使用Easy脉搏传感器和Arduino开发板制作心率脉搏计

风筝

在b本篇文章中，我们将使用HRM-2511-E Easy脉搏传感器和Arduino开发板制作自己的心率/BPM计，并检查光电体积描记（PPG）波形。市场上有许多低成本的脉搏传感器可用于制作脉搏BPM监测系统。我们已经在之前的帖子中讨论了一些脉搏传感器，例如简单脉搏传感器和MAX30100脉搏血氧计。但是在准确性和稳定性方面，传感器并不可靠。如果您移动或放错手指，传感器值波动很大，并且无法给出正确的读数。

这就是为什么我们需要使用一些好的脉冲传感器的原因。在我看来，最稳定和性能更好的脉搏传感器是基于HRM-2511-E的脉搏传感器，因为它带有外壳。Easy脉搏传感器HRM-2511-E是脉搏传感器的更好版本，与世界著名的脉搏传感器和MAX30100相比，它提供更准确和更好的结果。

在本文中，我们将连接Easy脉搏传感器、Arduino开发板和OLED显示屏。我们将使用一些Arduino示例代码在串口绘图仪上观察PPG波形。然后，我们将在0.96寸OLED显示屏上显示脉搏率或BPM值。如果您想使用 Arduino了解光电体积描（PPG），该传感器是非常好的选择。

所需的组件

●    Arduino Nano开发板

●    HRM-2511-E脉搏传感器

●    0.96寸I2C OLED显示屏

●    9V - 12V直流电源

●    连接跳线

●    面包板

Easy脉搏传感器

Easy脉搏传感器（Easy Pulse Sensor）是一款DIY脉搏传感器，专为业余爱好者和教育应用而设计。它用于说明光电容积描记术 (Photoplethysmography，PPG) 的原理。PPG 是一种非侵入性技术，用于检测来自指尖的心血管脉搏波形。 Easy Pulse Sensor使用传输模式PPG探头 (HRM-2511E) 传感器。

传感器使用红外光源照亮一侧的手指。在传感器的另一侧，有一个光电探测器，可以测量由于组织内血容量的变化而导致的透射光强度的微小变化。板载组件和仪器提供干净且经过过滤的模拟PPG波形。板载 LED 还指示数字脉冲输出。模拟和数字信号都与心跳同步。

Easy脉搏传感器的特点

●    稳定的PPG信号输出（使用Arduino生成Photoplethysmography PPG）

●    MCP6004基于运算放大器的仪器，具有轨到轨输出能力，可实现最大输出信号摆幅

●    独立的模拟和数字输出

●    模拟输出的电位器增益控制

●    数字输出的脉冲宽度控制

●    板载附加测试点，用于分析仪器不同阶段的信号

●    输出为+3.3V & +5V

●    易于将 Easy脉搏传感器与Arduino或任何其他微控制器连接

将Easy脉搏传感器与Arduino连接

现在让我们将Easy脉搏传感器与Arduino开发板连接起来。连接相当简单。您可以按照以下电路图进行操作。

将Easy脉搏传感器的5V引脚连接到Arduino的5V引脚，将GND连接到GND。将传感器输出引脚连接到Arduino的A0引脚。输出值为模拟型。您可以使用3.3V输出，也可以使用5V输出。将OLED显示屏的I2C引脚，即 SDA和SCL连接到Arduino的A4和A5引脚。您可以使用 3.3V 或 5V 为 OLED 显示器供电。最好使用 3.3V 电源为其供电。

将所有的组件连接起来，效果如下：

测试PPG信号代码

这是来自模拟示例代码的简单代码。 此示例代码将在1毫秒间隔后读取模拟输出值。 您可以修改代码以使其为10毫秒。 该波形类似于从Arduino代码和脉冲传感器输出生成的光电容积描记波。

复制代码并将其上传到Arduino Nano开发板。

1. void setup() {
   
2.   // initialize serial communication at 9600 bits per second:
   
3.   Serial.begin(9600);
   
4. }
   
5. 
   
6. // the loop routine runs over and over again forever:
   
7. void loop() {
   
8.   // read the input on analog pin 0:
   
9.   int sensorValue = analogRead(A0);
   
10.   // print out the value you read:
    
11.   Serial.println(sensorValue);
    
12.   delay(1);        // delay in between reads for stability
    
13. }

复制代码

上传代码后，从工具菜单中打开串口绘图仪。串口绘图仪将在屏幕上绘制光电体积描记 (PPG) 波形。

读取BPM值的代码

上面的代码读取模拟值并绘制图表。因此，从上面的代码中，我们可以根据脉冲计数计算BPM值。

要计算脉搏，我们必须确定应该将哪个脉搏计为节拍。为此，我们需要确定阈值。所以在本例中，我将使用 600 ADC 值作为上限阈值。因此，当ADC达到 600 以上时，脉冲将计为节拍。我还将指定500作为较低的阈值。这意味着当ADC值降至 0 时，节拍状态将为零。这将有助于再次计算节拍。

然后很容易计算节拍数。我将串口监视器上的每个节拍打印为最多15秒的数字。在60秒内，节拍将是4次，因此需要将节拍值乘以4。所以现在可以推导出BPM中的脉率。

复制以下代码并将其上传到Arduino开发板。

1. boolean countStatus;
   
2. int beat, bpm;
   
3. unsigned long millisBefore;
   
4. 
   
5. // the setup routine runs once when you press reset:
   
6. void setup()
   
7. {
   
8.   // initialize serial communication at 9600 bits per second:
   
9.   Serial.begin(9600);
   
10. }
    
11. 
    
12. // the loop routine runs over and over again forever:
    
13. void loop()
    
14. {
    
15.   // read the input on analog pin 0:
    
16.   int sensorValue = analogRead(A0);
    
17.   // print out the value you read:
    
18.   //Serial.println(sensorValue);
    
19.   if (countStatus == 0)
    
20.   {
    
21.     if (sensorValue > 600)
    
22.     {
    
23.       countStatus = 1;
    
24.       beat++;
    
25.       Serial.println("Beat Detected!");
    
26.       Serial.print("Beat : ");
    
27.       Serial.println(beat);
    
28.     }
    
29.   }
    
30.   else
    
31.   {
    
32.     if (sensorValue < 500)
    
33.     {
    
34.       countStatus = 0;
    
35.     }
    
36.   }
    
37.   if (millis() - millisBefore > 15000)
    
38.   {
    
39.     bpm = beat * 4;
    
40.     beat = 0;
    
41.     Serial.print("BPM : ");
    
42.     Serial.println(bpm);
    
43.     millisBefore = millis();
    
44.   }
    
45.   delay(1);        // delay in between reads for stability
    
46. }

复制代码

上传代码后，打开您的串口监视器。 串口监视器将显示节拍计数以及BPM值。

在OLED显示屏显示BPM值

为了让这个Arduino Easy脉搏传感器更有趣，您可以在OLED屏幕上显示BPM值。 您可以在每次心跳检测时为心脏图片制作动画。 这段代码的原作者是Miliohm网站。 您可以在此处关注原始文章。

此代码需要SSD1306驱动程序库和Adafruit GFX库。 下载库并添加到 Arduino 库文件夹。 ppg.rar (1.48 KB, 下载次数: 4)

2022-4-7 15:25 上传

点击文件名下载附件

代码上传到Arduino开发板后，OLED显示屏将开始显示一些值。当没有手指连接到传感器时，BPM值将为零。脉搏率或BPM值现在为零。 这是因为由于没有手指和血液泵送机制，脉搏传感器没有检测到任何转换。

当您将手指插入外壳时，脉搏传感器将开始读取节拍。 在此过程中，OLED将显示心脏动画以及脉搏计数。 但是，由于手指放置不当，某些读数可能不正确。

计算节拍15秒后，它将计算BPM值。 最后，最终的BPM将显示在OLED屏幕上。本文中，BPM值的范围是84到92。

以上就是如何使用Arduino和Easy脉搏传感器来读取BPM值和PPG值。