資料介紹
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PCBWay定制PCB
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阿杜諾納米
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MAX30102 脈搏血氧儀和心率傳感器
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MAX30100 脈搏血氧儀和心率傳感器(可選)
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5mm共陽(yáng)極RGB LED
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按鈕 (6x6)
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220Ω電阻
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電源插座
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外接電池
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描述
帶涂鴉智能的物聯(lián)網(wǎng)心率 (BPM) 監(jiān)測(cè)和追蹤器
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心率或脈搏是您每分鐘心跳的次數(shù) (BPM)。雖然心臟在全身循環(huán)氧氣和富含營(yíng)養(yǎng)的血液,但心率是這一過(guò)程的基礎(chǔ),因?yàn)樾呐K的功能(稱為“心輸出量”)與心率和每搏輸出量(泵出的血液量)直接相關(guān)每拍)。因此,心率或節(jié)律的快速激增或耗竭可能表明患有心臟病、肺部疾病或其他問題。因此,跟蹤我們的心率可以讓我們深入了解我們的整體健康狀況。
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雖然監(jiān)測(cè)和跟蹤心率(BPM)的方法和系統(tǒng)非常豐富,但在這個(gè)項(xiàng)目中,我專注于開發(fā)一種新設(shè)備,該設(shè)備具有易于理解的移動(dòng)應(yīng)用程序界面,兼容Android和iOs,用于觀察心率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。脈搏血氧計(jì)傳感器。
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我決定在這個(gè)項(xiàng)目中使用涂鴉 IoT 平臺(tái),因?yàn)樗梢宰屛议_發(fā)一個(gè)兼容各種操作系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用程序接口,并將信息保存到涂鴉云,以跟蹤脈搏血氧儀傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在接下來(lái)的步驟中,我將詳細(xì)解釋我是如何利用涂鴉 IoT 平臺(tái)來(lái)改進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目的。
當(dāng)我從頭開始開發(fā)此設(shè)備以監(jiān)測(cè)和跟蹤心率 (BPM) 時(shí),我不想讓該設(shè)備僅與一種類型的脈搏血氧計(jì)傳感器一起工作。因此,該設(shè)備支持連接到 Arduino Nano 的兩種不同傳感器類型:
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- MAX30102
- MAX30100
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我可以使用上面提到的兩個(gè)傳感器,但我決定使用 MAX30102。然后,我連接了一塊 SSD1306 OLED(128x64)屏幕顯示心率(BPM),然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到涂鴉云。
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最后,我添加了一個(gè) 5mm 共陽(yáng)極 RGB LED 來(lái)顯示設(shè)備與涂鴉云的連接狀態(tài)。
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在涂鴉云支持的移動(dòng)應(yīng)用界面上,設(shè)備可以讓用戶展示三個(gè)不同的數(shù)據(jù)點(diǎn),并帶有相關(guān)圖表:
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- Finger_In - 手指定位
- Respiratory_Rate - BPM
- Blood_Oxygen - SpO2(可選)
- Blood_Oxygen - 紅光測(cè)量(可選)
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在面包板上完成接線并測(cè)試代碼后,我設(shè)計(jì)了受呼吸系統(tǒng)啟發(fā)的 PCB,作為心率顯著性的指標(biāo)。因此,該設(shè)備成為監(jiān)測(cè)和跟蹤心率的時(shí)尚且實(shí)用的設(shè)備:)
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第 1 步:設(shè)計(jì)和焊接 IoT 心率監(jiān)測(cè)器 PCB
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在對(duì)我的 PCB 設(shè)計(jì)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)之前,我在面包板上使用 Arduino Nano 和 ESP8266 測(cè)試了所有連接和布線。
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然后,我使用 KiCad 設(shè)計(jì)了 ??IoT 心率監(jiān)測(cè)器 PCB - 靈感來(lái)自珍貴的呼吸系統(tǒng) :) 我在下面附上了 PCB 的 Gerber 文件,所以如果您愿意,您可以從 PCBWay 訂購(gòu)此 PCB,以創(chuàng)建合適且有效的使用涂鴉智能監(jiān)測(cè)和跟蹤脈搏血氧儀傳感器生成的數(shù)據(jù)的設(shè)備。
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首先,通過(guò)使用烙鐵,我連接了接頭(母頭)、MAX30102 脈搏血氧計(jì)傳感器、按鈕(6x6)、5mm 共陽(yáng)極 RGB LED、220Ω 電阻和電源插孔。
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PCB上的元件清單:
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A1(Arduino Nano 接頭)
ESP_1(NodeMCU V3 LoLin ESP8266 的標(biāo)頭)
S1(SSD1306 OLED 屏幕接頭)
M_X1 (MAX30102)
M_X2 (MAX30100)
K1(6x6 按鈕)
D1 (5mm 共陽(yáng)極 RGB LED)
R1、R2、R3(220Ω電阻)
J1(電源插孔)
J2(外部電池接頭)
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第二步:在涂鴉IoT平臺(tái)上創(chuàng)建新產(chǎn)品
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涂鴉智能是一個(gè)全球物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),為品牌、OEM、制造商和零售連鎖店提供智能家居產(chǎn)品。但是,涂鴉并非只為公司提供服務(wù)和 API。涂鴉已經(jīng)建立了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái),為開發(fā)者提供一整套產(chǎn)品,包括平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)、軟件即服務(wù)(SaaS)和其他基于云的服務(wù)。涂鴉云平臺(tái)構(gòu)建了蓬勃發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng),提供超過(guò) 1100 個(gè)品類、410,000 多個(gè)產(chǎn)品 SKU,覆蓋 220 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
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涂鴉物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)?讓用戶從零開始開發(fā)智能產(chǎn)品,并提供針對(duì)不同產(chǎn)品類型的內(nèi)置功能。此外,涂鴉 SDK 允許通過(guò)串行通信控制帶有開發(fā)板的注冊(cè)和授權(quán)產(chǎn)品。您可以從涂鴉開發(fā)者平臺(tái)獲取更多關(guān)于涂鴉 SDK 的信息?。
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在使用涂鴉 IoT 平臺(tái)為該項(xiàng)目創(chuàng)建定制產(chǎn)品時(shí),我決定將 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 轉(zhuǎn)換為注冊(cè)和授權(quán)的涂鴉產(chǎn)品。然后,我使用 Arduino Nano 與授權(quán)產(chǎn)品(ESP8266)進(jìn)行通信。借助涂鴉官方 Arduino 庫(kù),Arduino Nano 可以通過(guò)串口通訊方式與授權(quán)產(chǎn)品進(jìn)行通信,在連接涂鴉智能 App 后,向涂鴉云發(fā)送數(shù)據(jù)并接收來(lái)自涂鴉云的指令。
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? 首先,進(jìn)入?涂鴉賬號(hào)注冊(cè)頁(yè)面?,創(chuàng)建一個(gè)開發(fā)者賬號(hào)。
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? 然后,進(jìn)入涂鴉IoT平臺(tái),點(diǎn)擊:
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創(chuàng)造 ?找不到類別?
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? 輸入所需的產(chǎn)品信息:
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- 協(xié)議 ?無(wú)線上網(wǎng)
- 電源類型 ? 標(biāo)準(zhǔn)功耗
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? 創(chuàng)建產(chǎn)品后,從標(biāo)準(zhǔn)功能中選擇要添加到產(chǎn)品的功能,如果標(biāo)準(zhǔn)功能不支持,則創(chuàng)建新功能(自定義)。
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標(biāo)準(zhǔn)功能是指涂鴉為其產(chǎn)品類別提供的功能。由于有很多內(nèi)置產(chǎn)品,很容易找到您需要的功能。此外,您可以?根據(jù)您的項(xiàng)目創(chuàng)建名為Custom functions的專用函數(shù)。
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數(shù)據(jù)點(diǎn)(DP)是一個(gè)函數(shù)的抽象表示,每個(gè)函數(shù)都有一個(gè)ID和數(shù)據(jù)類型。
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數(shù)據(jù)點(diǎn)ID(DP ID):表示數(shù)據(jù)點(diǎn)(功能)的代碼。涂鴉云通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn) ID 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。
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數(shù)據(jù)類型:布爾值、值(整數(shù))、枚舉、故障、字符和 RAW。
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由于涂鴉提供了一些內(nèi)置的血氧儀功能,我不必為我的產(chǎn)品創(chuàng)建新功能:
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- Finger_In - 104 - 布爾
- Respiratory_Rate - 102 - 值
- Blood_Oxygen(或紅燈) - 103 - 值
- Blood_Oxygen 數(shù)據(jù) - 101 - 原始(可選)
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? 然后,進(jìn)入?硬件開發(fā)?,選擇?涂鴉標(biāo)準(zhǔn)模塊 SDK?下?的TYWE3S Wi-Fi 模塊。它與 ESP-12E (ESP8266) 模塊有一個(gè)無(wú)法區(qū)分的引腳排列。
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步驟 2.1:開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用程序界面(面板)
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? 成功創(chuàng)建產(chǎn)品后,進(jìn)入設(shè)備面板。然后,單擊 Visualized DIY Panel 下的 Create Blank Panel。
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? 現(xiàn)在,使用拖放組件設(shè)計(jì)面板(移動(dòng)應(yīng)用程序界面)。它類似于 MIT App Inventor。
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? 設(shè)計(jì)面板后,單擊“?釋放”?按鈕并輸入所需信息。
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? 最后,??在 Android 或 iOS 上下載涂鴉智能應(yīng)用并注冊(cè)。
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我將通過(guò)以下步驟向您展示如何使用涂鴉智能應(yīng)用程序連接產(chǎn)品(ESP8266)。
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第三步:注冊(cè)并授權(quán) ESP8266 為涂鴉產(chǎn)品
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為了能夠使用 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 作為本項(xiàng)目的涂鴉產(chǎn)品,您需要使用所需的固件對(duì)其進(jìn)行刷寫和授權(quán)。
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要授權(quán) ESP8266,您必須將產(chǎn)品 ID(PID)和您的涂鴉 IoT 帳戶名(電子郵件)發(fā)送到 dev@tuya.com。一段時(shí)間后,他們會(huì)向您發(fā)送一個(gè)令牌 ID。然后,按照以下步驟操作:
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? 首先,進(jìn)入?涂鴉智能 PMS 系統(tǒng)?,創(chuàng)建一個(gè)開發(fā)者賬號(hào)。
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? 然后,進(jìn)入?生產(chǎn)管理?工單管理 ? 激活碼驗(yàn)證。要激活產(chǎn)品的生產(chǎn)證書,請(qǐng)輸入令牌 ID。確認(rèn) Token ID 后,ESP8266 就可以刷機(jī)和授權(quán)了。
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? ?確認(rèn)后,從?知識(shí)庫(kù)管理下載最新版本的?云模塊測(cè)試平臺(tái)?軟件下載。您可以在下載中找到副本。
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? 下載云模塊后,打開并登錄。然后,進(jìn)入文件?設(shè)置并輸入所需的設(shè)置,如下所示:
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- 燒波特率?921600
- 測(cè)試波特?9600
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? 點(diǎn)擊?輸入令牌?Token?并將 Token ID 粘貼到?Burning Authorization下。不要忘記選擇?固件下載。
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? 現(xiàn)在,通過(guò) USB 線將 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 連接到計(jì)算機(jī)并選擇其端口號(hào),例如?COM5。如果您之前沒有將它與 Arduino IDE 或其他編譯器一起使用,您可能需要安裝?它的驅(qū)動(dòng)程序。
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? 最后點(diǎn)擊?運(yùn)行?刷機(jī),授權(quán)ESP8266為涂鴉產(chǎn)品。
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第 4 步:將 ESP8266 與兼容 Android 和 iOS 的涂鴉智能應(yīng)用程序配對(duì)
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將ESP8266刷機(jī)并授權(quán)為涂鴉產(chǎn)品后,即可通過(guò)涂鴉智能APP輕松連接到涂鴉云進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。
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產(chǎn)品(ESP8266)必須處于網(wǎng)絡(luò)連接模式才能連接涂鴉智能APP。如以下步驟所述,我在設(shè)備上分配了一個(gè)按鈕以在按下時(shí)部署網(wǎng)絡(luò)連接模式。
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? 首先,按下設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)連接按鈕,直到 RGB LED 閃爍綠色。
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? 然后,打開?涂鴉智能應(yīng)用?并登錄。
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? 去?添加設(shè)備?手動(dòng)添加?其他的 ?其他(無(wú)線網(wǎng)絡(luò))。
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? 連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò) (2.4 GHz)。
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? 當(dāng)涂鴉智能應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上找到具有給定設(shè)置的產(chǎn)品時(shí),它會(huì)添加該產(chǎn)品并自動(dòng)將其連接到涂鴉云。
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? 連接后,打開移動(dòng)應(yīng)用程序界面(面板)以監(jiān)控和跟蹤脈搏血氧儀傳感器生成的數(shù)據(jù)。
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Step 5: Arduino Nano 編程,通過(guò) ESP8266(涂鴉設(shè)備)向涂鴉云發(fā)送數(shù)據(jù)
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下載涂鴉MCU SDK Arduino庫(kù),與涂鴉設(shè)備(ESP8266)通信:
涂鴉 MCU SDK Arduino 庫(kù) |?圖書館
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下載從 MAX3010x 傳感器收集數(shù)據(jù)所需的庫(kù):
MAX3010x 傳感器庫(kù) |?圖書館
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下載控制SSD1306 OLED屏幕所需的庫(kù):
Adafruit_SSD1306 |?圖書館
Adafruit_GFX |?圖書館
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? 包含所需的庫(kù)并定義涂鴉設(shè)備(ESP8266)及其連接設(shè)置。
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; ; led_state = ; wifi_key_pin = ;
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? 定義涂鴉設(shè)備(ESP8266)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(DPs)。
? 輸入涂鴉設(shè)備的PID(產(chǎn)品ID)和MCU軟件版本。
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; ; led_state = ; wifi_key_pin = ; dp_array[][ ] = { {DPID_Blood_Oxygen_Data,DP_TYPE_RAW}, {DPID_Respiratory_Rate,DP_TYPE_VALUE}, {DPID_Blood_Oxygen,DP_TYPE_VALUE}, {DPID_Finger_In,DP_TYPE_BOOL}, }; pid[] = { }; mcu_ver[] = { };
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? 定義 MAX3010x (MAX30102) 傳感器及其設(shè)置:
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MAX30105粒子傳感器; RATE_SIZE = ; 率[RATE_SIZE]; 速率點(diǎn) = ; 最后一拍 = ;
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? 定義 SSD1306 OLED 屏幕及其設(shè)置:
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;
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? 初始化聯(lián)網(wǎng)密鑰,設(shè)置涂鴉設(shè)備所需的功能。
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pinMode(wifi_key_pin,INPUT_PULLUP); my_device.init(pid, mcu_ver); my_device.set_dp_cmd_total(dp_array, ); my_device.dp_process_func_register(dp_process); my_device.dp_update_all_func_register(dp_update_all); last_time = 毫秒();
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? 初始化 MAX30102 傳感器并使用默認(rèn)設(shè)置對(duì)其進(jìn)行配置。
? 初始化 SSD1306 OLED 屏幕。
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particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST); 粒子傳感器.setup(); 粒子傳感器.setPulseAmplitudeRed( ); display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, ); 顯示.顯示(); 延遲();
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? 啟動(dòng)與涂鴉設(shè)備的串口通訊(軟件串口)。
? 按下 Wi-Fi Key 引腳 (7) 時(shí)激活網(wǎng)絡(luò)連接模式。
? 涂鴉設(shè)備嘗試連接 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)時(shí),RGB LED 呈綠色閃爍。
? 如果涂鴉設(shè)備(ESP8266)與云服務(wù)器(涂鴉云)連接成功,RGB LED 變?yōu)樗{(lán)色。
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my_device.uart_service(); 按下WiFi Key Pin激活網(wǎng)絡(luò)連接模式 (digitalRead(wifi_key_pin) == LOW) { 延遲(); (digitalRead(wifi_key_pin) == LOW) { my_device.mcu_set_wifi_mode(SMART_CONFIG); } } 涂鴉設(shè)備嘗試連接網(wǎng)絡(luò)時(shí),RGB LED 閃爍綠色: ( () != WIFI_LOW_POWER) && (my_device.mcu_get_wifi_work_state() != WIFI_CONN_CLOUD) && (my_device.mcu_get_wifi_work_state() != WIFI_SATE_UNKNOW)) { (millis()- last_time >= ){ last_time = 毫秒(); 調(diào)整: (led_state == LOW){ led_state = HIGH; (0,255,0 );}{ led_state = 低;調(diào)整();} } } 如果涂鴉設(shè)備(ESP8266)云服務(wù)器: (my_device.mcu_get_wifi_work_state() == WIFI_CONN_CLOUD){調(diào)整( 0,0,255 ) }
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? 從 MAX30102 傳感器獲取 IR 讀數(shù)值。
? 如果脈搏血氧儀傳感器檢測(cè)到手指:
? 更新涂鴉設(shè)備的 Finger_In 數(shù)據(jù)點(diǎn) - ON。
? 檢查心跳并使用速率數(shù)組中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)計(jì)算平均心跳 (BPM)。
? 在 SSD1306 屏幕上顯示 BPM 值。
? 更新涂鴉設(shè)備的 Respiratory_Rate (BPM) 和 Blood_Oxygen(SpO2 或紅光測(cè)量)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
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irValue =particleSensor.getIR(); my_device.mcu_dp_update(DPID_Finger_In, , ); 手指輸入 =; } display.clearDisplay(); display.drawBitmap( , , 心率, , , SSD1306_WHITE); 顯示.setTextSize( ); display.setCursor( , ); display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE); display.println( ); 顯示.setTextSize( ); display.setCursor( , ); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); display.println(beatAvg); 顯示.顯示(); lastBeat = 毫秒(); beatsPerMinute = / (delta / ); (beatsPerMinute < && beatsPerMinute > ){ rates[rateSpot++] = ( )beatsPerMinute; rateSpot %= RATE_SIZE; beatAvg = ; (x = ; x < RATE_SIZE ; x++) beatAvg += 比率[x]; beatAvg /= RATE_SIZE; } my_device.mcu_dp_update(DPID_Respiratory_Rate, beatAvg, ); Spo2_or_Red_Light( ); my_device.mcu_dp_update(DPID_Blood_Oxygen, _value, ); } } }
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? 在 Spo2_or_Red_Light 函數(shù)中,返回紅光讀數(shù)值或脈搏血氧儀傳感器產(chǎn)生的 SpO2。
我使用紅光測(cè)量值來(lái)更新 Blood_Oxygen 數(shù)據(jù)點(diǎn),因?yàn)橛糜谠u(píng)估 SpO2 的代碼與該項(xiàng)目的其他功能沖突。
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{
(option){
:
_value = (particleSensor.getRed(), , , , );
;
:
_value = ;
;
}
}
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? 如果脈搏血氧儀傳感器未檢測(cè)到手指:
? 更新涂鴉設(shè)備的 Finger_In 數(shù)據(jù)點(diǎn) - OFF。
? 顯示“放上你的食指!” 在 SSD1306 屏幕上。
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如果傳感器上沒有手指: irValue ) if finger_in == ){ my_device.mcu_dp_update(DPID_Finger_In,,); 手指輸入 =; } 節(jié)拍平均值= ; display.clearDisplay(); display.drawBitmap( , , 觸摸, , , SSD1306_WHITE); 顯示.setTextSize( ); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); display.setCursor( , ); display.println( ); display.setCursor( , ); display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE); display.println( ); display.setCursor( , ); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); display.println( ); 顯示.顯示(); }
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? 在 dp_update_all 函數(shù)中,使用默認(rèn)值 - 20、20、false 更新所有數(shù)據(jù)點(diǎn) (DP):
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{
my_device.mcu_dp_update(DPID_Respiratory_Rate, , );
my_device.mcu_dp_update(DPID_Blood_Oxygen, , );
my_device.mcu_dp_update(DPID_Finger_In,,);
}
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步驟 5.2:使用 SSD1306 OLED 屏幕顯示圖像
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為了能夠使用 SSD1306 OLED 屏幕顯示圖像,您需要先將單色位圖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)數(shù)組,然后再將它們添加到您的代碼中。
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? 首先,下載?液晶助手。
? 然后,上傳單色位圖并根據(jù)屏幕類型選擇垂直或水平。
? 轉(zhuǎn)換圖像(位圖)并保存輸出(數(shù)據(jù)數(shù)組)。
? 最后,將數(shù)據(jù)數(shù)組添加到代碼中并在屏幕上打印:
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PROGMEM touch [] = { , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , }; ... display.clearDisplay(); display.drawBitmap( , , 觸摸, , , SSD1306_WHITE);
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連接和調(diào)整
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完成焊接并上傳代碼后,我通過(guò)接頭將所有剩余的組件連接到板上 - Arduino Nano、NodeMCU V3 LoLin ESP8266 和 SSD1306 OLED (128x64)。
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該板支持兩種不同的脈搏血氧儀傳感器:
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- MAX30102
- MAX30100
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您可以焊接 MAX30100 而不是 MAX30102,如下所示:
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模式和功能
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?? ?? 如果按下網(wǎng)絡(luò)連接按鈕,設(shè)備將激活網(wǎng)絡(luò)連接模式。然后,當(dāng) NodeMCU V3 LoLin ESP8266(涂鴉設(shè)備)嘗試通過(guò)涂鴉智能應(yīng)用連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)時(shí),RGB LED 閃爍綠色。
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?? ?? NodeMCU V3 LoLin ESP8266(涂鴉設(shè)備)通過(guò)涂鴉智能APP連接涂鴉云成功后,設(shè)備RGB LED燈為藍(lán)色。
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?? ?? 如果脈搏血氧儀傳感器未檢測(cè)到手指,設(shè)備會(huì)顯示?“放上你的食指!” ?SSD1306 OLED屏幕上。然后,在?涂鴉云中將 Finger_In?數(shù)據(jù)點(diǎn)更新為 OFF。
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?? ?? 否則,設(shè)備會(huì)在屏幕上顯示 BPM 并更新涂鴉云中的數(shù)據(jù)點(diǎn):
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- Finger_In:開
- Respiratory_Rate:當(dāng)前 BPM
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?? ?? 對(duì)于 Blood_Oxygen 數(shù)據(jù)點(diǎn),設(shè)備支持兩個(gè)選項(xiàng):
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- 血氧:SpO2
- Blood_Oxygen:紅光測(cè)量
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注意:我使用紅光測(cè)量值來(lái)更新?Blood_Oxygen?數(shù)據(jù)點(diǎn),因?yàn)橛糜谠u(píng)估 SpO2 的代碼與該項(xiàng)目的其他功能沖突。?但是,如果您想監(jiān)控 SpO2 而不是紅燈測(cè)量,您可以檢查?Example8_SPO2.ino文件。
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?? ?? 由于涂鴉云存儲(chǔ)了一段時(shí)間的更新數(shù)據(jù)點(diǎn),涂鴉智能應(yīng)用程序允許用戶使用小時(shí)圖跟蹤參數(shù)(BPM、SpO2 或紅燈測(cè)量):
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視頻和結(jié)論
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代碼
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