心率监测器（可穿戴和无线使用 ECG）

必要的工具和机器

烙铁（通用）

关于这个项目

这是我的心脏监测项目的第二次迭代，前一个是在胸部显示心跳，并通过电线连接到 uECG。这看起来很酷，但根本不实用——你看不清当前到底有多少 LED 亮着，它超出了你的正常视野，并且将它连接到 uECG 设备的电线会给传感器本身带来很多问题，所以运行的时候基本是不行的。

这个版本解决了所有这些问题：它是戴在手腕上的，所以你可以在注视路面的同时看到它，而且它是无线的，所以读数不会失真，它真的适合跑步，让你跟踪心脏负荷。

1. 组件

与之前的项目一样，所有繁重的工作都由 uECG 完成 - 它测量数据并计算板载 BPM。而且，当它切换到直接链接模式时，它会通过与通用 nRF24 芯片兼容的无线电协议发送所有这些信息（连同高分辨率 ECG 数据，我们在这里没有使用）。所以第二个关键组件是 nRF24 模块。而且 Arduino Nano 的尺寸正好适合放在一个小的 LED 环下面，所以我将它用作控制器（但实际上任何东西在这里都可以正常工作）。

2. 原理图

连接 nRF24 模块并不简单，您必须连接所有 SPI 线（MISO、MOSI、SCK、CS）、芯片使能线和电源。如果你想要一个相当小的尺寸 - 必须移除所有排针，并将电线直接焊接到焊盘上。所以单独连接nRF需要7根线，14个焊点。好消息是，其他一切都很简单：LED 环需要 1 根数据线和 2 根电源线，另外 2 根电源线进入电池连接器。

接线清单如下：
nRF24 pin 1 (GND) - Arduino的GND
nRF24 pin 2 (Vcc) - Arduino的3.3v
nRF24 pin 3 (Chip Enable) - Arduino的D9
nRF24 pin 4 (SPI:CS) - Arduino's D8
nRF24 pin 5 (SPI:SCK) - Arduino's D13
nRF24 pin 6 (SPI:MOSI) - Arduino's D11
nRF24 pin 7 ( SPI:MISO) - Arduino 的 D12
LED 环电源 - Arduino 的 5V
LED 环 GND - Arduino 的 GND
LED 环 DI - Arduino 的 D5
电池正极（红色） - Arduino 的 5V
电池负极（黑色）- Arduino的GND
（注意电池需要连接器，所以它可以断开和充电）

重要提示：您不能将 MOSI、MISO、SCK 线连接到任何其他 Arduino 引脚。 SPI 硬件位于 D11、D12、D13 上，如果没有连接到那里就无法工作。所有其他引脚都可以更改（如果您在程序中进行相应更改）。

3.程序

这里唯一复杂的软件是射频通道配置。在我意识到 uECG 和 nRF24 对管道地址使用不同的位顺序之前，我花了很长时间试图让它工作。当我解决这个问题时，一切都立即开始工作:) 基本上我们只是读取传入的数据包，使用它们的第 5 个字节作为 BPM，并对其进行过滤（RF 通道是嘈杂的，所以你时不时会得到随机值而不是正确的读数，并且出于兼容性原因禁用硬件 CRC）。之后，将 BPM 转换为颜色和活动像素数，就是这样。

#include 
#ifdef __AVR__
#include 
#endif
#include  
#include 
#include 
#include 
int rf_cen =9; //nRF24芯片使能引脚
int rf_cs =8; //nRF24 CS pin
RF24 rf(rf_cen, rf_cs);
//管道地址 - uECG 侧硬编码
uint8_t pipe_rx[8] ={0x0E, 0xE6, 0x0D, 0xA7, 0 , 0, 0, 0};
// Arduino 上的哪个引脚连接到 NeoPixels？
#define PIN 5
// Arduino 连接了多少个 NeoPixels？
#define NUMPIXELS 16
Adafruit_NeoPixel pixel =Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
uint8_t swapbits(uint8_t a){ //uECG 管道地址使用交换位顺序
反转单个字节中的位顺序
uint8_t v =0;
if(a &0x80) v |=0x01;
if(a &0x40) v |=0x02;
if(a &0x20) v |=0x04;
if(a &0x10) v |=0x08;
if(a &0x08) v |=0x10;
if(a &0x04) v |=0x20;
if(a &0x02) v |=0x40;
if(a &0x01) v |=0x80;
return v;
}
void setup() {
pixels.begin(); // 这将初始化 NeoPixel 库。
for(int i=0;ipixels.setPixelColor(i, pixel.Color(1,1,1));
}
pixels.show();
//nRF24 需要相对较慢的 SPI，可能也可以在 2MHz 下工作
SPI.begin();
SPI.setBitOrder(MSBFIRST );
SPI.beginTransaction(SPISettings(1000000, MSBFIRST, SPI_MODE0));
for(int x =0; x <8; x++) //nRF24 和 uECG 的管道地址位顺序不同
pipe_rx[x] =swapbits(pipe_rx[x]);
//配置无线参数
rf.begin();
rf.setDataRate(RF24_1MBPS);
 rf.setAddressWidth(4);
rf.setChannel(22);
rf.setRetries(0, 0);
rf.setAutoAck(0);
rf.disableDynamicPayloads( );
rf.setPayloadSize(32);
rf.openReadingPipe(0, pipe_rx);
rf.setCRCLength(RF24_CRC_DISABLED);
rf.disableCRC();
rf.startListening(); //监听uECG数据
//注意uECG应该切换到原始数据模式（通过长按按钮）
//为了发送兼容的数据包，默认以BLE模式发送数据
//不能被nRF24接收
}
long last_pix_upd =0;
byte in_pack[32];
int rf_bpm =0;
int bpm_hist [5]; //由于我们禁用了CRC，需要过滤传入的数据
void loop()
{
if(rf.available())
{
rf.read( in_pack, 32);
int bb =in_pack[5]; //BPM位于数据包的第5个字节
//详细的数据包结构在uECG docs
//由于兼容性原因我们没有CRC，我们需要过滤
//传入数据，无线电信道可能有噪音。我们比较最后5个
//接收到的BPM值，只有当所有5个都相同时才使用一个。
//由于uECG每秒发送大约100个数据包，因此不会导致
//显示数据的任何明显延迟
for(int n =0; n <5-1; n++) //将 bpm 历史数组移动 1
bpm_hist[n] =bpm_hist[n+1];
bpm_hist[4] =bb; //添加新的bpm值
for(int n =0; n <5; n++) //检查是否都相等
if(bpm_hist[n] !=bb) bb =-1;
if(bb> 0) //如果是 - 将其存储为新收到的 BPM
rf_bpm =bb;
}
long ms =millis();
if( ms - last_pix_upd> 10) //不要经常更新像素
{
int r, g, b;
last_pix_upd =ms;
int bpm =rf_bpm;
 int max_bright =160; //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 =25; //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; }
int on_pixels =(bpm-80)/8; //因为它是用来跑步的，我不会
//显示任何低于 80 BPM 的东西，这样它在
//高负载区域更敏感
for(int i=0;i{
//像素从最后到第一个设置，没有特殊原因，
//如果从第一个到最后一个设置，效果会一样好
if(i else pixel.setPixelColor(NUMPIXELS-i-1, pixel.Color(0, 0,0)); //关闭所有其他 LED
}
pixels.show();
}
} 

4. 腕带组装

当所有电线都焊接好后，程序就会闪烁，并且您确认收到了 uECG 数据 - 是时候把它们放在一起了。

我选择了一种非常简单的方法将它们固定在一起 - 热胶。由于零件本身已经几乎适合（纳米适合外圈尺寸，nRF24 模块适合内圈尺寸和电池，虽然不适合任何零件，但不知何故并没有太大影响 - 不确定它是如何工作的，但我只是粘上了它在那里，不知何故真的没问题:)然后我将它缝到手头的一些随机腕带上（焊台包装的剩余物，用于焊接时接地的腕带），就是这样！

5. 测试

为了测试，我跑了一次，它运行得很好，除了一个惊喜。我使用了这样的设置，即在 192 BPM 时所有 LED 都亮起，因为根据所有建议，这样的心率对于我的参数来说太高了。令人惊讶的是，我在短短几分钟内就超过了它，甚至没有注意到这一点。我什至认为这可能是传感器错误，但不是 - 当我停下来时，它并没有立即下降，而是缓慢放松（当没有太多运动时，传感器是 100% 可靠的）。所以事实证明，有一段时间我的训练远高于我的健康阈值（至少对于我这个年龄/体重的标准成年人来说应该是健康的）。有趣的是：我从小就很喜欢（业余）运动，但我十几岁时就有心脏问题，而且随着时间的推移它们似乎消失了。但我从经验中知道，任何比快速步行更高的负荷对我来说都非常困难，但我一直在训练——随着时间的推移，这增加了我的极限，以至于现在我认为自己非常适合。现在我有一个问题 - 我的 BPM 是否只是由于青春期的心脏问题而高于正常水平，或者我真的在没有意识到这一点的情况下用力过猛？无论如何，我必须对它做些什么 - 要么增加监视器上的最大 BPM，要么减少训练强度。 :)

附言令人惊讶的是，uECG 作为 EMG 传感器的表现非常好——你可以在我的机器人手控制项目中阅读它

代码

• bpm_watch.ino

bpm_watch.inoArduino

#include #ifdef __AVR__ #include #endif#include #include #include #include int rf_cen =9; //nRF24 芯片使能 pinint rf_cs =8; //nRF24 CS pinRF24 rf(rf_cen, rf_cs);//管道地址-硬编码在uECG sideuint8_t pipe_rx[8] ={0x0E, 0xE6, 0x0D, 0xA7, 0, 0, 0, 0};// Arduino 连接到 NeoPixels？#define PIN 5// 有多少 NeoPixels 连接到 Arduino？#define NUMPIXELS 16Adafruit_NeoPixel pixel =Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);uint8_t swapbits (uint8_ECG)地址使用交换位顺序 // 反转单个字节中的位顺序 uint8_t v =0; if(a &0x80) v |=0x01; if(a &0x40) v |=0x02; if(a &0x20) v |=0x04; if(a &0x10) v |=0x08; if(a &0x08) v |=0x10; if(a &0x04) v |=0x20; if(a &0x02) v |=0x40; if(a &0x01) v |=0x80;返回 v;}void setup() { pixel.begin(); // 这将初始化 NeoPixel 库。 for(int i=0;i 0) //如果是 - 将其存储为新收到的 BPM rf_bpm =bb;长毫秒 =毫秒（）； if(ms - last_pix_upd> 10) //不要太频繁地更新像素{ int r, g, b; last_pix_upd =毫秒； int bpm =rf_bpm; int max_bright =160; //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 =25; //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

没有文件。