GIAO TIẾP GIỮA CẢM BIẾN NHỊP Tim VÀ ARDUINO

GIAO TIẾP GIỮA CẢM BIẾN XUNG VÀ ARDUINO

   Trong bài viết này, chúng ta sẽ học cách giao tiếp một cảm biến xung với Arduino. Cảm biến xung chúng ta sẽ sử dụng để cảm nhận và theo dõi nhịp tim. Cảm biến này khá dễ sử dụng. Đặt ngón tay của bạn lên trên cảm biến và nó sẽ cảm nhận nhịp tim bằng cách đo sự thay đổi cường độ ánh sáng hồng ngoại phát ra từ led phát hồng ngoại phản xạ vào led thu, sự thay đổi cường độ này bắt nguồn từ sự giãn nở của các mao mạch máu.

Sơ đồ chân cảm biến xung

• GND: Chân nối đất
• Vcc: Chân nối nguồn
• A0: Chân Analog (tín hiệu tương tự)

 Ở giữa cảm biến có một con led để phát hiện nhịp tim, dưới con led này, có một mạch chống nhiễu giúp cảm biến hoạt động chính xác hơn

Hoạt động của cảm biến xung

 Đầu tiên ta chạm đầu ngón tay vào cảm biến nhịp tim, khi tim đập và trương lên, mật độ máu trong mạch máu giảm, các chùm tia hồng ngoại chiếu vào ngón tay bị phản xạ nhưng không nhiều, đầu ra của cảm biến nhịp tim sẽ hiểu đây là một xung mức thấp. Khi tim đập và co lại, mật độ máu trong mạch máu tăng, các chùm tia hồng ngoại chiếu vào ngón tay bị phản xạ nhiều hơn, đầu ra của cảm biến nhịp tim sẽ hiểu đây là một xung mức cao. Tuy sự chênh lệnh trong sự phản xạ tia hồng ngoại không lớn nhưng Arduino có thể phân biệt và hiểu được đâu là xung mức cao, đâu là xung mức thấp, nhờ đó chúng ta có thể theo dõi nhịp tim bằng cảm biến.

Sơ đồ kết nối cảm biến xung với Arduino

  Kết nối cảm biến xung với Arduino như sau:

- Chân GND của cảm biến xung đến GND của Arduino

- VCC của cảm biến xung đến 5V của Arduino

- A0 của cảm biến xung đến A0 của Arduino

  Sau đó, kết nối đèn LED với chân 13 và GND của Arduino như trong hình bên dưới. Đèn LED sẽ nhấp nháy theo nhịp tim.

Chương trình

int sensor_pin = 0;                

int led_pin = 13;                  

volatile int heart_rate;          

volatile int analog_data;              

volatile int time_between_beats = 600;            

volatile boolean pulse_signal = false;    

volatile int beat[10];         // Giá trị nhịp tim lưu trong mảng này    

volatile int peak_value = 512;          

volatile int trough_value = 512;        

volatile int thresh = 525;              

volatile int amplitude = 100;                 

volatile boolean first_heartpulse = true;      

volatile boolean second_heartpulse = false;    

volatile unsigned long samplecounter = 0;   // Đếm nhịp tim

volatile unsigned long lastBeatTime = 0;

void setup()

{

  pinMode(led_pin,OUTPUT);        

  Serial.begin(115200);           

  interruptSetup();                  

}

void loop()

{ 

      Serial.print("BPM: ");

      Serial.println(heart_rate);

      delay(200); //  chương trình ngưng chạy 200 ms

}

void interruptSetup()

{    

  TCCR2A = 0x02;  // vô hiệu hoá xung PWM tại chân 3 và 11

  OCR2A = 0X7C;   // đặt giới hạn đếm 124 với tốc độ lấy mẫu 500Hz 

  TCCR2B = 0x06;  //  bộ chia 256 bit

  TIMSK2 = 0x02;  // cho phép ngắt bằng OCR2A và Timer

  sei();          // cho phép hàm ngắt global 

}

ISR(TIMER2_COMPA_vect)

{ 

  cli();                                     

  analog_data = analogRead(sensor_pin);            

  samplecounter += 2;                        

  int N = samplecounter - lastBeatTime;      

  if(analog_data < thresh && N > (time_between_beats/5)*3)

    {     

      if (analog_data < trough_value)

      {                       

        trough_value = analog_data;

      }

    }

  if(analog_data > thresh && analog_data > peak_value)

    {        

      peak_value = analog_data;

    }                          

   if (N > 250)

  {                            

    if ( (analog_data > thresh) && (pulse_signal == false) && (N > (time_between_beats/5)*3) )

      {       

        pulse_signal = true;          

        digitalWrite(led_pin,HIGH);

        time_between_beats = samplecounter - lastBeatTime;

        lastBeatTime = samplecounter;     

       if(second_heartpulse)

        {                        

          second_heartpulse = false;   

          for(int i=0; i<=9; i++)    

          {            

            beat[i] = time_between_beats; // Đưa vào mảng với các giá trị về nhịp tim

          }

        }

        if(first_heartpulse)

        {                        

          first_heartpulse = false;

          second_heartpulse = true;

          sei();            

          return;           

        }  

      word runningTotal = 0;  

      for(int i=0; i<=8; i++)

        {               

          beat[i] = beat[i+1];

          runningTotal += beat[i];

        }

      beat[9] = time_between_beats;             

      runningTotal += beat[9];   

      runningTotal /= 10;        

      heart_rate = 60000/runningTotal;

    }                      

  }

  if (analog_data < thresh && pulse_signal == true)

    {  

      digitalWrite(led_pin,LOW); 

      pulse_signal = false;             

      amplitude = peak_value - trough_value;

      thresh = amplitude/2 + trough_value; 

      peak_value = thresh;           

      trough_value = thresh;

    }

  if (N > 2500)

    {                          

      thresh = 512;                     

      peak_value = 512;                 

      trough_value = 512;               

      lastBeatTime = samplecounter;     

      first_heartpulse = true;                 

      second_heartpulse = false;