Ako zobraziť srdcový tep na STONE LCD s Ar: 31 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

stručný úvod

Pred nejakým časom som pri nakupovaní online našiel modul snímača srdcového tepu MAX30100. Tento modul môže zhromažďovať údaje o kyslíku v krvi a srdcovej frekvencii používateľov, čo je tiež jednoduché a pohodlné používanie. Podľa údajov som zistil, že v súboroch knižníc Arduino sú knižnice MAX30100. To znamená, že ak použijem komunikáciu medzi Arduino a MAX30100, môžem priamo volať súbory knižnice Arduino bez toho, aby som musel prepisovať súbory ovládačov. Je to dobrá vec, a tak som si kúpil modul MAX30100.

Krok 1: Rozhodol som sa použiť Arduino na overenie funkcie srdcového tepu a odberu kyslíka v krvi MAX30100

Poznámka: tento modul je v predvolenom nastavení iba s komunikáciou MCU na úrovni 3,3 V, pretože v predvolenom nastavení je použitý odpor II Pull pull up 4,7 K až 1,8 V, takže v prípade, že chcete komunikovať s Arduino, v predvolenom nastavení neexistuje žiadna komunikácia s Arduino a potrebujete dva 4,7 K pinového pull-up rezistora IIC pripojeného na pin VIN, tento obsah bude predstavený v zadnej časti kapitoly.

Krok 2: Funkčné priradenia

Pred spustením tohto projektu som premýšľal nad niekoľkými jednoduchými funkciami:

• Zhromaždili sa údaje o srdcovej frekvencii a údaje o kyslíku v krvi
• Údaje o srdcovej frekvencii a krvnom kyslíku sa zobrazujú na LCD obrazovke

Toto sú jediné dve funkcie, ale ak ich chceme implementovať, musíme viac premýšľať:

• Aký hlavný MCU sa používa?
• Aký LCD displej?

Ako sme už uviedli, pre MCU používame Arduino, ale toto je projekt LCD displeja Arduino, takže musíme zvoliť príslušný modul displeja LCD. Plánujem používať obrazovku LCD so sériovým portom. Mám tu zobrazovač STONE STVI070WT-01, ale ak s ním Arduino potrebuje komunikovať, na konverziu úrovní je potrebný MAX3232. Potom sú základné elektronické materiály určené nasledovne:

1. Vývojová doska Arduino Mini Pro

2. MAX30100 modul senzora srdcovej frekvencie a krvného kyslíka

3. Modul displeja sériového portu LCD STONE STVI070WT-01

4. Modul MAX3232

Krok 3: Úvod do hardvéru

MAX30100

MAX30100 je integrované riešenie senzora pulznej oxymetrie a monitora srdcového tepu. Kombinuje dve diódy LED, fotodetektor, optimalizovanú optiku a nízkošumové spracovanie analógového signálu na detekciu signálov pulznej oxymetrie a srdcového tepu.

MAX30100 pracuje z napájacích zdrojov 1,8 V a 3,3 V a je možné ho vypnúť pomocou softvéru so zanedbateľným pohotovostným prúdom, čo umožňuje, aby napájací zdroj zostal vždy pripojený.

Krok 4: Aplikácie

● Nositeľné zariadenia

● Zariadenia Fitness Assistant

● Lekárske monitorovacie zariadenia

Krok 5: Výhody a vlastnosti

1 、 Kompletný pulzný oxymeter a snímač srdcového tepu Riešenie zjednodušuje dizajn

• Integrované diódy LED, fotografický snímač a vysokovýkonný analógový predný koniec
• Malý 5,6 mm x 2,8 mm x 1,2 mm 14-kolíkový opticky vylepšený balík systému

2 Operation Prevádzka s extrémne nízkym výkonom predlžuje životnosť batérie nositeľných zariadení

• Programovateľná vzorkovacia frekvencia a prúd LED pre úsporu energie
• Extrémne nízky vypínací prúd (0,7 µA, typ.)

3, Pokročilá funkčnosť zlepšuje výkon merania

• Vysoká SNR poskytuje odolnosť voči pohybovým artefaktom
• Integrované zrušenie okolitého svetla
• Vysoká rýchlosť vzorkovania
• Možnosť rýchleho výstupu údajov

Krok 6: Princíp detekcie

Stlačením prsta proti senzoru odhadnete pulzovú saturáciu kyslíkom (SpO2) a pulz (ekvivalent srdcového tepu).

Pulzný oximeter (oximeter) je mini-spektrometer, ktorý POUŽÍVA princípy rôznych absorpčných spektier červených krviniek na analýzu nasýtenia krvi kyslíkom. Táto metóda rýchleho merania v reálnom čase je tiež široko používaná v mnohých klinických odkazoch. MAX30100 nebudem príliš predstavovať, pretože tieto materiály sú dostupné na internete. Zainteresovaní priatelia si môžu vyhľadať informácie o tomto module testu srdcového tepu na internete a lepšie porozumieť jeho princípu zisťovania.

Krok 7: KAMEŇ STVI070WT-01

Úvod do zobrazovača

V tomto projekte použijem STONE STVI070WT-01 na zobrazenie údajov o srdcovej frekvencii a kyslíku v krvi. Čip ovládača je integrovaný do obrazovky displeja a používatelia môžu používať softvér. Používateľom stačí pridať tlačidlá, textové polia a inú logiku cez navrhnuté obrázky používateľského rozhrania a potom vygenerovať konfiguračné súbory a stiahnuť ich na obrazovku, aby sa spustili. Displej STVI070WT-01 komunikuje s MCU prostredníctvom signálu uart-rs232, čo znamená, že na konverziu signálu RS232 na signál TTL musíme pridať čip MAX3232, aby sme mohli komunikovať s MCU Arduino.

Krok 8: Ak si nie ste istí, ako používať MAX3232, pozrite si nasledujúce obrázky:

Ak si myslíte, že prevod úrovní je príliš problematický, môžete si vybrať iné typy zobrazovačov STONE, z ktorých niektoré môžu priamo vydávať signál uart-ttl.

Oficiálna webová stránka obsahuje podrobné informácie a úvod:

Krok 9: Ak na používanie potrebujete videonávody a návody, nájdete ich aj na oficiálnych webových stránkach

Krok 10: Kroky vývoja

Tri kroky vývoja obrazovky STONE:

• Navrhnite logiku zobrazenia a logiku tlačidiel pomocou softvéru STONE TOOL a stiahnite súbor s návrhom do modulu displeja.
• MCU komunikuje s modulom LCD displeja STONE prostredníctvom sériového portu.
• S údajmi získanými v kroku 2 vykonáva MCU ďalšie akcie.

Krok 11: Inštalácia softvéru STONE TOOL

Stiahnite si najnovšiu verziu softvéru STONE TOOL (aktuálne TOOL2019) z webového servera a nainštalujte ho.

Po inštalácii softvéru sa otvorí nasledujúce rozhranie:

Kliknutím na tlačidlo „Súbor“v ľavom hornom rohu vytvoríte nový projekt, o ktorom budeme diskutovať neskôr.

Krok 12: Arduino

Arduino je open source platforma elektronických prototypov, ktorá sa ľahko používa a ľahko používa. Obsahuje hardvérovú časť (rôzne vývojové dosky, ktoré vyhovujú špecifikácii Arduino) a softvérovú časť (Arduino IDE a súvisiace vývojové kity).

Hardvérová časť (alebo vývojová doska) pozostáva z mikrokontroléra (MCU), pamäte Flash (Flash) a sady univerzálnych vstupno -výstupných rozhraní (GPIO), ktoré si môžete predstaviť ako základnú dosku mikropočítača. Softvérová časť pozostáva hlavne z Arduino IDE na PC, príbuzného balíka podpory na úrovni dosky (BSP) a bohatej knižnice funkcií tretích strán. Pomocou Arduino IDE si môžete ľahko stiahnuť BSP priradený k vývojovej doske a potrebným knižniciam písať svoje programy. Arduino je platforma s otvoreným zdrojovým kódom. Doteraz existovalo veľa modelov a mnoho odvodených ovládačov, vrátane Arduino Uno, Arduino Nano, ArduinoYun a tak ďalej. Arduino IDE teraz nielenže podporuje vývojové dosky série Arduino, ale tiež pridáva podporu pre obľúbené vývojové dosky, ako napr. ako Intel Galileo a NodeMCU zavedením BSP.

Arduino sníma prostredie prostredníctvom rôznych senzorov, ovládajúcich svetlá, motory a ďalšie zariadenia, aby spätne reagovalo a ovplyvňovalo prostredie. Mikrokontrolér na doske je možné naprogramovať pomocou programovacieho jazyka Arduino, zostaviť do binárnych súborov a napáliť do mikrokontroléra. Arduino je implementované v programovacom jazyku Arduino (na základe zapojenia) a vývojovom prostredí Arduino (na základe spracovania). Projekty založené na Arduine môžu obsahovať iba Arduino, ako aj Arduino a ďalší softvér bežiaci na počítači a komunikujú s každým iné (napríklad Flash, Processing, MaxMSP).

Krok 13: Vývojové prostredie

Vývojovým prostredím Arduino je Arduino IDE, ktoré je možné stiahnuť z internetu.

Prihláste sa na oficiálnu webovú stránku Arduino a stiahnite si softvér https://www.arduino.cc/en/Main/Software?setlang=c… Po inštalácii Arduino IDE sa po otvorení softvéru zobrazí nasledujúce rozhranie:

Arduino IDE štandardne vytvára dve funkcie: funkciu nastavenia a funkciu slučky. Existuje množstvo predstavení Arduina na internete. Ak niečomu nerozumiete, môžete to nájsť na internete.

Krok 14: Proces implementácie projektu Arduino LCD

hardvérové pripojenie

Aby sme zaistili hladký priebeh ďalšieho kroku pri písaní kódu, musíme najskôr určiť spoľahlivosť hardvérového pripojenia.

V tomto projekte boli použité iba štyri kusy hardvéru:

1. Vývojová doska Arduino Mini pro

2. Obrazovka displeja STONE STVI070WT-01 tft-lcd

3. MAX30100 snímač srdcovej frekvencie a krvného kyslíka

4. MAX3232 (rs232-> TTL) Vývojová doska Arduino Mini Pro a obrazovka TFT-LCD STVI070WT-01 TFT-LCD sú prepojené cez UART, čo vyžaduje prevod úrovne cez MAX3232, a potom sú vývojová doska Arduino Mini Pro a modul MAX30100 prepojené prostredníctvom Rozhranie IIC. Keď jasne premýšľame, môžeme nakresliť nasledujúci obrázok zapojenia:

Krok 15:

Uistite sa, že v hardvérovom pripojení nie sú žiadne chyby a pokračujte ďalším krokom.

Krok 16: Návrh používateľského rozhrania TFT LCD

V prvom rade musíme navrhnúť zobrazovací obrázok používateľského rozhrania, ktorý môže navrhnúť program PhotoShop alebo iné nástroje na navrhovanie obrázkov. Po navrhnutí obrázka používateľského rozhrania uložte obrázok vo formáte JPG.

Otvorte softvér STONE TOOL2019 a vytvorte nový projekt:

Krok 17: Odstráňte obrázok, ktorý bol predvolene načítaný v novom projekte, a pridajte obrázok používateľského rozhrania, ktorý sme navrhli

Krok 18: Pridajte komponent textového displeja

Pridajte komponent pre zobrazenie textu, navrhnite číslicu a desatinnú čiarku displeja a získajte miesto na uloženie komponentu pre zobrazenie textu v zobrazovači.

Účinok je nasledujúci:

Krok 19:

Adresa komponentu textového displeja:

• Pripojenie sta: 0x0008
• Srdcová frekvencia: 0x0001

Krvný kyslík: 0x0005 Hlavný obsah rozhrania používateľského rozhrania je nasledujúci:

• Stav pripojenia
• Zobrazenie srdcového tepu
• Krvný kyslík ukázal

Krok 20: Vytvorte konfiguračný súbor

Hneď ako je návrh používateľského rozhrania dokončený, je možné vygenerovať konfiguračný súbor a stiahnuť ho na displej STVI070WT-01.

Najprv vykonajte krok 1, potom vložte USB flash disk do počítača a zobrazí sa symbol disku. Potom kliknite na „Stiahnuť na u-disk“, aby ste stiahli konfiguračný súbor na USB flash disk, a potom vložte USB flash disk do STVI070WT-01 a dokončite aktualizáciu.

Krok 21: MAX30100

MAX30100 komunikuje prostredníctvom IIC. Jeho princípom činnosti je, že hodnotu ADC srdcovej frekvencie je možné získať ožarovaním infračerveným svetlom. Register MAX30100 je možné rozdeliť do piatich kategórií: stavový register, FIFO, kontrolný register, teplotný register a register ID. Teplotný register číta teplotnú hodnotu čipu, aby opravil odchýlku spôsobenú teplotou. Register ID dokáže prečítať ID číslo čipu.

MAX30100 je prepojený s vývojovou doskou Arduino Mini Pro prostredníctvom komunikačného rozhrania IIC. Pretože v Arduino IDE sú pripravené súbory knižnice MAX30100, môžeme čítať údaje o srdcovej frekvencii a krvnom kyslíku bez toho, aby sme museli študovať registre MAX30100. Tí, ktorí majú záujem preskúmať register MAX30100, pozrite sa na technický list MAX30100.

Krok 22: Upravte výsuvný odpor MAX30100 IIC

Je potrebné poznamenať, že 4,7k vyťahovací odpor kolíka IIC modulu MAX30100 je pripojený na 1,8 V, čo teoreticky nie je problém. Komunikačná logická úroveň kolíka Arduino IIC je 5 V, takže nemôže komunikovať s Arduino bez zmeny hardvéru modulu MAX30100. Priama komunikácia je možná, ak je MCU STM32 alebo iný MCU s logickou úrovňou 3,3 V.

Preto je potrebné vykonať nasledujúce zmeny:

Odstráňte tri 4,7k odpory označené na obrázku elektrickou spájkovačkou. Potom zvarte dva odpory 4,7 k na kolíkoch SDA a SCL na VIN, aby sme mohli komunikovať s Arduinom.

Krok 23: Arduino

Otvorte Arduino IDE a nájdite nasledujúce tlačidlá:

Krok 24: Vyhľadajte „MAX30100“, aby ste našli dve knižnice pre MAX30100, potom kliknite na položku Stiahnuť a nainštalovať

Krok 25: Po inštalácii nájdete ukážku MAX30100 v priečinku knižnice LIB Arduino:

Krok 26: Dvakrát kliknite na súbor a otvorte ho

Krok 27: Úplný kód vyzerá takto:

Toto demo je možné priamo otestovať. Ak je hardvérové pripojenie v poriadku, môžete si stiahnuť kompiláciu kódu do vývojovej dosky Arduibo a v nástroji na sériové ladenie vidieť údaje MAX30100.

Kompletný kód je nasledujúci:

/* Arduino-MAX30100 oximetria /knižnica integrovaných snímačov srdcového tepu Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Tento program je bezplatný softvér: môžete ho znova distribuovať a /alebo upravovať podľa všeobecnej verejnej licencie GNU zverejnenej Free Software Foundation, buď verziu 3 licencie, alebo (podľa vášho uváženia) akúkoľvek novšiu verziu. Tento program je distribuovaný v nádeji, že bude užitočný, ale BEZ AKEJKOĽVEK ZÁRUKY; bez implikovanej záruky OBCHODOVATEĽNOSTI alebo VHODNOSTI NA URČITÝ ÚČEL. Bližšie informácie nájdete v Všeobecnej verejnej licencii GNU. Spolu s týmto programom ste mali dostať aj kópiu všeobecnej verejnej licencie GNU. Ak nie, viď. */ #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 1000 // PulseOximeter je rozhranie vyššej úrovne k senzoru // ponúka: // * hlásenie detekcie úderov // * výpočet srdcovej frekvencie // * SpO2 (úroveň oxidácie) výpočet kiahní PulseOximeter; uint32_t tsLastReport = 0; // Spätné volanie (zaregistrované nižšie) sa spustí, keď je detekovaný impulz neplatný onBeatDetected () {Serial.println ("Beat!"); } neplatné nastavenie () {Serial.begin (115200); Serial.print ("Inicializácia pulzného oxymetra.."); // Inicializácia inštancie PulseOximeter // Poruchy sú spravidla dôsledkom nesprávneho zapojenia I2C, chýbajúceho napájania // alebo nesprávneho cieľového čipu if (! Pox.begin ()) {Serial.println ("FAILED"); pre (;;); } else {Serial.println ("ÚSPECH"); } // Predvolený prúd pre IR LED je 50mA a je možné ho zmeniť // odkomentovaním nasledujúceho riadku. Všetky // dostupné možnosti nájdete na stránke MAX30100_Registers.h. // pox.setIRLedCurrent (MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Zaregistrujte spätné volanie na detekciu úderu pox.setOnBeatDetectedCallback (onBeatDetected); } void loop () {// Uistite sa, že ste aktualizáciu zavolali čo najrýchlejšie pox.update (); // Asynchrónne ukladanie srdcového tepu a oxidačných úrovní do sériového čísla // Pre obidve hodnoty 0 znamenajú „neplatné“, ak (milis () - tsLastReport> REPORTING_PERIOD_MS) {Serial.print ("Srdcový tep:"); Serial.print (pox.getHeartRate ()); Serial.print ("bpm / SpO2:"); Serial.print (pox.getSpO2 ()); Serial.println ("%"); tsLastReport = milis (); }}

Krok 28:

Tento kód je veľmi jednoduchý, verím, že ho pochopíte na prvý pohľad. Musím povedať, že modulárne programovanie Arduina je veľmi pohodlné a dokonca nemusím ani chápať, ako je implementovaný kód ovládača Uart a IIC.

Vyššie uvedený kód je samozrejme oficiálnym ukážkou a stále potrebujem vykonať určité zmeny, aby sa údaje zobrazili na displeji STONE.

Krok 29: Zobrazte údaje na zobrazenie STONE cez Arduino

Najprv musíme získať adresu komponentu, ktorý zobrazuje údaje o srdcovej frekvencii a krvnom kyslíku v zobrazovači STONE:

V mojom projekte je adresa nasledovná: Adresa komponentu displeja srdcového tepu: 0x0001 Adresa modulu displeja krvného kyslíka: 0x0005 Adresa stavu pripojenia snímača: 0x0008 Ak potrebujete zmeniť obsah zobrazenia na zodpovedajúcom mieste, môžete zmeniť obsah zobrazenia odoslaním údajov na zodpovedajúcu adresu obrazovky cez sériový port Arduino.

Krok 30: Upravený kód vyzerá takto:

/* Arduino-MAX30100 oximetria /knižnica integrovaných senzorov srdcového tepu Copyright (C) 2016 OXullo Intersecans Tento program je bezplatný softvér: môžete ho znova distribuovať a /alebo upravovať podľa všeobecnej verejnej licencie GNU zverejnenej Free Software Foundation, buď verziu 3 licencie, alebo (podľa vášho uváženia) akúkoľvek novšiu verziu. Tento program je distribuovaný v nádeji, že bude užitočný, ale BEZ AKEJKOĽVEK ZÁRUKY; bez implikovanej záruky OBCHODOVATEĽNOSTI alebo VHODNOSTI NA URČITÝ ÚČEL. Bližšie informácie nájdete v Všeobecnej verejnej licencii GNU. Spolu s týmto programom ste mali dostať aj kópiu všeobecnej verejnej licencie GNU. Ak nie, viď. */ #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, 0 {0} 0x00}; nepodpísaný znak Sop2_send [8] = {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / Sop2_dis_addr, 0x00, 0x00}; nepodpísaný znak connect_sta_send [8] = {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, / connect_sta_addr, 0x00, 0x00}; // PulseOximeter je rozhranie vyššej úrovne k senzoru // ponúka: // * hlásenie detekcie úderov // * výpočet srdcovej frekvencie // * výpočet SpO2 (úroveň oxidácie) PulseOximeter kiahne; uint32_t tsLastReport = 0; // Spätné volanie (zaregistrované nižšie) sa spustí, keď je detekovaný impulz neplatný na onBeatDetected () {// Serial.println ("Beat!"); } neplatné nastavenie () {Serial.begin (115200); // Serial.print ("Inicializácia pulzného oxymetra.."); // Inicializácia inštancie PulseOximeter // Poruchy sú spravidla dôsledkom nesprávneho zapojenia I2C, chýbajúceho napájania // alebo nesprávneho cieľového čipu if (! Pox.begin ()) {// Serial.println ("FAILED"); // connect_sta_send [7] = 0x00; // Serial.write (connect_sta_send, 8); pre (;;); } else {connect_sta_send [7] = 0x01; Serial.write (connect_sta_send, 8); // Serial.println ("ÚSPECH"); } // Predvolený prúd pre IR LED je 50mA a je možné ho zmeniť // odkomentovaním nasledujúceho riadku. Všetky // dostupné možnosti nájdete na stránke MAX30100_Registers.h.pox.setIRLedCurrent (MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Zaregistrujte spätné volanie na detekciu úderu pox.setOnBeatDetectedCallback (onBeatDetected); } void loop () {// Uistite sa, že ste aktualizáciu zavolali čo najrýchlejšie pox.update (); // Asynchrónne ukladanie srdcového tepu a oxidačných úrovní do sériového čísla // Pre obidve hodnoty 0 znamenajú „neplatné“, ak (milis () - tsLastReport> REPORTING_PERIOD_MS) {// Serial.print („Srdcový tep:“); // Serial.print (pox.getHeartRate ()); // Serial.print ("bpm / SpO2:"); // Serial.print (pox.getSpO2 ()); // Serial.println ("%"); heart_rate_send [7] = (uint32_t) pox.getHeartRate (); Serial.write (heart_rate_send, 8); Sop2_send [7] = pox.getSpO2 (); Serial.write (Sop2_send, 8); tsLastReport = milis (); }}

Krok 31: Zobrazte srdcovú frekvenciu na LCD s Arduino

Skompilovajte kód, stiahnite ho na vývojovú dosku Arduino a môžete začať testovať.

Vidíme, že keď prsty opustia MAX30100, srdcová frekvencia a krvný kyslík sa zobrazia 0. Položte prst na kolektor MAX30100 a v reálnom čase uvidíte svoju srdcovú frekvenciu a hladinu kyslíka v krvi.

Účinok je možné vidieť na nasledujúcom obrázku: