Arduino Heart Beat พร้อมจอแสดงผล ECG และเสียง: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ไงพวก! ฉันหวังว่าคุณจะสนุกกับ "Arduino LIXIE Clock" ที่สอนได้ก่อนหน้านี้แล้ว และคุณก็พร้อมสำหรับนาฬิกาใหม่ ตามปกติแล้ว ฉันทำบทช่วยสอนนี้เพื่อแนะนำคุณทีละขั้นตอนในขณะที่สร้างโปรเจ็กต์อิเล็กทรอนิกส์ต้นทุนต่ำที่น่าทึ่งซึ่งก็คือ "Arduino เครื่องชีพจรหัวใจ".

ในระหว่างการจัดทำโครงการนี้ เราพยายามตรวจสอบให้แน่ใจว่าคำแนะนำนี้จะเป็นแนวทางที่ดีที่สุดสำหรับคุณ เพื่อช่วยคุณหากคุณต้องการสร้าง ECG ของคุณเอง ดังนั้นเราจึงหวังว่าคำแนะนำนี้จะมีเอกสารที่จำเป็น

โปรเจ็กต์นี้สะดวกมากที่จะทำเป็นพิเศษหลังจากได้รับ PCB แบบกำหนดเองที่เราสั่งจาก JLCPCB เพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเรา และยังมีเอกสารและรหัสเพียงพอในคู่มือนี้ที่จะช่วยให้คุณสร้างจอแสดงผล Arduino Heart pulse ของคุณได้อย่างง่ายดาย เราสร้างโปรเจ็กต์นี้ในเวลาเพียง 3 วันเท่านั้น เพียงสองวันเพื่อรับชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมดและเสร็จสิ้นการผลิตฮาร์ดแวร์และการประกอบ จากนั้นเราได้เตรียมโค้ดเพื่อให้เหมาะกับโปรเจ็กต์ของเรา และเริ่มการทดสอบและปรับแต่ง

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้จากคำแนะนำนี้:

1. การเลือกฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการทำงาน
2. ทำความเข้าใจกับเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ชีพจรการเต้นของหัวใจ
3. เตรียมแผนภาพวงจรเพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบที่เลือกทั้งหมด
4. ประกอบชิ้นส่วนโครงการทั้งหมด (กล่องอุปกรณ์และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์)..
5. เริ่มอุปกรณ์ชีพจรหัวใจของคุณเอง

ขั้นตอนที่ 1: Heart Pulse Sensor ทำงานอย่างไร

ตามคำจำกัดความในวิกิพีเดีย "การตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจเป็นกระบวนการผลิตคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG หรือ EKG[a]) ซึ่งเป็นการบันทึก - กราฟของแรงดันไฟฟ้าเทียบกับเวลา - ของกิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจ[4] โดยใช้อิเล็กโทรดที่วางอยู่บนผิวหนัง สิ่งเหล่านี้ อิเล็กโทรดจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าเล็กๆ น้อยๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการสลับขั้วของกล้ามเนื้อหัวใจ ตามด้วยการเปลี่ยนขั้วระหว่างวงจรการเต้นของหัวใจแต่ละรอบ (การเต้นของหัวใจ)"

ในกรณีของเรา เราไม่ได้ใช้อิเล็กโทรดแต่เป็นเซ็นเซอร์อินฟราเรด เซ็นเซอร์วัดชีพจรหัวใจเป็นเซ็นเซอร์ชีวการแพทย์ซึ่ง

หมายความว่ามันใช้ตัวแปรทางชีวภาพและสรีรวิทยาบางอย่างเพื่อระบุสถานะของร่างกาย

เมื่อพูดถึงตัวแปร เซ็นเซอร์ของเรามีเอาต์พุตแบบแอนะล็อกซึ่งเปลี่ยนจาก 0V ถึง 5V และเอาต์พุตนี้บ่งชี้ว่าเลือดไหล/ความดันที่หัวใจกำลังจะสูบฉีดมากเพียงใด แต่เซ็นเซอร์นี้จะวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสเลือดได้อย่างไร!

เซ็นเซอร์ใช้สัญญาณอินฟาเรดจาก IR-Diode ที่ฉายบนผิวหนังของคุณ ใต้ผิวหนังของคุณมีเส้นเลือดฝอยที่นำเลือด ทุกครั้งที่หัวใจของคุณสูบฉีด จะมีการไหลเวียนของเลือด/ความดันเพิ่มขึ้นเล็กน้อย สิ่งนี้ทำให้เส้นเลือดฝอยพองเล็กน้อย จากนั้นเส้นเลือดฝอยที่เติมมากขึ้นเล็กน้อยนี้จะสะท้อนอินฟราเรดมากขึ้น Infra-detector บนอุปกรณ์จะตรวจจับระดับ IR ที่สะท้อนแตกต่างกัน และขยายสัญญาณที่วัดได้ และแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่แปลได้ ซึ่งสามารถส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ เช่น Arduino MCU

ขั้นตอนที่ 2: CAD และชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์

เริ่มต้นด้วยชิ้นส่วนกล่องที่พิมพ์ 3 มิติ ฉันทำการออกแบบด้านบนโดยใช้ซอฟต์แวร์ Solidworks และคุณสามารถรับไฟล์ STL ได้จากลิงก์ดาวน์โหลด การออกแบบนี้แนะนำ 100% เพื่อช่วยคุณสร้างอุปกรณ์ของคุณเนื่องจากเหมาะกับตำแหน่งที่แน่นอนสำหรับเซ็นเซอร์และ จอแสดงผล OLED

หลังจากเตรียมการออกแบบแล้ว ฉันก็ได้ผลิตชิ้นส่วนของฉันอย่างดีและพร้อมสำหรับการดำเนินการ และอย่างที่คุณเห็นในภาพสุดท้าย เราได้เตรียมตำแหน่งคอนเน็กเตอร์จ่ายไฟไว้ที่ด้านข้างกล่อง

ขั้นตอนที่ 3: แผนภาพวงจร

ย้ายไปที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฉันได้สร้างแผนภาพวงจรนี้ที่มีชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้ ฉันกำลังเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ชีพจรการเต้นของหัวใจกับ ATMega328P MCU ของฉัน และฉันแสดงสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ผ่านจอแสดงผล OLED พล็อต จะแสดงวิวัฒนาการของเซกนัลของแรงดันไฟฟ้าตามเวลาและฉันใช้ออดเพื่อทำเครื่องหมายการเต้นของหัวใจแต่ละครั้ง ไฟ LED RGB ยังใช้ในโปรเจ็กต์นี้เพื่อระบุสถานะ BPM ดังนั้นเมื่อ BPM ต่ำเกินไป "น้อยกว่า 60 BOM" ไฟ LED เปลี่ยนเป็นสีเหลือง เมื่อ BPM เป็นปกติ LED จะเปลี่ยนเป็นสีเขียว และเมื่อ BPM สูงเกินไป LED จะเปลี่ยนเป็นสีแดง

ขั้นตอนที่ 4: การทำ PCB

เกี่ยวกับ JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.) เป็นองค์กรต้นแบบ PCB ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีนและเป็นผู้ผลิตเทคโนโลยีชั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้าน PCB ต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิต PCB ชุดเล็ก ด้วยประสบการณ์ในการผลิต PCB มากกว่า 10 ปี JLCPCB มีลูกค้ามากกว่า 200,000 รายทั้งในและต่างประเทศ โดยมีคำสั่งซื้อออนไลน์มากกว่า 8,000 รายการสำหรับการสร้างต้นแบบ PCB และการผลิต PCB ปริมาณน้อยต่อวัน กำลังการผลิตประจำปีคือ 200,000 ตร.ม. สำหรับ PCB 1 ชั้น 2 ชั้นหรือหลายชั้นต่างๆ JLC เป็นผู้ผลิต PCB มืออาชีพที่มีอุปกรณ์ขนาดใหญ่ การจัดการที่เข้มงวด และคุณภาพที่เหนือกว่า

พูดคุยอิเล็กทรอนิกส์

หลังจากสร้างแผนภาพวงจร ฉันได้แปลงเป็นการออกแบบ PCB แบบกำหนดเอง และทั้งหมดที่ฉันต้องการตอนนี้คือการผลิต PCB ของฉัน แน่นอนว่าฉันย้ายไปที่ JLCPCB ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์ PCB ที่ดีที่สุด เพื่อรับบริการการผลิต PCB ที่ดีที่สุด หลังจากการคลิกง่ายๆ ฉัน ได้อัปโหลดไฟล์ GERBER ที่เหมาะสมในการออกแบบของฉันแล้ว และฉันได้ตั้งค่าพารามิเตอร์บางอย่าง เช่น สีและปริมาณความหนา PCB และครั้งนี้เราจะใช้สีแดงเพื่อให้เหมาะกับการออกแบบรูปหัวใจของ PCB ของเรา อย่างน้อยคุณต้องจ่ายเพียง 2 ดอลลาร์เพื่อรับ PCB หลังจากสี่วันเท่านั้น สิ่งที่ฉันสังเกตเห็นเกี่ยวกับ JLCPCB ในครั้งนี้คือ "สี PCB ที่ไม่มีค่าบริการ" หมายความว่าคุณจะจ่ายเพียง 2 USD สำหรับสี PCB ที่คุณเลือก.

ไฟล์ดาวน์โหลดที่เกี่ยวข้อง

ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบน PCB นั้นผลิตมาอย่างดี และฉันมีการออกแบบ PCB แบบเดียวกับที่เราสร้างขึ้นสำหรับกระดานหลักของเราและป้ายกำกับทั้งหมด โลโก้มีไว้เพื่อแนะนำฉันในระหว่างขั้นตอนการบัดกรี คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ Gerber สำหรับวงจรนี้ได้จากลิงค์ดาวน์โหลดด้านล่าง ในกรณีที่คุณต้องการสั่งซื้อการออกแบบวงจรเดียวกัน

ขั้นตอนที่ 5: ส่วนผสม

ก่อนเริ่มบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เรามาทบทวนรายการส่วนประกอบสำหรับโครงการของเราก่อน ดังนั้นเราจึงต้องการ:

★☆★ส่วนประกอบที่จำเป็น ★☆★

- PCB ที่เราสั่งจาก JLCPCB- Arduino Uno:

- ตัวต้านทาน 330Ohm:

- ออสซิลเลเตอร์ควอตซ์ 16 MHz:

- เซ็นเซอร์ heartPulse:

- Buzzer:

- จอแสดงผล OLED:

- ไฟ LED RGB:

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ตอนนี้ทุกอย่างพร้อมแล้ว เรามาเริ่มบัดกรีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของเรากับ PCB กัน และในการทำเช่นนั้น เราจำเป็นต้องมีหัวแร้งและลวดบัดกรีหลัก และสถานีปรับปรุง SMD สำหรับส่วนประกอบ SMD

ปลอดภัยไว้ก่อน

หัวแร้ง

ห้ามสัมผัสชิ้นส่วนของหัวแร้ง….400°C!

จับสายไฟเพื่อให้ความร้อนด้วยแหนบหรือที่หนีบ

วางหัวแร้งกลับไปที่ขาตั้งเสมอเมื่อไม่ใช้งาน

อย่าวางมันลงบนโต๊ะทำงาน

ปิดเครื่องและถอดปลั๊กเมื่อไม่ใช้งาน

อย่างที่คุณเห็น การใช้ PCB นี้ง่ายมากเนื่องจากมีการผลิตคุณภาพสูง และอย่าลืมฉลากที่จะแนะนำคุณในขณะที่ทำการบัดกรีส่วนประกอบแต่ละชิ้น เพราะคุณจะพบฉลากของแต่ละส่วนประกอบที่อยู่บนชั้นไหม บอร์ดและด้วยวิธีนี้ คุณจะมั่นใจได้ 100% ว่าคุณจะไม่ทำผิดพลาดในการบัดกรี ฉันได้บัดกรีส่วนประกอบแต่ละชิ้นเข้ากับตำแหน่งแล้ว และคุณสามารถใช้ PCB ทั้งสองด้านเพื่อประสานส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ

ขั้นตอนที่ 7: ส่วนซอฟต์แวร์ & การทดสอบ

ทั้งหมดที่เราต้องการตอนนี้คือซอฟต์แวร์ ฉันได้สร้างโค้ด Arduino นี้สำหรับพวกคุณ และคุณสามารถมีได้ฟรีจากลิงก์ด้านล่าง โค้ดนี้ได้รับการแสดงความคิดเห็นเป็นอย่างดี เพื่อให้คุณสามารถเข้าใจและปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการของคุณเอง เราต้องการบอร์ด Arduino Uno เพื่ออัปโหลดโค้ดไปยัง ATmega328 MCU จากนั้นเราก็นำ MCU มาวางไว้ในซ็อกเก็ตบนบอร์ด

เราต้องการอะแดปเตอร์จ่ายไฟ 5v ภายนอกเพื่อเปิดอุปกรณ์ และนี่คือ อย่างที่คุณเห็นอุปกรณ์แสดงการเต้นต่อนาที และแสดงกราฟการเต้นของหัวใจที่แสดงบนจอแสดงผล OLED โดยไม่ลืม LED RGB ที่แสดงสถานะร่างกาย ด้วย.

โปรเจ็กต์นี้ทำง่ายมากและน่าทึ่งเป็นพิเศษด้วยจอแสดงผล OLED ซึ่งอาจเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดของคุณในการเริ่มทำอุปกรณ์ชีวการแพทย์ แต่ก็ยังมีการปรับปรุงอื่นๆ ที่ต้องทำเพื่อให้ได้เนยมากขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ฉันจะรอ สำหรับข้อเสนอแนะของคุณในการปรับปรุง