Hoe de hartslag op het STONE LCD-scherm weer te geven met Ar - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

korte introductie

Enige tijd geleden vond ik een hartslagsensormodule MAX30100 bij het online winkelen. Deze module kan bloedzuurstof- en hartslaggegevens van gebruikers verzamelen, wat ook eenvoudig en gemakkelijk te gebruiken is. Volgens de gegevens ontdekte ik dat er bibliotheken van MAX30100 in de Arduino-bibliotheekbestanden zijn. Dat wil zeggen, als ik de communicatie tussen Arduino en MAX30100 gebruik, kan ik de Arduino-bibliotheekbestanden direct oproepen zonder de stuurprogrammabestanden te hoeven herschrijven. Dit is een goede zaak, dus kocht ik de module van MAX30100.

Stap 1: Ik besloot Arduino te gebruiken om de hartslag- en bloedzuurstofverzamelingsfunctie van de MAX30100 te verifiëren

Opmerking: deze module heeft standaard alleen MCU-communicatie op 3,3 V-niveau, omdat deze standaard de IIC-pin-trekweerstand van 4,7 K tot 1,8 V gebruikt, dus er is standaard geen communicatie met de Arduino, als u met de Arduino wilt communiceren en twee 4,7 K van de IIC-pin pull-up weerstand nodig hebben aangesloten op de VIN-pin, deze inhoud zal achter in het hoofdstuk worden geïntroduceerd.

Stap 2: Functionele opdrachten

Voordat ik aan dit project begon, dacht ik aan enkele eenvoudige functies:

• Hartslaggegevens en bloedzuurstofgegevens werden verzameld
• Hartslag- en bloedzuurstofgegevens worden weergegeven via een lcd-scherm

Dit zijn de enige twee functies, maar als we het willen implementeren, moeten we meer nadenken:

• Welke master-MCU wordt gebruikt?
• Wat voor soort lcd-displayer?

Zoals we eerder vermeldden, gebruiken we Arduino voor de MCU, maar dit is een Arduino LCD-displayproject, dus we moeten de juiste LCD-displaymodule kiezen. Ik ben van plan het LCD-scherm met seriële poort te gebruiken. Ik heb hier een STONE STVI070WT-01-displayer, maar als Arduino ermee moet communiceren, is MAX3232 nodig om niveauconversie uit te voeren. Vervolgens worden de elektronische basismaterialen als volgt bepaald:

1. Arduino Mini Pro-ontwikkelbord

2. MAX30100 hartslag- en bloedzuurstofsensormodule

3. STONE STVI070WT-01 LCD seriële poort weergavemodule

4. MAX3232-module

Stap 3: Hardware-introductie

MAX30100

De MAX30100 is een geïntegreerde sensoroplossing voor pulsoximetrie en hartslagmonitor. Het combineert twee LED's, een fotodetector, geoptimaliseerde optica en geluidsarme analoge signaalverwerking om pulsoximetrie en hartslagsignalen te detecteren.

De MAX30100 werkt op 1,8 V en 3,3 V voedingen en kan via software worden uitgeschakeld met een verwaarloosbare stand-bystroom, waardoor de voeding te allen tijde aangesloten kan blijven.

Stap 4: Toepassingen

● Draagbare apparaten

● Fitness Assistent-apparaten

● Medische bewakingsapparatuur

Stap 5: Voordelen en functies

1) Complete pulsoxymeter en hartslagsensor Oplossing vereenvoudigt ontwerp

• Geïntegreerde LED's, fotosensor en hoogwaardige analoge front-end
• Klein 5,6 mm x 2,8 mm x 1,2 mm 14-pins optisch verbeterd systeem-in-pakket

2 Ultra-low-power werking verlengt de levensduur van de batterij voor draagbare apparaten

• Programmeerbare bemonsteringsfrequentie en LED-stroom voor energiebesparing
• Ultra-lage uitschakelstroom (0,7 µA, typ)

3) Geavanceerde functionaliteit verbetert de meetprestaties

• Hoge SNR zorgt voor robuuste bewegingsartefacten
• Geïntegreerde omgevingslichtonderdrukking
• Hoge bemonsteringsfrequentie
• Snelle gegevensuitvoer

Stap 6: Detectieprincipe

Druk gewoon met uw vinger tegen de sensor om de zuurstofsaturatie van de pols (SpO2) en de polsslag (gelijk aan de hartslag) te schatten.

De pulsoximeter (oximeter) is een mini-spectrometer die de principes van verschillende absorptiespectra van rode bloedcellen GEBRUIKT om de zuurstofverzadiging van het bloed te analyseren. Deze realtime en snelle meetmethode wordt ook veel gebruikt in veel klinische referenties. Ik zal de MAX30100 niet teveel introduceren, omdat deze materialen op internet beschikbaar zijn. Geïnteresseerde vrienden kunnen de informatie van deze hartslagtestmodule op internet opzoeken en een beter begrip krijgen van het detectieprincipe.

Stap 7: STEEN STVI070WT-01

Inleiding tot de displayer

In dit project zal ik STONE STVI070WT-01 gebruiken om de hartslag- en bloedzuurstofgegevens weer te geven. De driverchip is geïntegreerd in het scherm en er is software die gebruikers kunnen gebruiken. Gebruikers hoeven alleen knoppen, tekstvakken en andere logica toe te voegen via de ontworpen UI-afbeeldingen, en vervolgens configuratiebestanden te genereren en deze naar het weergavescherm te downloaden om te starten. Het display van STVI070WT-01 communiceert met MCU via uart-rs232-signaal, wat betekent dat we een MAX3232-chip moeten toevoegen om RS232-signaal om te zetten in TTL-signaal, zodat we kunnen communiceren met Arduino MCU.

Stap 8: Als u niet zeker weet hoe u de MAX3232 moet gebruiken, raadpleeg dan de volgende afbeeldingen:

Als u denkt dat de niveauconversie te lastig is, kunt u andere soorten displayers van STONE kiezen, waarvan sommige direct uart-ttl-signaal kunnen uitvoeren.

De officiële website heeft gedetailleerde informatie en introductie:

Stap 9: Als u video-tutorials en tutorials nodig heeft, kunt u deze ook vinden op de officiële website

Stap 10: Ontwikkelingsstappen

Drie stappen van de ontwikkeling van het STONE-scherm:

• Ontwerp de displaylogica en knoplogica met STONE TOOL-software en download het ontwerpbestand naar de displaymodule.
• MCU communiceert met STONE LCD-displaymodule via de seriële poort.
• Met de gegevens die in stap 2 zijn verkregen, voert de MCU andere acties uit.

Stap 11: STONE TOOL Software-installatie

Download de nieuwste versie van de STONE TOOL-software (momenteel TOOL2019) van de website en installeer deze.

Nadat de software is geïnstalleerd, wordt de volgende interface geopend:

Klik op de knop "Bestand" in de linkerbovenhoek om een nieuw project aan te maken, dat we later zullen bespreken.

Stap 12: Arduino

Arduino is een open source elektronisch prototypeplatform dat gebruiksvriendelijk en gebruiksvriendelijk is. Het omvat het hardwaregedeelte (verschillende ontwikkelborden die voldoen aan de Arduino-specificatie) en het softwaregedeelte (Arduino IDE en gerelateerde ontwikkelkits).

Het hardwaregedeelte (of ontwikkelbord) bestaat uit een microcontroller (MCU), Flash-geheugen (Flash) en een set universele input/output-interfaces (GPIO), die je kunt zien als een microcomputer-moederbord. Het softwaregedeelte bestaat voornamelijk uit Arduino IDE op pc, gerelateerd ondersteuningspakket op bordniveau (BSP) en een rijke functiebibliotheek van derden. Met de Arduino IDE kunt u eenvoudig de BSP downloaden die is gekoppeld aan uw ontwikkelbord en de bibliotheken die u nodig hebt om uw programma's te schrijven. Arduino is een open source-platform. Tot nu toe zijn er veel modellen en veel afgeleide controllers, waaronder Arduino Uno, Arduino Nano, ArduinoYun enzovoort. Bovendien ondersteunt de Arduino IDE nu niet alleen de ontwikkelborden van de Arduino-serie, maar voegt ook ondersteuning toe voor populaire ontwikkelborden zoals als Intel Galileo en NodeMCU door BSP te introduceren.

Arduino detecteert de omgeving via een verscheidenheid aan sensoren, die lichten, motoren en andere apparaten aansturen om feedback te geven en de omgeving te beïnvloeden. De microcontroller op het bord kan worden geprogrammeerd met een Arduino-programmeertaal, gecompileerd tot binaire bestanden en in de microcontroller worden gebrand. voor Arduino is geïmplementeerd met de Arduino-programmeertaal (gebaseerd op bedrading) en de Arduino-ontwikkelomgeving (gebaseerd op Processing). Arduino-gebaseerde projecten kunnen alleen Arduino bevatten, evenals Arduino en andere software die op pc draait, en ze communiceren met elkaar andere (zoals Flash, Processing, MaxMSP).

Stap 13: Ontwikkelomgeving

De Arduino-ontwikkelomgeving is de Arduino IDE, die van internet kan worden gedownload.

Log in op de officiële website van Arduino en download de software https://www.arduino.cc/en/Main/Software?setlang=c… Na het installeren van de Arduino IDE, zal de volgende interface verschijnen wanneer je de software opent:

De Arduino IDE creëert standaard twee functies: de setup-functie en de loop-functie. Er zijn veel Arduino-introducties op internet. Als u iets niet begrijpt, kunt u naar het internet gaan om het te vinden.

Stap 14: Arduino LCD-projectimplementatieproces

hardware verbinding

Om ervoor te zorgen dat de volgende stap in het schrijven van code soepel verloopt, moeten we eerst de betrouwbaarheid van de hardwareverbinding bepalen.

In dit project werden slechts vier stukken hardware gebruikt:

1. Arduino Mini pro-ontwikkelbord

2. STEEN STVI070WT-01 tft-lcd-scherm:

3. MAX30100 hartslag- en bloedzuurstofsensor

4. MAX3232 (rs232-> TTL) Het Arduino Mini Pro-ontwikkelbord en het STVI070WT-01 TFT-LCD-scherm zijn verbonden via UART, waarvoor niveauconversie via MAX3232 vereist is, en vervolgens zijn het Arduino Mini Pro-ontwikkelbord en de MAX30100-module verbonden via IIC-interface. Na helder te hebben nagedacht, kunnen we het volgende bedradingsbeeld tekenen:

Stap 15:

Zorg ervoor dat er geen fouten zijn in de hardwareverbinding en ga verder met de volgende stap.

Stap 16: TFT LCD-gebruikersinterfaceontwerp

Allereerst moeten we een UI-weergaveafbeelding ontwerpen, die kan worden ontworpen door PhotoShop of andere hulpprogramma's voor het ontwerpen van afbeeldingen. Sla na het ontwerpen van de UI-weergave de afbeelding op in JPG-indeling.

Open de software STONE TOOL2019 en maak een nieuw project aan:

Stap 17: Verwijder de afbeelding die standaard is geladen in het nieuwe project en voeg de UI-afbeelding toe die we hebben ontworpen

Stap 18: Voeg de tekstweergavecomponent toe

Voeg de tekstweergavecomponent toe, ontwerp het weergavecijfer en de decimale punt, verkrijg de opslaglocatie van de tekstweergavecomponent in de displayer.

Het effect is als volgt:

Stap 19:

Adres van tekstdisplaycomponent:

• Verbindingssta: 0x0008
• Hartslag: 0x0001

Bloedzuurstof: 0x0005 De belangrijkste inhoud van de UI-interface is als volgt:

• Verbindingsstatus
• Hartslagweergave
• Bloed zuurstof toonde

Stap 20: Configuratiebestand genereren

Zodra het UI-ontwerp is voltooid, kan het configuratiebestand worden gegenereerd en gedownload naar de STVI070WT-01-displaye.

Voer eerst stap 1 uit, plaats vervolgens de usb-flashdrive in de computer en het schijfsymbool wordt weergegeven. Klik vervolgens op "Download to u-disk" om het configuratiebestand naar de usb-flashdrive te downloaden en plaats de usb-flashdrive in STVI070WT-01 om de upgrade te voltooien.

Stap 21: MAX30100

MAX30100 communiceert via IIC. Het werkingsprincipe is dat de ADC-waarde van de hartslag kan worden verkregen via infrarood led-straling. Het MAX30100-register kan worden onderverdeeld in vijf categorieën: staatsregister, FIFO, controleregister, temperatuurregister en ID-register. Het temperatuurregister leest de temperatuurwaarde van de chip om de afwijking veroorzaakt door de temperatuur te corrigeren. Het ID-register kan het ID-nummer van de chip lezen.

MAX30100 is verbonden met het Arduino Mini Pro-ontwikkelbord via de IIC-communicatie-interface. Omdat er kant-en-klare MAX30100-bibliotheekbestanden in de Arduino IDE zitten, kunnen we de hartslag- en bloedzuurstofgegevens lezen zonder de registers van de MAX30100 te bestuderen. Voor degenen die geïnteresseerd zijn in het verkennen van het MAX30100-register, zie de MAX30100 Datasheet.

Stap 22: Wijzig de MAX30100 IIC pull-up weerstand

Opgemerkt moet worden dat de 4.7k pull-up weerstand van de IIC-pin van de MAX30100-module is verbonden met 1.8v, wat in theorie geen probleem is. Het logische communicatieniveau van de Arduino IIC-pin is echter 5V, dus het kan niet communiceren met Arduino zonder de hardware van de MAX30100-module te wijzigen. Directe communicatie is mogelijk als de MCU STM32 of een andere 3.3v MCU op logisch niveau is.

Daarom moeten de volgende wijzigingen worden doorgevoerd:

Verwijder de drie 4.7k weerstanden gemarkeerd in de afbeelding met een elektrische soldeerbout. Las vervolgens twee weerstanden van 4.7k op de pinnen van SDA en SCL naar VIN, zodat we kunnen communiceren met Arduino.

Stap 23: Arduino

Open de Arduino IDE en zoek de volgende knoppen:

Stap 24: Zoek naar "MAX30100" om twee bibliotheken voor MAX30100 te vinden en klik vervolgens op Downloaden en installeren

Stap 25: Na de installatie kunt u de demo van MAX30100 vinden in de LIB-bibliotheekmap van Arduino:

Stap 26: Dubbelklik op het bestand om het te openen

Stap 27: De volledige code is als volgt:

Deze demo kan direct worden getest. Als de hardwareverbinding in orde is, kunt u de codecompilatie downloaden naar het Arduibo-ontwikkelbord en de gegevens van MAX30100 bekijken in de seriële debugging-tool.

De volledige code is als volgt:

/* Arduino-MAX30100 oximetrie / hartslag geïntegreerde sensorbibliotheek Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Dit programma is vrije software: u kunt het herdistribueren en/of wijzigen onder de voorwaarden van de GNU General Public License zoals gepubliceerd door de Free Software Foundation, ofwel versie 3 van de Licentie, of (naar uw keuze) een latere versie. Dit programma wordt verspreid in de hoop dat het nuttig zal zijn, maar ZONDER ENIGE GARANTIE; zonder zelfs de impliciete garantie van VERKOOPBAARHEID of GESCHIKTHEID VOOR EEN BEPAALD DOEL. Zie de GNU General Public License voor meer details. U zou samen met dit programma een kopie van de GNU General Public License moeten hebben ontvangen. Zo niet, zie. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 // PulseOximeter is de hogere interface naar de sensor // het biedt: // * hartslagdetectierapportage // * hartslagberekening // * SpO2 (oxidatieniveau) berekening PulseOximeter pokken; uint32_t tsLastReport = 0; // Callback (hieronder geregistreerd) geactiveerd wanneer een puls wordt gedetecteerd void onBeatDetected() { Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); Serial.print("Pulsoximeter initialiseren.."); // Initialiseer de PulseOximeter-instantie // Storingen zijn over het algemeen te wijten aan een onjuiste I2C-bedrading, ontbrekende voeding // of verkeerde doelchip if (!pox.begin()) { Serial.println("FAILED"); voor(;;); } else { Serial.println("SUCCES"); } // De standaardstroom voor de IR-LED is 50mA en kan worden gewijzigd // door de volgende regel te verwijderen. Kijk op MAX30100_Registers.h voor alle // beschikbare opties. // pokken.setIRLedCurrent (MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Registreer een callback voor de beatdetectie pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Zorg ervoor dat je update zo snel mogelijk aanroept pox.update(); // Asynchroon de hartslag- en oxidatieniveaus dumpen naar de seriële // Voor beide betekent een waarde van 0 "ongeldig" if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) { Serial.print("Hartslag:"); Serial.print(pokken.getHeartRate()); Serial.print("bpm / SpO2:"); Serial.print(pokken.getSpO2()); Serieel.println("%"); tsLastReport = millis(); } }

Stap 28:

Deze code is heel eenvoudig, ik geloof dat je hem in één oogopslag kunt begrijpen. Ik moet zeggen dat de modulaire programmering van Arduino erg handig is, en ik hoef niet eens te begrijpen hoe de drivercode van Uart en IIC is geïmplementeerd.

Natuurlijk is de bovenstaande code een officiële demo, en ik moet nog enkele wijzigingen aanbrengen om de gegevens op de displayer van STONE weer te geven.

Stap 29: Geef gegevens weer aan de STONE Displayer via Arduino

Eerst moeten we het adres krijgen van het onderdeel dat de hartslag- en bloedzuurstofgegevens weergeeft in de displayer van STONE:

In mijn project is het adres als volgt: Adres onderdeel hartslagweergave: 0x0001 Adres van weergavemodule bloedzuurstof: 0x0005 Statusadres sensorverbinding: 0x0008 Als u de weergave-inhoud in de overeenkomstige ruimte moet wijzigen, kunt u de weergave-inhoud wijzigen door gegevens naar het corresponderende adres van het scherm te sturen via de seriële poort van Arduino.

Stap 30: De gewijzigde code is als volgt:

/* Arduino-MAX30100 oximetrie / hartslag geïntegreerde sensorbibliotheek Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Dit programma is vrije software: u kunt het herdistribueren en/of wijzigen onder de voorwaarden van de GNU General Public License zoals gepubliceerd door de Free Software Foundation, ofwel versie 3 van de Licentie, of (naar uw keuze) een latere versie. Dit programma wordt verspreid in de hoop dat het nuttig zal zijn, maar ZONDER ENIGE GARANTIE; zonder zelfs de impliciete garantie van VERKOOPBAARHEID of GESCHIKTHEID VOOR EEN BEPAALD DOEL. Zie de GNU General Public License voor meer details. U zou samen met dit programma een kopie van de GNU General Public License moeten hebben ontvangen. Zo niet, zie. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 #define Heart_dis_addr 0x01 #define Sop2_dis_addr 0x05 #define connect_sta_addr 0x08 unsigned char heart_rate_send[8]= 0 x5xA5,x 0xA5,x 0x00}; unsigned char Sop2_send[8]= {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / Sop2_dis_addr, 0x00, 0x00}; unsigned char connect_sta_send[8]={0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / connect_sta_addr, 0x00, 0x00}; // PulseOximeter is de hogere interface naar de sensor // het biedt: // * hartslagdetectierapportage // * hartslagberekening // * SpO2 (oxidatieniveau) berekening PulseOximeter pox; uint32_t tsLastReport = 0; // Callback (hieronder geregistreerd) geactiveerd wanneer een puls wordt gedetecteerd void onBeatDetected() { // Serial.println("Beat!"); } void setup() { Serial.begin(115200); // Serial.print("Pulsoximeter initialiseren.."); // Initialiseer de PulseOximeter-instantie // Storingen zijn over het algemeen te wijten aan een onjuiste I2C-bedrading, ontbrekende voeding // of verkeerde doelchip if (!pox.begin()) { // Serial.println("FAILED"); // connect_sta_send[7]=0x00; // Serial.write (connect_sta_send, 8); voor(;;); } else { connect_sta_send[7]=0x01; Serial.write(connect_sta_send, 8); // Serial.println ("SUCCES"); } // De standaardstroom voor de IR-LED is 50mA en kan worden gewijzigd // door de volgende regel te verwijderen. Kijk op MAX30100_Registers.h voor alle // beschikbare opties.pokken.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Registreer een callback voor de beatdetectie pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Zorg ervoor dat je update zo snel mogelijk aanroept pox.update(); // Asynchroon de hartslag- en oxidatieniveaus dumpen naar de seriële // Voor beide betekent een waarde van 0 "ongeldig" if (millis() - tsLastReport> REPORTING_PERIOD_MS) { // Serial.print ("Hartslag:"); // Serial.print(pox.getHeartRate()); // Serial.print ("bpm / SpO2:"); // Serial.print(pokken.getSpO2()); // Serieel.println ("%"); heart_rate_send[7]=(uint32_t)pokken.getHeartRate(); Serial.write(heart_rate_send, 8); Sop2_send[7]=pokken.getSpO2(); Serieel.schrijven (Sop2_send, 8); tsLastReport = millis(); } }

Stap 31: Hartslag weergeven op het LCD-scherm met Arduino

Compileer de code, download deze naar het Arduino-ontwikkelbord en u bent klaar om te beginnen met testen.

We kunnen zien dat wanneer de vingers de MAX30100 verlaten, de hartslag en het zuurstofgehalte in het bloed 0 worden weergegeven. Plaats uw vinger op de MAX30100-collector om uw hartslag en bloedzuurstofniveaus in realtime te zien.

Het effect is te zien op de volgende afbeelding: