使用心电图的心跳指示器

必要的工具和机器

烙铁（通用）

关于这个项目

多年来，我只是想用 LED 做一些能随着我的心跳而闪烁的东西（不仅在我完全静止的时候，而且还在这里和那里跳过一个节拍）。结果出乎意料地困难，我尝试了多年，但都失败了。但现在不行了！

实际上，所有繁重的工作都是由 uECG 完成的——一个小型的可穿戴式心电图设备，它是开源的，并且有一个 Arduino 友好的输出引脚（该引脚随着每次心跳变高/变低）。处理这些引脚状态比处理 ECG 信号要容易得多，我已经尝试充分利用它。
UPD：您可能想检查这个项目的第二次迭代，它通过无线电链接接收数据。

1.原理图
由于我们这里只处理数字信号，所以非常简单。但作为可穿戴设备，如果大多数连接都是焊接的，它会更可靠（而且更小）——为了快速测试，它没有必要，但如果你要在一些繁重的活动中佩戴它，我强烈建议你这样做。
原理图如下所示：

• LED 环的 DI 引脚连接到引脚 D11（可在代码中配置）
• uECG 设备的 DRV 引脚转到引脚 D3（也可配置）
• 电池的 + 连接到 Arduino 5V 和 LED 环形 5V 输入
• 电池 - 连接到 Arduino GND、环形 GND 和 uECG 的 GND

我直接使用 LiPo 电池作为 5V 输入 - 没有错误，如果你将它连接到 Vin - 它不会可靠地工作（Vin 上的电压调节器会引入电压降，我们在这里绝对买不起）。问题是，只要输入电压不低于 3.4 伏，Arduino 就是稳定的。锂聚合物电池在充满电时的电压为 4.2 伏，只有在剩余电量低于 15% 时才会达到 3.4 伏。因此，使用任何大于 ~200 mAh 的电池，您都可以获得不错的运行时间。除此之外，请记住电池应该通过一些连接器连接:) 因为你想把它从原理图上断开并偶尔充电。

2.代码
该程序以简单的方式工作：它不断读取 D3 引脚，并在检测到变化时 - 将该变化的时间推送到 20 个元素的数组中。第一个和最后一个元素之间的差异除以 20，就是每节拍的平均时间（以毫秒为单位）。因此，将 1 分钟（60000 毫秒）除以该数字即可得出 BPM 值。您可以调整数组中的元素数量。较少数量的元素会导致更快的响应，但不太稳定的结果（节拍检测中的任何问题都会导致计算的 BPM 出现大幅跳跃）。元素个数越多，数据越稳定，但BPM变化快时响应速度越慢。

然后 BPM 被映射成颜色（当 BPM 从低到高时，蓝色->绿色->黄色->粉红色->红色），并映射到 LED 数量：80 BPM 八段亮，110 - 11 段等等（代码中也可以调整比例）。

#include 
#ifdef __AVR__
#include 
#endif
// LED 环的 DI 引脚
#define PIN 11
// 环中的像素数
#define NUMPIXELS 16
// 用于连接 uECG 的输入引脚
int in_pin =3;
Adafruit_NeoPixel 像素 =Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
void setup() {
pixels.begin(); // 这将初始化 NeoPixel 库。
pinMode(in_pin, INPUT); //设置引脚为输入模式
digitalWrite(in_pin, 1); //启用PULLUP：这很关键，uECG没有内部上拉
}
//我们存储最后20个心跳以平均BPM
//具有更高的值，它会变得更可靠，
//但是当 BPM 变化时，需要更多时间才能看到输出变化
#define BEAT_HIST 20
long beats[BEAT_HIST];
void push_beat(long ms) //移动数组中的所有节拍并插入当前一个
{
for(int x =0; x {
beats[x] =beats[x+1];
}
beats[BEAT_HIST-1] =ms;
}
int get_bpm() //使用第一个和最后一个节拍之间的时间差
{
long dt =beats[BEAT_HIST-1] - beats[0];
long bpm =BEAT_HIST * 60000 / dt;
return bpm;
}
long last_pix_upd =0; //跟踪我们上次更新像素的时间
int prev_in_state =0; //输入引脚的先前状态：我们只想处理状态的变化
void loop()
{
long ms =millis();
int in_state =digitalRead(in_pin ); //1 当未检测到节拍时，节拍为 0
if(in_state ==1 &&prev_in_state ==0) //仅对变化做出反应
{
push_beat(ms);
}
prev_in_state =in_state;
if(ms - last_pix_upd> 10) //不要经常更新像素
{
int r, g, b;
last_pix_upd =ms;
int bpm =get_bpm();
int max_bright =120; //最大亮度的值，最大值为 255。但您并不总是希望它达到最大值 :)
float dd =20; //不同色调之间的 BPM 变化（蓝色->绿色->黄色->粉色->红色）
float t1 =90, t2, t3, t4; //t1 - "base" BPM, 低于 t1 为蓝色
t2 =t1 + dd;
t3 =t2 + dd;
t4 =t3 + dd;
/ /改变颜色的代码取决于我们现在所处的 t1...t4 范围
if(bpm else if(bpm else if(bpm else if(bpm else {r =max_bright;克 =0;乙 =0; }
if(in_state) //当不在节拍时，1/4强度，所以只突出显示节拍
{
r *=0.25;
g *=0.25;
b *=0.25;
}
int on_pixels =(bpm+5)/10; //使用的 LED 数量：对于 60 BPM，6 个 LED 将亮起，对于 120 - 12 等
for(int i=0;i{
if( i else pixel.setPixelColor(i, pixel.Color(0,0,0)); //关闭所有其他LED
}
pixels.show();
}
} 

3.作为可穿戴设备组装
将 Arduino 放入环内很方便 - 它几乎完美匹配尺寸。电池也适合附近。不要忘记 uECG 是放在胸前的——所以你需要一根带连接器的电线，首先你把它放好，然后你穿上带有其他组件的衬衫，然后插入连接器。否则戴上真的很不方便——相信我，我试过))

基本上就是这样 - 如果一切正常，在您插入所有连接器后 30 秒内，它将开始闪烁并指示 BPM。

4.现场测试
我在步行和跑步时对其进行了测试 - 发现在跑步过程中，电池会在 ECG 传感器上方反弹，从而导致读数失真。当我稍微移动它时，结果发现连接 uECG 和 Arduino 的电线太短，每一步都会拉动 ECG 传感器，再次扭曲读数。总的来说，我只有在走路和站立时才能得到可靠的节拍，而不是跑步——但我想我会改进这一点。传感器本身，当我将它与不同的衬衫搭配使用时，在跑步过程中也能正确显示 BPM（通过其应用程序检查）。

此外，事实证明，胸部上的 LED 可能看起来很酷，但实际上毫无用处。低头看脉搏真的很不方便。我想在下一次迭代中，我会制作某种可以指示节拍的腕带。

附言如果你对 uECG 项目感兴趣 - 你可以查看它的 hackaday 页面，有很多技术细节、PCB 设计、讨论和项目日志

代码

• uECG_pixel_ring.ino

uECG_pixel_ring.inoArduino

#include #ifdef __AVR__ #include #endif// LED 环的 DI 引脚#define PIN 11// 环中的像素数#define NUMPIXELS 16// 输入用于连接 uECGint in_pin =3 的引脚； Adafruit_NeoPixel 像素 =Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);void setup() { pixel.begin(); // 这将初始化 NeoPixel 库。 pinMode（in_pin，输入）； //将引脚设置为输入模式 digitalWrite(in_pin, 1); //启用PULLUP：这很关键，uECG没有内部上拉}//我们存储最后20个心跳来平均它们的BPM//值越高，它会变得更可靠，//但需要更多BPM 变化时观察输出变化的时间#define BEAT_HIST 20long beats[BEAT_HIST];void push_beat(long ms) //移动数组中的所有节拍并插入当前节拍{ for(int x =0; x  10) //不要太频繁地更新像素{ int r, g, b; last_pix_upd =毫秒； int bpm =get_bpm(); int max_bright =120; //最大亮度的值，最大值为 255。但您并不总是希望它达到最大值 :) float dd =20; //色调之间的BPM变化（蓝色->绿色->黄色->粉色->红色） float t1 =90, t2, t3, t4; //t1 - "base" BPM, 低于 t1 将是蓝色 t2 =t1 + dd; t3 =t2 + dd； t4 =t3 + dd； //改变颜色的代码取决于我们现在所处的 t1...t4 范围 if(bpm  

示意图