support au niveau de la carte (BSP) associé et d'une riche bibliothèque de fonctions tierces. Avec l'IDE Arduino, vous pouvez facilement télécharger le BSP associé à votre carte de développement et les bibliothèques dont vous avez besoin pour écrire vos programmes. Arduino est une plateforme open source. Jusqu'à présent, il existe de nombreux modèles et de nombreux contrôleurs dérivés, notamment Arduino Uno, Arduino Nano, ArduinoYun, etc. comme Intel Galileo et NodeMCU en introduisant BSP.

Arduino détecte l'environnement à travers une variété de capteurs, contrôlant les lumières, les moteurs et d'autres dispositifs pour renvoyer et influencer l'environnement. Le microcontrôleur sur la carte peut être programmé avec un langage de programmation Arduino, compilé en binaires et gravé dans le microcontrôleur. Programmation pour Arduino est implémenté avec le langage de programmation Arduino (basé sur le câblage) et l'environnement de développement Arduino (basé sur le traitement). Les projets basés sur Arduino peuvent contenir uniquement Arduino, ainsi qu'Arduino et d'autres logiciels s'exécutant sur PC, et ils communiquent avec chacun autre (comme Flash, Processing, MaxMSP).

Étape 13: Environnement de développement

L'environnement de développement Arduino est l'IDE Arduino, qui peut être téléchargé sur Internet.

Connectez-vous au site officiel d'Arduino et téléchargez le logiciel https://www.arduino.cc/en/Main/Software?setlang=c… Après avoir installé l'IDE Arduino, l'interface suivante apparaît lorsque vous ouvrez le logiciel:

L'IDE Arduino crée deux fonctions par défaut: la fonction de configuration et la fonction de boucle. Il existe de nombreuses introductions Arduino sur Internet. Si vous ne comprenez pas quelque chose, vous pouvez aller sur Internet pour le trouver.

Étape 14: Processus de mise en œuvre du projet Arduino LCD

connexion matérielle

Pour s'assurer que la prochaine étape d'écriture du code se passe bien, nous devons d'abord déterminer la fiabilité de la connexion matérielle.

Seulement quatre pièces de matériel ont été utilisées dans ce projet:

1. Carte de développement Arduino Mini pro

2. STONE STVI070WT-01 écran d'affichage tft-lcd

3. Capteur de fréquence cardiaque et d'oxygène sanguin MAX30100

4. MAX3232 (rs232-> TTL) La carte de développement Arduino Mini Pro et l'écran d'affichage TFT-LCD STVI070WT-01 sont connectés via UART, ce qui nécessite une conversion de niveau via MAX3232, puis la carte de développement Arduino Mini Pro et le module MAX30100 sont connectés via Interface IIC. Après avoir réfléchi clairement, nous pouvons dessiner l'image de câblage suivante:

Étape 15:

Assurez-vous qu'il n'y a pas d'erreurs dans la connexion matérielle et passez à l'étape suivante.

Étape 16: Conception de l'interface utilisateur TFT LCD

Tout d'abord, nous devons concevoir une image d'affichage d'interface utilisateur, qui peut être conçue par PhotoShop ou d'autres outils de conception d'images. Après avoir conçu l'image d'affichage de l'interface utilisateur, enregistrez l'image au format JPG.

Ouvrez le logiciel STONE TOOL2019 et créez un nouveau projet:

Étape 17: supprimez l'image chargée par défaut dans le nouveau projet et ajoutez l'image d'interface utilisateur que nous avons conçue

Étape 18: ajouter le composant d'affichage de texte

Ajoutez le composant d'affichage de texte, concevez le chiffre d'affichage et la virgule décimale, obtenez l'emplacement de stockage du composant d'affichage de texte dans l'afficheur.

L'effet est le suivant:

Étape 19:

Adresse du composant d'affichage de texte:

• Station de connexion: 0x0008
• Fréquence cardiaque: 0x0001

Oxygène sanguin: 0x0005 Le contenu principal de l'interface utilisateur est le suivant:

• Statut de connexion
• Affichage de la fréquence cardiaque
• L'oxygène du sang a montré

Étape 20: Générer le fichier de configuration

Une fois la conception de l'interface utilisateur terminée, le fichier de configuration peut être généré et téléchargé sur l'écran STVI070WT-01.

Tout d'abord, effectuez l'étape 1, puis insérez la clé USB dans l'ordinateur et le symbole du disque s'affichera. Cliquez ensuite sur "Télécharger sur u-disk" pour télécharger le fichier de configuration sur le lecteur flash USB, puis insérez le lecteur flash USB dans STVI070WT-01 pour terminer la mise à niveau.

Étape 21: MAX30100

Le MAX30100 communique via IIC. Son principe de fonctionnement est que la valeur ADC de la fréquence cardiaque peut être obtenue par irradiation à LED infrarouge. Le registre MAX30100 peut être divisé en cinq catégories: registre d'état, FIFO, registre de contrôle, registre de température et registre d'identification. Le registre de température lit la valeur de température de la puce pour corriger l'écart causé par la température. Le registre d'identification peut lire le numéro d'identification de la puce.

Le MAX30100 est connecté à la carte de développement Arduino Mini Pro via l'interface de communication IIC. Comme il existe des fichiers de bibliothèque MAX30100 prêts à l'emploi dans l'IDE Arduino, nous pouvons lire les données de fréquence cardiaque et d'oxygène dans le sang sans étudier les registres du MAX30100. Pour ceux qui souhaitent explorer le registre MAX30100, consultez la fiche technique MAX30100.

Étape 22: Modifier la résistance de rappel du MAX30100 IIC

Il convient de noter que la résistance de pull-up de 4,7k de la broche IIC du module MAX30100 est connectée à 1,8v, ce qui n'est pas un problème en théorie. Cependant, le niveau logique de communication de la broche Arduino IIC est de 5V, il ne peut donc pas communiquer avec Arduino sans changer le matériel du module MAX30100. La communication directe est possible si le MCU est STM32 ou un autre MCU de niveau logique 3.3v.

Par conséquent, les modifications suivantes doivent être apportées:

Retirez les trois résistances de 4,7k marquées sur la photo avec un fer à souder électrique. Puis soudez deux résistances de 4,7k aux broches de SDA et SCL à VIN, afin que nous puissions communiquer avec Arduino.

Étape 23: Arduino

Ouvrez l'IDE Arduino et recherchez les boutons suivants:

Étape 24: Recherchez « MAX30100 » pour trouver deux bibliothèques pour MAX30100, puis cliquez sur Télécharger et installer

Étape 25: Après l'installation, vous pouvez trouver la démo du MAX30100 dans le dossier de la bibliothèque LIB d'Arduino:

Étape 26: Double-cliquez sur le fichier pour l'ouvrir

Étape 27: Le code complet est le suivant:

Cette démo peut être directement testée. Si la connexion matérielle est correcte, vous pouvez télécharger la compilation de code dans la carte de développement Arduibo et voir les données du MAX30100 dans l'outil de débogage série.

Le code complet est le suivant:

/* Bibliothèque de capteurs intégrés d'oxymétrie / fréquence cardiaque Arduino-MAX30100 Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Ce programme est un logiciel libre: vous pouvez le redistribuer et/ou le modifier selon les termes de la licence publique générale GNU telle que publiée par la Free Software Foundation, soit la version 3 de la Licence, soit (à votre choix) toute version ultérieure. Ce programme est distribué dans l'espoir qu'il sera utile, mais SANS AUCUNE GARANTIE; sans même la garantie implicite de QUALITÉ MARCHANDE ou D'ADAPTATION À UN USAGE PARTICULIER. Voir la licence publique générale GNU pour plus de détails. Vous devriez avoir reçu une copie de la licence publique générale GNU avec ce programme. Sinon, voir. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 // PulseOximeter est l'interface de niveau supérieur avec le capteur // il offre: // * rapport de détection de battements // * calcul de la fréquence cardiaque // * SpO2 (niveau d'oxydation) calcul de la variole de l'oxymètre de pouls; uint32_t tsLastReport = 0; // Rappel (enregistré ci-dessous) déclenché lorsqu'une impulsion est détectée void onBeatDetected() { Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); Serial.print("Initialisation de l'oxymètre de pouls.."); // Initialiser l'instance PulseOximeter // Les échecs sont généralement dus à un mauvais câblage I2C, à une alimentation manquante // ou à une mauvaise puce cible if (!pox.begin()) { Serial.println("FAILED"); pour(;;); } else { Serial.println("SUCCESS"); } // Le courant par défaut pour la LED IR est de 50 mA et il peut être modifié // en décommentant la ligne suivante. Vérifiez MAX30100_Registers.h pour toutes les // options disponibles. // pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Enregistrer un rappel pour la détection de battement pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Assurez-vous d'appeler update aussi vite que possible pox.update(); // Vider de manière asynchrone les niveaux de fréquence cardiaque et d'oxydation vers la série // Pour les deux, une valeur de 0 signifie "invalide" 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(); } }

Étape 28:

Ce code est très simple, je crois que vous pouvez le comprendre en un coup d'œil. Je dois dire que la programmation modulaire d'Arduino est très pratique et que je n'ai même pas besoin de comprendre comment le code du pilote d'Uart et d'IIC est implémenté.

Bien sûr, le code ci-dessus est une démo officielle, et je dois encore apporter quelques modifications pour afficher les données sur l'afficheur de STONE.

Étape 29: Afficher les données sur le STONE Displayer via Arduino

Tout d'abord, nous devons obtenir l'adresse du composant qui affiche les données de fréquence cardiaque et d'oxygène dans le sang dans l'afficheur de STONE:

Dans mon projet, l'adresse est la suivante: Adresse du composant d'affichage de la fréquence cardiaque: 0x0001 Adresse du module d'affichage de l'oxygène dans le sang: 0x0005 Adresse d'état de la connexion du capteur: 0x0008 Si vous devez modifier le contenu de l'affichage dans l'espace correspondant, vous pouvez modifier le contenu de l'affichage en envoyant des données à l'adresse correspondante de l'écran d'affichage via le port série d'Arduino.

Étape 30: Le code modifié est le suivant:

/* Bibliothèque de capteurs intégrés d'oxymétrie / fréquence cardiaque Arduino-MAX30100 Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Ce programme est un logiciel libre: vous pouvez le redistribuer et/ou le modifier selon les termes de la licence publique générale GNU telle que publiée par la Free Software Foundation, soit la version 3 de la Licence, soit (à votre choix) toute version ultérieure. Ce programme est distribué dans l'espoir qu'il sera utile, mais SANS AUCUNE GARANTIE; sans même la garantie implicite de QUALITÉ MARCHANDE ou D'ADAPTATION À UN USAGE PARTICULIER. Voir la licence publique générale GNU pour plus de détails. Vous devriez avoir reçu une copie de la licence publique générale GNU avec ce programme. Sinon, voir. */ #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 caractère non signé heart_rate_send[8]= {0xA5, 082, 05x5A,00, 0x00}; caractère non signé Sop2_send[8]= {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / Sop2_dis_addr, 0x00, 0x00}; caractère non signé connect_sta_send[8]={0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / connect_sta_addr, 0x00, 0x00}; // PulseOximeter est l'interface de niveau supérieur avec le capteur // il offre: // * rapport de détection de battements // * calcul de la fréquence cardiaque // * calcul de SpO2 (niveau d'oxydation) PulseOximeter pox; uint32_t tsLastReport = 0; // Rappel (enregistré ci-dessous) déclenché lorsqu'une impulsion est détectée void onBeatDetected() { // Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); // Serial.print("Initialisation de l'oxymètre de pouls.."); // Initialiser l'instance PulseOximeter // Les échecs sont généralement dus à un câblage I2C incorrect, à une alimentation manquante // ou à une puce cible incorrecte if (!pox.begin()) { // Serial.println("FAILED"); // connect_sta_send[7]=0x00; // Serial.write(connect_sta_send, 8); pour(;;); } else { connect_sta_send[7]=0x01; Serial.write(connect_sta_send, 8); // Serial.println("SUCCESS"); } // Le courant par défaut pour la LED IR est de 50 mA et il peut être modifié // en décommentant la ligne suivante. Vérifiez MAX30100_Registers.h pour toutes les // options disponibles.pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Enregistrer un rappel pour la détection de battement pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Assurez-vous d'appeler update aussi vite que possible pox.update(); // Vider de manière asynchrone la fréquence cardiaque et les niveaux d'oxydation vers la série // Pour les deux, une valeur de 0 signifie "invalide" 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(); } }

Étape 31: Afficher la fréquence cardiaque sur l'écran LCD avec Arduino

Compilez le code, téléchargez-le sur la carte de développement Arduino et vous êtes prêt à commencer les tests.

Nous pouvons voir que lorsque les doigts quittent le MAX30100, la fréquence cardiaque et l'oxygène dans le sang affichent 0. Placez votre doigt sur le collecteur du MAX30100 pour voir votre fréquence cardiaque et votre taux d'oxygène dans le sang en temps réel.

L'effet peut être vu dans l'image suivante: