เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบ Iot โดยใช้เครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนสูงสุด 30100 และ esp32

Pulse oximetry เป็นเครื่องมือวัดทางการแพทย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นการทดสอบที่ไม่รุกรานและไม่เจ็บปวดซึ่งจะวัดระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดของเราซึ่งสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของออกซิเจนได้อย่างง่ายดาย ในสถานการณ์ Covid-19 ในปัจจุบันการติดตามระดับออกซิเจนของผู้ป่วยหลายรายในเวลาเดียวกันจากระยะไกลเป็นสิ่งสำคัญโดยไม่ต้องสัมผัสกับผู้ป่วย

ดังนั้นในโครงการนี้เราจึงสร้างเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนโดยใช้MAX30100 Pulse oximeterและ ESP32 ซึ่งจะติดตามระดับออกซิเจนในเลือดและส่งข้อมูลผ่านอินเทอร์เน็ตโดยเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi ด้วยวิธีนี้เราสามารถตรวจสอบผู้ป่วยหลายรายจากระยะไกลโดยรักษาระยะห่างทางสังคมกับผู้ป่วย ข้อมูลที่ได้จะแสดงเป็นกราฟซึ่งช่วยให้ติดตามและวิเคราะห์อาการของผู้ป่วยได้ง่ายขึ้น ก่อนหน้านี้เราได้สร้างเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจอื่น ๆ โดยใช้เซ็นเซอร์ชีพจร และหากคุณสนใจโครงการอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ Covid-19 คุณสามารถตรวจสอบเครื่องวัดอุณหภูมิร่างกายมนุษย์, เครื่องวัดอุณหภูมิ IR อัจฉริยะสำหรับการตรวจวัดไข้และเครื่องสแกนอุณหภูมิแบบติดผนังที่เราสร้างขึ้นก่อนหน้านี้

นอกจากการประยุกต์ใช้ Covid-19 แล้วโครงการนี้ยังสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) โรคหอบหืดปอดบวมมะเร็งปอดโรคโลหิตจางหัวใจวายหรือหัวใจล้มเหลวหรือความบกพร่องของหัวใจพิการ แต่กำเนิด

โปรดทราบว่าเซ็นเซอร์ที่ใช้ในโครงการนี้ไม่ได้รับการจัดอันดับทางการแพทย์และโครงการนี้ไม่ได้รับการทดสอบสำหรับการใช้งานที่ป้องกันความล้มเหลว ใช้เครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ได้รับการจัดอันดับทางการแพทย์เพื่อตรวจสอบระดับชีพจรและออกซิเจนของผู้ป่วยและปรึกษาแพทย์ โครงการที่กล่าวถึงนี้จัดทำขึ้นเพื่อการศึกษาเท่านั้น

MAX30100 เซนเซอร์

เซ็นเซอร์ MAX30100 เป็นเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในตัวและโมดูลตรวจวัดอัตราการเต้นของหัวใจ จะสื่อสารกับสายข้อมูล I2C และให้ข้อมูลSpO2 และ Pulseไปยังหน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ของโฮสต์ มันใช้ตัวตรวจจับแสงซึ่งเป็นองค์ประกอบออปติคอลที่ LED IR สีแดงและสีเขียวปรับสัญญาณพัลส์ LED กระแสไฟ LED สามารถกำหนดค่าได้ตั้งแต่ 0 ถึง 50mA ภาพด้านล่างแสดงเซ็นเซอร์ MAX30100

โมดูลเซ็นเซอร์ด้านบนใช้งานได้กับ 1.8V ถึงช่วง 5.5V ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสำหรับพิน I2C รวมอยู่ในโมดูล

ส่วนประกอบที่จำเป็น

การเชื่อมต่อ WiFi
ESP32
MAX30100 เซนเซอร์
ID ผู้ใช้ Adafruit IO และแดชบอร์ดที่สร้างขึ้นเอง (จะปรับปรุงเพิ่มเติม)
5V แหล่งจ่ายไฟเพียงพอที่มีกระแสไฟฟ้าอย่างน้อย 1A
สาย USB Micro USB เป็น USBA
พีซีที่มี Arduino IDE พร้อมสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม ESP32

การเชื่อมต่อ MAX30100 Oximeter กับ ESP32

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์สำหรับ MAX30100 พร้อม ESP32มีดังต่อไปนี้

นี่เป็นแผนผังที่เรียบง่ายมาก ขา 21 และ 22 ของ ESP32 devkit C เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์วัดความอิ่มตัวของออกซิเจน MAX30100 พร้อมขา SDA และ SCL Oximeter ยังใช้พลังงานจากขา 5V บนบอร์ดพัฒนา ESP32 ฉันทำการเชื่อมต่อโดยใช้เขียงหั่นขนมและสายเชื่อมต่อและการตั้งค่าการทดสอบของฉันมีลักษณะดังนี้ -

Adafruit IO พร้อม ESP32 สำหรับการตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจ

ก่อนหน้านี้เราได้สร้างโครงการ Adafruit IO สำหรับแอปพลิเคชัน IoT ต่างๆ Adafruit IO เป็นแพลตฟอร์มที่ยอดเยี่ยมที่สามารถสร้างแดชบอร์ดแบบกำหนดเองได้ ในการสร้างแดชบอร์ดที่กำหนดเองสำหรับเซ็นเซอร์ Pulse-Oximeter ที่ใช้ IoT ให้ใช้ขั้นตอนด้านล่าง -

ขั้นตอนที่ 1: ลงทะเบียนครั้งแรกใน adafruit IO หลังจากระบุชื่อ Fist นามสกุลที่อยู่อีเมลชื่อผู้ใช้และรหัสผ่าน

ขั้นตอนที่ 2: หน้าต่างแดชบอร์ดว่างจะเปิดขึ้นหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการลงชื่อเข้าใช้ ในส่วนนี้เราจะต้องสร้างแดชบอร์ดเพื่อแสดงข้อมูลในรูปแบบต่างๆ ดังนั้นถึงเวลาสร้างแดชบอร์ดใหม่และระบุชื่อแดชบอร์ดและคำอธิบาย

ขั้นตอนที่ 3:หลังจากกรอกแบบฟอร์มด้านบนแล้วก็ได้เวลาสร้างกราฟและส่วนควบคุมสำหรับเซ็นเซอร์

เลือกบล็อกสวิตช์ จำเป็นสำหรับการเปิดหรือปิดเซ็นเซอร์วัดความอิ่มตัวของออกซิเจน

ขั้นตอนที่ 4:จดชื่อบล็อก ดังที่เราเห็นในภาพด้านบนฟังก์ชันสลับจะมีสองสถานะคือเปิดและปิด ในขั้นตอนเดียวกันให้เลือกบล็อกกราฟ

ส่วนกราฟนี้จำเป็นต้องเลือกสองครั้งเนื่องจากกราฟจะแสดงสองกราฟ Heart bit และ SpO2 ทั้งสองส่วนถูกสร้างขึ้น อย่างที่เราเห็นเราได้เลือกฟังก์ชันอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นตอนต่อไปและขั้นสุดท้ายคือการมีคีย์ adafruit อย่างที่เราเห็นเราได้รับคีย์ adafruit และจำเป็นต้องเพิ่มในโค้ด

ตอนนี้ Adafruit IO ได้รับการกำหนดค่าแล้ว ได้เวลาเตรียมฮาร์ดแวร์และสร้างเฟิร์มแวร์สำหรับโครงการนี้

คำอธิบายรหัส

รหัสนี้ใช้หลายไลบรารีและทั้งหมดมีความสำคัญ ไลบรารีคือไลบรารีเซ็นเซอร์ MAX30100 Pulse oximeter, Wire.h สำหรับ I2C, WiFi.h สำหรับการสนับสนุนที่เกี่ยวข้องกับ WiFi ใน ESP32, Adafruit MQTT และไลบรารี ไคลเอ็นต์ MQTT โปรแกรมที่สมบูรณ์สามารถพบได้ที่ด้านล่างของหน้านี้

ไลบรารีที่กล่าวถึงข้างต้นจะรวมอยู่ที่จุดเริ่มต้นของโค้ด

# รวม # รวม # รวม #include "Adafruit_MQTT.h" #include "Adafruit_MQTT_Client.h" #include "MAX30100_PulseOximeter.h" // used arduino builtin MAX30100 lib (https://github.com/oxullo/Arduino-MAX30100)

คำจำกัดความสองคำถัดไปคือ WLAN SSID และ WLAN Password สิ่งนี้จะต้องเป็นที่แน่นอนและจะใช้โดย ESP32 เพื่อเชื่อมต่อกับเครือข่าย WiFi

#define WLAN_SSID "xxxxxxxxx" #define WLAN_PASS "2581xxxxx2"

ต่อไปเราได้กำหนดคำจำกัดความของ Adafruit io

#define AIO_UPDATE_RATE_SEC 5 #define AIO_SERVER "io.adafruit.com" #define AIO_SERVERPORT 1883 #define AIO_USERNAME "xxxxxxxxxxxxx" #define AIO_KEY "abcdefgh"

อัตราการอัปเดตจะอัปเดตข้อมูลทุก ๆ 5 วินาทีเซิร์ฟเวอร์จะเป็น io.adafruit.com พร้อมพอร์ตเซิร์ฟเวอร์ 1883 ชื่อผู้ใช้และรหัสผ่านจะเป็นชื่อผู้ใช้และรหัสผ่านที่สร้างขึ้นจากแดชบอร์ด IO ของ adafruit มันจะแตกต่างกันสำหรับทุกคนและจำเป็นต้องสร้างขึ้นตามที่อธิบายไว้ในส่วนการตั้งค่า adafruit

หลังจากนั้นพอร์ต I2C จะถูกกำหนดดังแสดงในแผนผัง

#define I2C_SDA 21 # กำหนด I2C_SCL 22

จากนั้นจะใช้ตัวแปรสามตัวในการจัดเก็บรายงานล่าสุดและค่า bpm และ spo2

uint32_t tsLastReport = 0; ลอย bpm_dt = 0; ลอย spo2_dt = 0;

MQTT ทำงานร่วมกับโมเดลย่อย (เผยแพร่และสมัครรับข้อมูล) ในรูปแบบการทำงานนี้อุปกรณ์ที่ส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์ Adafruit จะอยู่ในโหมดเผยแพร่โดยที่เซิร์ฟเวอร์ Adafruit IO สมัครรับข้อมูลจุดเดียวกัน ในผลดังกล่าวเมื่อใดก็ตามที่อุปกรณ์เผยแพร่ข้อมูลใหม่ใด ๆ เซิร์ฟเวอร์ที่สมัครรับข้อมูลเดียวกันจะได้รับข้อมูลและดำเนินการที่จำเป็น

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อเซิร์ฟเวอร์เผยแพร่ข้อมูลและอุปกรณ์สมัครรับข้อมูล ในแอปพลิเคชันของเราอุปกรณ์จะส่งข้อมูลของ SPO2 และ BPM ไปยังเซิร์ฟเวอร์ดังนั้นจึงเผยแพร่เหมือนกันและได้รับสถานะเปิด - ปิดจากเซิร์ฟเวอร์จึงสมัครรับข้อมูลนี้ สิ่งนี้กำหนดค่าไว้ในข้อมูลโค้ดที่อธิบายไว้ด้านล่าง -

ไคลเอนต์ WiFiClient; Adafruit_MQTT_Client mqtt (& ลูกค้า, AIO_SERVER, AIO_SERVERPORT, AIO_USERNAME, AIO_KEY); Adafruit_MQTT_Subscribe sw_sub = Adafruit_MQTT_Subscribe (& mqtt, AIO_USERNAME "/ feeds / switch"); // สังเกตเส้นทาง MQTT สำหรับ AIO ตามแบบฟอร์ม: / feeds / Adafruit_MQTT_Publish bpm_pub = Adafruit_MQTT_Publish (& mqtt, AIO_USERNAME "/ feeds / bpm"); Adafruit_MQTT_Publish spo2_pub = Adafruit_MQTT_Publish (& mqtt, AIO_USERNAME "/ feeds / SpO2");

ในฟังก์ชั่น การตั้งค่า เรากำลังเริ่ม I2C โดยเชื่อมต่อ WiFi กับ SSID และรหัสผ่านที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและเริ่มกระบวนการสมัครสมาชิก MQTT สำหรับสถานะสวิตช์ (ปุ่มสวิตช์ที่สร้างขึ้นในแดชบอร์ด Adafruit IO)

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {Serial.begin (115200); Wire.begin (I2C_SDA, I2C_SCL); WiFi.begin (WLAN_SSID, WLAN_PASS); ในขณะที่ (WiFi.status ()! = WL_CONNECTED) {ล่าช้า (500); Serial.print ("."); } Serial.println (); Serial.println ("เชื่อมต่อ WiFi แล้ว"); Serial.println ("ที่อยู่ IP:"); Serial.println (WiFi.localIP ()); mqtt.subscribe (& sw_sub); Serial.print ("การเริ่มต้นชีพจร oximeter.. "); // เริ่มต้นอินสแตนซ์ PulseOximeter // ความล้มเหลวโดยทั่วไปเกิดจากการเดินสาย I2C ที่ไม่เหมาะสมแหล่งจ่ายไฟขาดหายไป // หรือชิปเป้าหมายผิดถ้า (! pox.begin ()) {Serial.println ("FAILED"); สำหรับ(;;); } else {Serial.println ("SUCCESS"); } // กระแสเริ่มต้นสำหรับ IR LED คือ 50mA และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ // โดยไม่ใส่เครื่องหมายในบรรทัดต่อไปนี้ ตรวจสอบ MAX30100_Registers.h สำหรับ // ตัวเลือกที่มีทั้งหมด โรคฝีsetIRLedCurrent (MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // ลงทะเบียนการโทรกลับสำหรับการตรวจจับจังหวะ pox.setOnBeatDetectedCallback (onBeatDetected); stopReadPOX (); }

หลังจากทั้งหมดนี้ max30100 จะเริ่มต้นด้วยการตั้งค่ากระแสไฟ led การตั้งค่าปัจจุบันที่แตกต่างกันยังมีอยู่ในไฟล์ส่วนหัว MAX30100 สำหรับการกำหนดค่าต่างๆ ฟังก์ชันเรียกกลับการตรวจจับการเต้นของหัวใจจะเริ่มทำงานด้วย หลังจากการตั้งค่าทั้งหมดนี้เซ็นเซอร์ oximeter จะหยุดทำงาน

ใน วง ฟังก์ชั่นการเชื่อมต่อ MQTT จะเริ่มต้นและรูปแบบการสมัครมีการตรวจสอบในทุก 5000 มิลลิวินาที ในสถานการณ์เช่นนี้ถ้าสวิทช์เปิดอยู่ก็จะเริ่มที่จะอ่านเซ็นเซอร์ oximeter และเผยแพร่ข้อมูลของการเต้นของหัวใจและความคุ้มค่า SPO2 หากปิดสวิตช์สวิตช์จะระงับงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์วัดความอิ่มตัวของออกซิเจน

ห่วงเป็นโมฆะ () {MQTT_connect (); Adafruit_MQTT_Subscribe * สมัครสมาชิก; ในขณะที่ ((subscription = mqtt.readSubscription (5000))) (if (subscription == & sw_sub) {Serial.print (F ("Got:")); Serial.println ((ถ่าน *) sw_sub.lastread); ถ้า (! strcmp ((ถ่าน *) sw_sub.lastread, "ON")) {Serial.print (("เริ่ม POX… ")); startReadPOX (); BaseType_t xReturned; if (poxReadTaskHld == NULL) {xReturned = xTaskCreate (poxReadTask, / * ฟังก์ชันที่ใช้งาน * / "pox_read", / * ชื่อข้อความสำหรับงาน * / 1024 * 3, / * ขนาดกองเป็นคำไม่ใช่ ไบต์. * / NULL, / * พารามิเตอร์ที่ส่งผ่านไปยังงาน * / 2, / * ลำดับความสำคัญที่งานถูกสร้างขึ้น * / & poxReadTaskHld); / * ใช้เพื่อส่งต่อหมายเลขอ้างอิงของงานที่สร้างขึ้น * /} ล่าช้า (100); ถ้า (mqttPubTaskHld == NULL) {xReturned = xTaskCreate (mqttPubTask,/ * ฟังก์ชันที่ใช้ในการทำงาน * / "mqttPub", / * ชื่อข้อความสำหรับงาน * / 1024 * 3, / * ขนาดกองเป็นคำไม่ใช่ไบต์ * / NULL, / * พารามิเตอร์ที่ส่งเข้าไปในงาน * / 2, / * ลำดับความสำคัญที่สร้างงาน * / & mqttPubTaskHld); / * ใช้เพื่อส่งต่อหมายเลขอ้างอิงของงานที่สร้างขึ้น * /}} else {Serial.print (("หยุด POX… ")); // Detele POX อ่านงานถ้า (poxReadTaskHld! = NULL) vTaskDelete (poxReadTaskHld); poxReadTaskHld = NULL; } // ลบงาน MQTT Pub ถ้า (mqttPubTaskHld! = NULL) {vTaskDelete (mqttPubTaskHld); mqttPubTaskHld = NULL; } stopReadPOX (); }}}}/ * ใช้เพื่อส่งต่อหมายเลขอ้างอิงของงานที่สร้างขึ้น * /}} else {Serial.print (("หยุด POX… ")); // Detele POX อ่านงานถ้า (poxReadTaskHld! = NULL) vTaskDelete (poxReadTaskHld); poxReadTaskHld = NULL; } // ลบงาน MQTT Pub ถ้า (mqttPubTaskHld! = NULL) {vTaskDelete (mqttPubTaskHld); mqttPubTaskHld = โมฆะ; } stopReadPOX (); }}}}/ * ใช้เพื่อส่งต่อหมายเลขอ้างอิงของงานที่สร้างขึ้น * /}} else {Serial.print (("หยุด POX… ")); // Detele POX อ่านงานถ้า (poxReadTaskHld! = NULL) vTaskDelete (poxReadTaskHld); poxReadTaskHld = NULL; } // ลบงาน MQTT Pub ถ้า (mqttPubTaskHld! = NULL) {vTaskDelete (mqttPubTaskHld); mqttPubTaskHld = โมฆะ; } stopReadPOX (); }}}}

การสาธิต Pulse Oximeter โดยใช้ IoT

วงจรเชื่อมต่ออย่างถูกต้องใน breadboard และโปรแกรมที่ระบุด้านล่างจะถูกอัปโหลดไปยัง ESP32 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เปลี่ยนข้อมูลรับรอง Wi-Fi และ Adafruit ให้สอดคล้องกันในรหัสของคุณเพื่อให้ใช้งานได้สำหรับคุณ

หลังจากการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ WiFi และ Adafruit IO ก็เริ่มทำงานตามที่คาดไว้

ดังที่เราเห็นว่าระดับ SPO2 กำลังแสดง 96% และการเต้นของหัวใจกำลังแสดง 78 ถึง 81 บิตต่อนาที นอกจากนี้ยังให้เวลาในการจับข้อมูล

ดังที่เราเห็นในภาพด้านบนสวิตช์จะปิดและข้อมูลเป็น 0 คุณสามารถดูวิดีโอการทำงานทั้งหมดของโครงการได้ที่ด้านล่างของหน้านี้

หวังว่าคุณชอบบทความและเรียนรู้สิ่งที่มีประโยชน์ถ้าคุณมีคำถามใด ๆ โปรดปล่อยให้พวกเขาในการแสดงความคิดเห็นด้านล่างหรือโพสต์ไว้บนของเราฟอรั่ม