Arduino NANO (7) ADS1115 for A/D

経緯

ADS1115を購入して、生体信号のAD変換に利用するつもりだが、うまくいかない( WeMos (b9) ADS1115 for A/D 参考)、正しい電圧が表示されない。

そこで、Arduino NANOのチュートリアルを探して、検証することに。

ハードウェア

ADS1115とArduino NANOはI2Cで接続。

ソフトウェア

「参考1」コードそのまま。

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>

Adafruit_ADS1115 ads;  // Declare an instance of the ADS1115

int16_t rawADCvalue;  // The is where we store the value we receive from the ADS1115
float scalefactor = 0.1875F; // This is the scale factor for the default +/- 6.144 Volt Range we will use
float volts = 0.0; // The result of applying the scale factor to the raw value

void setup(void)
{
  Serial.begin(9600); 
  ads.begin();
}

void loop(void)
{  

  rawADCvalue = ads.readADC_Differential_0_1(); 
  volts = (rawADCvalue * scalefactor)/1000.0;
  
  Serial.print("Raw ADC Value = "); 
  Serial.print(rawADCvalue); 
  Serial.print("\tVoltage Measured = ");
  Serial.println(volts,6);
  Serial.println();
  

  delay(1000);
}

結果

うまくいく!

電池の電圧はちゃんでシリアルモニターに表示。

参考

 

Arduino ADS1115 Differential Voltmeter Tutorial

Arduino NANO (6) Heart rate sensor

Arduinoセンサーキットに、Heart rate sensorある。

血中ヘモグロビンの近赤外線吸収の性質を利用して脈拍パルス検出するらしい。

Arduinoとの接続は3線(GND、VCC、アナログ入力)のみ。

「参考1」をみて、まず簡単の試す。ただA0の値を表示。

// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   while(1)
   {
     Serial.print(analogRead(sensorPin));
     Serial.print('\n');
   }
}

指先センサー装着

シリアルプロッターに見える上昇カーブ

安定した状態これはなにもわからない

指はセンサーから離れる時の下降カーブ。

「参考1」を参考して、Smoothingしても、同じ判別不能。困った。

#define samp_siz 4
#define rise_threshold 5
// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   float reads[samp_siz], sum;
   long int now, ptr;
   float last, reader, start;
   float first, second, third, before, print_value;
   bool rising;
   int rise_count;
   int n;
   long int last_beat;
   for (int i = 0; i < samp_siz; i++)
     reads[i] = 0;
   sum = 0;
   ptr = 0;
   while(1)
   {
     // calculate an average of the sensor
     // during a 20 ms period (this will eliminate
     // the 50 Hz noise caused by electric light
     n = 0;
     start = millis();
     reader = 0.;
     do
     {
       reader += analogRead (sensorPin);
       n++;
       now = millis();
     }
     while (now < start + 20);  
     reader /= n;  // we got an average
     // Add the newest measurement to an array
     // and subtract the oldest measurement from the array
     // to maintain a sum of last measurements
     sum -= reads[ptr];
     sum += reader;
     reads[ptr] = reader;
     last = sum / samp_siz;
     // now last holds the average of the values in the array
     // check for a rising curve (= a heart beat)
     if (last > before)
     {
       rise_count++;
       if (!rising && rise_count > rise_threshold)
       {
         // Ok, we have detected a rising curve, which implies a heartbeat.
         // Record the time since last beat, keep track of the two previous
         // times (first, second, third) to get a weighed average.
         // The rising flag prevents us from detecting the same rise 
         // more than once.
         rising = true;
         first = millis() - last_beat;
         last_beat = millis();
         // Calculate the weighed average of heartbeat rate
         // according to the three last beats
         print_value = 60000. / (0.4 * first + 0.3 * second + 0.3 * third);
         Serial.print(print_value);
         Serial.print('\n');
         third = second;
         second = first;
       }
     }
     else
     {
       // Ok, the curve is falling
       rising = false;
       rise_count = 0;
     }
     before = last;
     ptr++;
     ptr %= samp_siz;
   }
}

こんな図形になって、周囲の雑音とか酷いかな?

参考:

  1. https://www.hackster.io/Johan_Ha/from-ky-039-to-heart-rate-0abfca

Arduino NANO (5) MAX30102 Pulse Ox Sensor

試み

MAX30102 というPulse Ox Sensorを利用して、脈拍と酸素濃度を測る試み。

MAX30100の実例が多いが、MAX30102の実例が少ない。

プログラム

「参考1」のSparkFunのライブラリを利用する。そのライブラリはMAX30105(R,G,IR LED)用だが、MAX30102(欠Green LED)でも利用できる。

OLED表示するため、「参考2」の表示部分を合体した。なんとなく、バグがある様な気がする。

// Sample implementation of the MAX30100 PulseOximeter
// Using the following module
// http://www.ebay.com/itm/-/391709438817?ssPageName=STRK:MESE:IT
// can not gaurantee if the app will work with other implementations of the module. 

//#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include "heartRate.h"

#define REPORTING_PERIOD_MS     500

 U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0);

// PulseOximeter is the higher level interface to the sensor
// it offers:
//  * beat detection reporting
//  * heart rate calculation
//  * SpO2 (oxidation level) calculation
//PulseOximeter pox;
MAX30105 particleSensor;

const byte RATE_SIZE = 4; //Increase this for more averaging. 4 is good.
byte rates[RATE_SIZE]; //Array of heart rates
byte rateSpot = 0;
long lastBeat = 0; //Time at which the last beat occurred

float beatsPerMinute;
int beatAvg;

//byte pulseLED = 13; //Must be on PWM pin
//byte readLED = 11; //Blinks with each data read
//
bool calculation_complete=false;
bool calculating=false;
bool initialized=false;
byte beat=0;

void show_beat() 
{
  u8g2.setFont(u8g2_font_cursor_tf);
  u8g2.setCursor(8,10);
  if (beat==0) {
    u8g2.print("_");
    beat=1;
  } 
  else
  {
    u8g2.print("^");
    beat=0;
  }
  u8g2.sendBuffer();
}

void initial_display() 
{
  if (not initialized) 
  {
    u8g2.clearBuffer();
    show_beat();
    u8g2.setCursor(24,12);
    u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
    u8g2.print("Place finger");  
    u8g2.setCursor(0,30);
    u8g2.print("on the sensor");
    u8g2.sendBuffer(); 
    initialized=true;
  }
}

void display_calculating(int j)
{
  if (not calculating) {
    u8g2.clearBuffer();
    calculating=true;
    initialized=false;
  }
  show_beat();
  u8g2.setCursor(24,12);
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
  u8g2.print("Measuring..."); 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm");
  u8g2.sendBuffer();
}

void display_values()
{
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm _ ");
  u8g2.setCursor(65,30);  
  u8g2.print(beatAvg);
  u8g2.sendBuffer();
}

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    
//    pinMode(pulseLED, OUTPUT);
//    pinMode(readLED, OUTPUT);

    u8g2.begin();

    // Initialize sensor
    if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) //Use default I2C port, 400kHz speed
    {
      Serial.println(F("MAX30105 was not found. Please check wiring/power."));
      while (1);
    }    

    particleSensor.setup(); //Configure sensor with default settings
    particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A); //Turn Red LED to low to indicate sensor is running
    particleSensor.setPulseAmplitudeGreen(0); //Turn off Green LED
    
    initial_display();
}


void loop()
{

  long irValue = particleSensor.getIR();
  float temperature = particleSensor.readTemperature();
//  digitalWrite(readLED, !digitalRead(readLED)); //Blink onboard LED with every data read

  if (checkForBeat(irValue) == true)
  {
    calculation_complete=true;
    calculating=false;
    initialized=false;

//    digitalWrite(pulseLED, !digitalRead(pulseLED)); //Blink onboard LED with every Beat
    //We sensed a beat!
    long delta = millis() - lastBeat;
    lastBeat = millis();

    if (delta < 10000) {
      beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);
    } else {
      calculation_complete=false;
      beatsPerMinute=0;
      initial_display();
    }
    
    if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20)
    {
      rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute; //Store this reading in the array
      rateSpot %= RATE_SIZE; //Wrap variable

      //Take average of readings
      beatAvg = 0;
      for (byte x = 0 ; x < RATE_SIZE ; x++)
        beatAvg += rates[x];
      beatAvg /= RATE_SIZE;
      display_values();
    }
  } else {
    if (irValue < 50000) {
      calculating=false;
      initial_display();
    } else {
      display_calculating(5);
    }
  }

  Serial.print("IR=");
  Serial.print(irValue);
  Serial.print(", BPM=");
  Serial.print(beatsPerMinute);
  Serial.print(", Avg BPM=");
  Serial.print(beatAvg);
  Serial.print(", initialized=");
  Serial.print(initialized);
  Serial.print(", calculating=");
  Serial.print(calculating);
  Serial.print(", calculation_complete=");
  Serial.print(calculation_complete);
  Serial.println();



}

 

実験

かなり不安定の感じがする。

 

一応、形はできたが、

しかし、脈拍捉えるのは稀て、今回も失敗して。。。

参考

  1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/max30105-particle-and-pulse-ox-sensor-hookup-guide
  2. https://www.hackster.io/umar-sear/arduino-heart-rate-monitor-a8e9e1
  3. https://www.hackster.io/AAKS/max30100-and-blynk-0f58f4

Arduino NANO (4) Piezoelectric sensor

なぜ

Piezoelectric sensorを利用して、住宅内の音声、振動から年配者の介護の補助を考えている。

Piezoelectric sensorが取った情報をAD変換して、簡単にWemosで処理すると思ったが、いろいろ意外なところで躓いた。

何か類似する、簡単に検証できる例がないか探した。

取り込み

「参考1」から、普通のPiezoelectric sensorで、簡単に脈拍を取れると、魅力と思った。

必要な部品が揃うまで時間がかかったが、一応出来た。

いろいろと試したところ

拡大写真

取れた波形。「参考1」の波形には似ているは、DC成分あるから、取り除くが課題。

参考

  1. http://www.ohnitsch.net/2015/03/18/measuring-heart-rate-with-a-piezoelectric-vibration-sensor/

Arduino UNO (9) 2.4 inch LCD Shield

Arduino UNO用のシールドモジュール、2.4インチパラレルTFTモジュールを試した。

センサーの情報を表示するため、1年前も購入したが、なかなか試す機会がなく。

「参考1」から、mcufriend.comの2.4インチシールドモジュールには多数のバリエーションが有る。「参考2」のCHIP IDで対応するLCDドライバーを探せと、「参考3」のライブラリで、LCD_ID_readregで分かるらしい。しかしいろいろと引っかかって、しばらく挫折。

「参考4Mcufriend 2.4インチLCD を使ってみました」を参考に、一応サンプルの動作は数個確認した。

動作に必要なライブラリは次3つ。 いずれもArduinoの標準ライブラリから導入できる。
グラフィックドライブ

MCUFRIEND_kbv に付属するgraphictest_kbvを実行するところ。なぜか、左右逆になっている?

(さらに購入してわかったが、プログラムの問題ではなく、ハードウェアの問題かも。というか以前購入した2個は全部表示逆になっている、その後購入した2個は正しく表示)

demoビデオも撮ったけど、ボケっている。

取り敢えず動くと確認した。

 

参考:

  1. http://nopnop2002.webcrow.jp/TFT/ILI9325-Para-1.html
  2. http://domoticx.com/arduino-shield-2-4-tft-lcd-touch/
  3. https://github.com/prenticedavid/MCUFRIEND_kbv
  4. https://blogs.yahoo.co.jp/hobbyele/64853416.html

 

Arduino 101 (5) Inclinometer

人間のアナログ信号ピエゾ、光電方式で取得、AD変換などでデジタル化して、いろいろ悩んでいるところ、なぜかESP8266は繋ぐと、高い確率でPC再起動(リブート)を起こされて、原因不明のまましばらく進展がなし、時間が無駄にし、焦る一方。

安定して動くUNO、NANOを触る時間が増えた。

なぜArduino 101

Arduino 101は傾斜度センサー装着、いつか二輪車を作ると考えているが、行動に移れないまま。

たまたまArduino 101で 傾斜計を作る記事を見て試したくなった。たまたまMulti Function Shieldも持っている。必要ものが全部そろう。試す気になった。

制作

Multi Function ShieldをArduino 101に刺し、参考のプログラムそのまま動く。うれしい。温度も測れる。

平面では0と表示。

傾斜計とした動作するビデオ

 

参考

  • https://www.hackster.io/lagsilva/simple-inclinometer-with-arduino-ef4fc2

WeMos (b10) ADS1115 Oscilloscope

前回WeMos (b9) ADS1115 for A/Dで数値の表示ができたが、Oscilloscopeのような表示すべく、改造を試み。

しかし、2月から、WeMos miniの開発中も頻繁にリブートしています。デバイストライバのバージョンを変えたり、OSを変えたりしても改善しない。

そのため、このプログラムは未完成のまま放置。

/*
This is set up to use a 128x64 I2C screen, as available
here: http://www.banggood.com/buy/0-96-oled.html
For wiring details see http://youtu.be/XHDNXXhg3Hg
*/

#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <limits.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>
#include <math.h>

#define WINDOW_SIZE 128

Adafruit_ADS1115 ads;  /* Use this for the 16-bit version */
//Adafruit_ADS1015 ads;     /* Use thi for the 12-bit version */

#define OLED_RESET 0    // 4
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

#if (SSD1306_LCDHEIGHT != 64)
//  error("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");
#endif

/********************************************/

#define CHARWIDTH           5
#define CHARHEIGHT          8
#define AXISWIDTH           (2 + 1)                   // axis will show two-pixel wide graph ticks, then an empty column
#define VISIBLEVALUEPIXELS  (128 - AXISWIDTH)         // the number of samples visible on screen
#define NUMVALUES           (2 * VISIBLEVALUEPIXELS)  // the total number of samples (take twice as many as visible, to help find trigger point

#define TRIGGER_ENABLE_PIN       D6  // 2 set this pin high to enable trigger
#define SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN D8  // 3 set this pin high to freeze screen

byte values[NUMVALUES];           // stores read analog values mapped to 0-63
int pos = 0;                      // the next position in the value array to read
int count = 0;                    // the total number of times through the loop
unsigned long readStartTime = 0;  // time when the current sampling started
int sampleRate = 1;              // A value of 1 will sample every time through the loop, 5 will sample every fifth time etc.

// Draws the graph ticks for the vertical axis
void drawAxis()
{  
  // graph ticks
  for (int x = 0; x < 2; x++) {
    display.drawPixel(x,  0, WHITE);
    display.drawPixel(x, 13, WHITE);
    display.drawPixel(x, 26, WHITE);
    display.drawPixel(x, 38, WHITE);
    display.drawPixel(x, 50, WHITE);
    display.drawPixel(x, 63, WHITE);  
  }
}

// Draws the sampled values
void drawValues()
{
  int start = 0;
  
  if ( digitalRead(TRIGGER_ENABLE_PIN) ) {
    // Find the first occurence of zero
    for (int i = 0; i < NUMVALUES; i++) {
      if ( values[i] == 0 ) {
        // Now find the next value that is not zero
        for (; i < NUMVALUES; i++) {
          if ( values[i] != 0 ) {
            start = i;
            break;
          }
        }
        break;
      }
    }    
    // If the trigger point is not within half of our values, we will 
    // not have enough sample points to show the wave correctly
    if ( start >= VISIBLEVALUEPIXELS )
      return;
  }
  
  for (int i = 0; i < VISIBLEVALUEPIXELS; i++) {
    display.drawPixel(i + AXISWIDTH, 63 - (values[i + start]), WHITE);
  }
}

// Shows the time taken to sample the values shown on screen
void drawFrameTime(unsigned long us)
{
  display.setCursor(9 * CHARWIDTH, 7 * CHARHEIGHT - 2); // almost at bottom, approximately centered
  display.print(us);
  display.println(" us");
}

/********************************************/

void setup() {

  // The ADC input range (or gain) can be changed via the following
  // functions, but be careful never to exceed VDD +0.3V max, or to
  // exceed the upper and lower limits if you adjust the input range!
  // Setting these values incorrectly may destroy your ADC!
  //                                                                ADS1015  ADS1115
  //                                                                -------  -------
     ads.setGain(GAIN_TWOTHIRDS);  // 2/3x gain +/- 6.144V  1 bit = 3mV      0.1875mV (default)
  // ads.setGain(GAIN_ONE);        // 1x gain   +/- 4.096V  1 bit = 2mV      0.125mV
  // ads.setGain(GAIN_TWO);        // 2x gain   +/- 2.048V  1 bit = 1mV      0.0625mV
  // ads.setGain(GAIN_FOUR);       // 4x gain   +/- 1.024V  1 bit = 0.5mV    0.03125mV
  // ads.setGain(GAIN_EIGHT);      // 8x gain   +/- 0.512V  1 bit = 0.25mV   0.015625mV
  // ads.setGain(GAIN_SIXTEEN);    // 16x gain  +/- 0.256V  1 bit = 0.125mV  0.0078125mV
  
  ads.begin();


  // Set up the display
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // Initialize with the I2C addr 0x3D (for the 128x64)
  display.setTextColor(WHITE);

  pinMode(TRIGGER_ENABLE_PIN, INPUT);
  pinMode(SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN, INPUT);
}

/********************************************/

void loop() {
  
  // If a sampling run is about to start, record the start time
  if ( pos == 0 )
    readStartTime = micros();
  
  // If this iteration is one we want a sample for, take the sample
  if ( (++count) % sampleRate == 0 )
    values[pos++] = (ads.readADC_SingleEnded(0)>> 7) / 3; // shifting right by 4 efficiently maps 0-1023 range to 0-63
//    values[pos++] = analogRead(0) >> 4; // shifting right by 4 efficiently maps 0-1023 range to 0-63

  // If we have filled the sample buffer, display the results on screen
  if ( pos >= NUMVALUES ) {
    // Measure how long the run took
    unsigned long totalSampleTime = (micros() - readStartTime) / 2;     // Divide by 2 because we are taking twice as many samples as are shown on the screen
 
    if ( !digitalRead(SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN) ) {
      // Display the data on screen   
      display.clearDisplay();
      drawAxis();
      drawValues();
      drawFrameTime(totalSampleTime);
      display.display();
    }
       
    // Reset values for the next sampling run
    pos = 0;
    count = 0;
  }
}