Arduino UNO 驱动 OLED 实时显示 ECG 心电波形

组件与物料

项目介绍

作者编写了 uECG Arduino 库，大幅简化从 uECG 设备获取数据的流程。配合 RF24 库与 Adafruit SSD1306 库，可在 OLED 上实时绘制心电波形并显示 BPM、RR 间期、步数、电量等参数。

接线原理图

• nRF24 接 SPI 总线 (D13/D12/D11) + CS(D10) + CE(D9)，供电 3.3V。
• OLED 接 I2C (A4/A5)，供电 5V。

核心代码逻辑

#include <uECG.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

int rf_cen = 9, rf_cs = 10;
uint8_t ecg_screen[128];
float ecg_avg = 0, ecg_max = 1, ecg_min = -1;
int ecg_size = 40;
uint32_t prev_data_count = 0, prev_displ = 0;
int displ_phase = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay(); display.display();
  uECG.begin(rf_cs, rf_cen);
}

void loop() {
  uECG.run(); // 必须高频调用，防止丢包
  uint32_t data_count = uECG.getDataCount();
  int new_data = data_count - prev_data_count;
  prev_data_count = data_count;

  if (new_data > 0) {
    int16_t ecg_data[8];
    uECG.getECG(ecg_data, new_data);
    // 滚动缓冲区并归一化映射到屏幕坐标
    for (int x = 0; x < new_data; x++) {
      ecg_avg = ecg_avg * 0.99 + 0.01 * ecg_data[x];
      ecg_max = ecg_max * 0.995 + ecg_avg * 0.005;
      ecg_min = ecg_min * 0.995 + ecg_avg * 0.005;
      ecg_max = max(ecg_max, ecg_data[x]);
      ecg_min = min(ecg_min, ecg_data[x]);
      int ecg_y = 63 - ecg_size * (ecg_data[x] - ecg_min) / (ecg_max - ecg_min + 1);
      ecg_screen[127 - new_data + x] = ecg_y;
    }
  }

  // 分相位绘制：参数区、波形前半、波形后半、刷屏，每 30ms 一个相位
  if (millis() - prev_displ > 30) {
    prev_displ = millis();
    if (displ_phase == 0) { // 显示 BPM、RR、步数、电池
      display.clearDisplay();
      display.setCursor(0,0);
      display.print("BPM: "); display.println(uECG.getBPM());
      display.print("RR: "); display.println(uECG.getLastRR());
      display.print("steps: "); display.print(uECG.getSteps());
      // 电池图标绘制省略
    }
    else if (displ_phase == 1) { // 波形前半段
      for (int x = 1; x < 64; x++)
        display.drawLine(x-1, ecg_screen[x-1], x, ecg_screen[x], WHITE);
    }
    else if (displ_phase == 2) { // 波形后半段
      for (int x = 64; x < 127; x++)
        display.drawLine(x-1, ecg_screen[x-1], x, ecg_screen[x], WHITE);
    }
    else if (displ_phase == 3) display.display();
    displ_phase = (displ_phase + 1) % 4;
  }
}

数据处理

uECG 设备板载计算 BPM、GSR、HRV 等参数，也可获取原始 ECG 数据 (偶尔丢包但可用)。库示例中包含串口打印与 OLED 显示两种模式。

代码库

GitHub: uECG_library (含 OLED 与串口示例)