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无线 ECG 心率监测腕表:Arduino Nano + nRF24L01 + uECG 可穿戴方案

核心硬件

模块型号/规格作用
uECG 设备专用 ECG 前端胸部贴片,板载 ECG 采集+BPM 计算+nRF24 发射
Arduino Nano R3ATmega328P腕端接收、显示控制
nRF24L01+ 模块普通/带 PA LNA 均可2.4GHz 接收 uECG 数据包
WS2812B RGB LED 环16 颗 (5050 封装)心率可视化:颜色/亮度/点亮数表示 BPM
LiPo 电池200mAh+腕端供电,需充电保护板

为何选择 uECG + 无线腕显?

传统胸带心率带需有线连接显示单元,跑步时线缆摆动干扰 ECG 信号,且胸前显示不在视野内。本方案:

硬件接线 (极简 12 线)

nRF24 → Arduino Nano:
GND  → GND
VCC  → 3.3V (严禁 5V!)
CE   → D9
CSN  → D8
SCK  → D13 (硬件 SPI)
MOSI → D11
MISO → D12

WS2812B LED Ring:
VDD  → 5V (Nano USB 供电或电池直供)
GND  → GND
DI   → D5

Battery:
+ → 5V (或 RAW 引脚经板载稳压)
- → GND

关键点: SPI 引脚 (D11/D12/D13) 固定不可改,其他引脚可在代码中修改定义。

固件核心逻辑

射频配置 (与 uECG 硬编码匹配)

数据包解析与滤波

心率可视化映射算法

// BPM → 颜色渐变 (蓝→绿→黄→粉→红)
t1=90, dd=25; // 基准 90bpm,每 25bpm 变一个色相
if(bpm < t1)       {R=0; G=0; B=max;}
else if(bpm < t1+dd) {R=0; G=max*(bpm-t1)/dd; B=max-G;}
else if(bpm < t1+2dd){R=max*(bpm-t1-dd)/dd; G=max-R; B=R/4;}
else if(bpm < t1+3dd){R=max; G=0; B=max/2 - max*(bpm-t1-2dd)/(2*dd);}
else               {R=max; G=0; B=0;}

// 点亮 LED 数 = (bpm - 80) / 8  (80bpm 以下全灭,突出高强度区间)
on_pixels = max(0, (bpm-80)/8);

实测体验与发现

腕带组装工艺

  1. 热熔胶固定 Nano (外径贴合 LED 环内环)、nRF24 (塞入 LED 环中心)、电池 (夹层)
  2. 缝制至废弃防静电腕带 (或运动腕带),佩戴舒适牢固
  3. 所有焊点涂覆热缩管/绝缘漆防汗腐蚀

代码与原理图

完整固件 bpm_watch.ino 已内嵌,含 Adafruit_NeoPixel、RF24 库依赖。Fritzing 原理图文件 nrf24_led_ring.fzz 可下载。

复现关键提示

  1. uECG 必须长按进入 Raw Data Mode (默认 BLE 模式 nRF24 不可收)
  2. 管道地址位反序函数 swapbits() 必须正确,否则永远收不到包
  3. nRF24 供电加 10μF 陶瓷电容贴片在模块焊盘上
  4. LED 环供电建议直连电池 (经 Schottky 二极管防反接),避免 Nano 稳压器过流

制造工艺

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