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基于Arduino uno的多功能血氧仪程序

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ID:1113970 发表于 2024-3-24 16:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
#include <MAX3010x.h>
#include "filters.h"
#include <Adafruit_GFX.h>        //OLED   libraries
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
//#include <MAX30105extra.h>
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
#define OLED_RESET     -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
#define SCREEN_ADDRESS 0x3D ///< See datasheet for Address; 0x3D for 128x64, 0x3C for 128x32
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
// Sensor (adjust to your sensor type)
MAX30105 sensor;
//MAX30105extra particleSensor;
const auto kSamplingRate = sensor.SAMPLING_RATE_400SPS;
const float kSamplingFrequency = 400.0;

// Finger Detection Threshold and Cooldown
const unsigned long kFingerThreshold = 10000;
const unsigned int kFingerCooldownMs = 500;

// Edge Detection Threshold (decrease for MAX30100)
const float kEdgeThreshold = -2000.0;

// Filters
const float kLowPassCutoff = 5.0;
const float kHighPassCutoff = 0.5;

// Averaging
const bool kEnableAveraging = false;
const int kAveragingSamples = 5;
const int kSampleThreshold = 5;

// limitation of sop2
const int spo2limit =95;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC,   0x3C); //Start the OLED display
  delay(3000);
  tone(3,1000);                                        //And   tone the buzzer for a 100ms you can reduce it it will be better
  delay(1000);
  noTone(3);
  display.display();
  if(sensor.begin() && sensor.setSamplingRate(kSamplingRate)) {
    Serial.println("Sensor initialized");
  }
  else {
    Serial.println("Sensor not found");  
    while(1);
  }
}

// Filter Instances
LowPassFilter low_pass_filter_red(kLowPassCutoff, kSamplingFrequency);
LowPassFilter low_pass_filter_ir(kLowPassCutoff, kSamplingFrequency);
HighPassFilter high_pass_filter(kHighPassCutoff, kSamplingFrequency);
Differentiator differentiator(kSamplingFrequency);
MovingAverageFilter<kAveragingSamples> averager_bpm;
MovingAverageFilter<kAveragingSamples> averager_r;
MovingAverageFilter<kAveragingSamples> averager_spo2;

// Statistic for pulse oximetry
MinMaxAvgStatistic stat_red;
MinMaxAvgStatistic stat_ir;

// R value to SpO2 calibration factors
float kSpO2_A = 1.5958422;
float kSpO2_B = -34.6596622;
float kSpO2_C = 112.6898759;

// Timestamp of the last heartbeat
long last_heartbeat = 0;

// Timestamp for finger detection
long finger_timestamp = 0;
bool finger_detected = false;

// Last diff to detect zero crossing
float last_diff = NAN;
bool crossed = false;
long crossed_time = 0;

int lowsopcount =0;

void loop() {

  unsigned int val; //定义变量val
  unsigned int dat;//定义变量dat
  val=analogRead(1);//将val设置为读取到的A0的数值
  dat=(500 * val) /1024; //计算出当前温度数字dat
  auto sample = sensor.readSample(1000);
  float current_value_red = sample.red;
  float current_value_ir = sample.ir;
  // Detect Finger using raw sensor value
  if(sample.red > kFingerThreshold) {
    if(millis() - finger_timestamp > kFingerCooldownMs) {
      finger_detected = true;
    }
  }
  else {
    // Reset values if the finger is removed
    differentiator.reset();
    averager_bpm.reset();
    averager_r.reset();
    averager_spo2.reset();
    low_pass_filter_red.reset();
    low_pass_filter_ir.reset();
    high_pass_filter.reset();
    stat_red.reset();
    stat_ir.reset();

    finger_detected = false;
    finger_timestamp = millis();
  }

  if(finger_detected) {
    current_value_red = low_pass_filter_red.process(current_value_red);
    current_value_ir = low_pass_filter_ir.process(current_value_ir);

    // Statistics for pulse oximetry
    stat_red.process(current_value_red);
    stat_ir.process(current_value_ir);

    // Heart beat detection using value for red LED
    float current_value = high_pass_filter.process(current_value_red);
    float current_diff = differentiator.process(current_value);

    // Valid values?
    if(!isnan(current_diff) && !isnan(last_diff)) {

      // Detect Heartbeat - Zero-Crossing
      if(last_diff > 0 && current_diff < 0) {
        crossed = true;
        crossed_time = millis();
      }

      if(current_diff > 0) {
        crossed = false;
      }

      // Detect Heartbeat - Falling Edge Threshold
      if(crossed && current_diff < kEdgeThreshold) {
        if(last_heartbeat != 0 && crossed_time - last_heartbeat > 300) {
          // Show Results
          int bpm = 60000/(crossed_time - last_heartbeat);
          float rred = (stat_red.maximum()-stat_red.minimum())/stat_red.average();
          float rir = (stat_ir.maximum()-stat_ir.minimum())/stat_ir.average();
          float r = rred/rir;
          float spo2 = kSpO2_A * r * r + kSpO2_B * r + kSpO2_C;

          if(bpm > 50 && bpm < 250) {
            // Average?
            if(kEnableAveraging) {
              int average_bpm = averager_bpm.process(bpm);
              int average_r = averager_r.process(r);
              int average_spo2 = averager_spo2.process(spo2);

              // Show if enough samples have been collected
              if(averager_bpm.count() >= kSampleThreshold) {
                Serial.print("Time (ms): ");
                Serial.println(millis());
                Serial.print("Heart Rate (avg, bpm): ");
                Serial.println(average_bpm);
                Serial.print("R-Value (avg): ");
                Serial.println(average_r);  
                Serial.print("SpO2 (avg, %): ");
                Serial.println(average_spo2);
                if( average_spo2 >100) average_spo2 = 100;  
                display.clearDisplay();                                   //Clear the display      
                display.setTextSize(2);                                   //Near   it display the average BPM you can display the BPM if you want
                display.setTextColor(WHITE);   
                display.setCursor(15,0);               
                display.println("BPM");              
                display.setCursor(70,0);               
                display.println(bpm);
                display.setCursor(15,18);               
                display.println("SpO2");              
                display.setCursor(70,18);               
                display.println((int)average_spo2);  
                display.setCursor(15,36);               
                display.println("TMP");              
                display.setCursor(70,36);               
                display.println((int)dat);  

                display.display();

                if ((int)average_spo2 < spo2limit){
                  lowsopcount++;
                  if (lowsopcount >3) {
                      tone(3,1000);                                        //And   tone the buzzer for a 100ms you can reduce it it will be better
                      delay(1000);
                      noTone(3);                    
                  }
                }
                if((int)average_spo2 >spo2limit)    lowsopcount = 0;            
              }
            }
            else {
              Serial.print("Time (ms): ");
              Serial.println(millis());
              Serial.print("Heart Rate (current, bpm): ");
              Serial.println(bpm);  
              Serial.print("R-Value (current): ");
              Serial.println(r);
              Serial.print("SpO2 (current, %): ");
              Serial.println(spo2);
              if( spo2 >100) spo2 = 100;   
              display.clearDisplay();                                   //Clear the display      
              display.setTextSize(2);                                   //Near   it display the average BPM you can display the BPM if you want
              display.setTextColor(WHITE);   
              display.setCursor(15,0);               
              display.println("BPM");              
              display.setCursor(70,0);               
              display.println(bpm);
              display.setCursor(15,18);               
              display.println("SpO2");              
              display.setCursor(70,18);               
              display.println((int)spo2);
              display.setCursor(15,36);               
              display.println("TMP");              
              display.setCursor(70,36);               
              display.println((int)dat);   
              display.display();
              if ((int)spo2 < spo2limit){
                lowsopcount++;
                  if (lowsopcount >3) {
                      tone(3,1000);                                        //And   tone the buzzer for a 100ms you can reduce it it will be better
                      delay(1000);
                      noTone(3);                    
                  }
                }
              if((int)spo2 >spo2limit)    lowsopcount = 0;  
            }
          }

          // Reset statistic
          stat_red.reset();
          stat_ir.reset();
        }

        crossed = false;
        last_heartbeat = crossed_time;
      }
    }

    last_diff = current_diff;
  }
}
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