简介

使用PulseSensor作为心率传感器的脉搏波显示器。利用PPG原理，使用绿光照射皮肤表面（通常是手指），并使用光电传感器检测反射的绿光强度，根据强度变化曲线即是脉搏曲线，这里为了方便使用了一个心率模块，模块对信号进行了放大，并将信号值固定在1/2电源电压附近，使读取更方便。

 

开源协议

CERN Open Hardware License

 

功能亮点

脉搏波形显示

心率显示

三色脉搏呼吸灯

脉搏蜂鸣音提示

多种界面切换

 

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

2024-04-03 项目立项

2024-04-06 原理图和PCB设计完成

2024-04-20 新增了功能按键用于切换界面

2024-04-24 外壳设计完成

2024-04-28 面板设计完成

2024-05-11 面板改进，显示区域扩大1mm

2024-06-01 软件部分开发完成

2024-08-26 资料整理完成，发布开源工程

 

硬件设计

MCU使用ATMEGA328P-PU，Arduino UNO R3的主控。因项目为复刻改进国外的开源项目，且当时刚学完示波器训练营，知识储备不足，只能沿用原来的硬件设计，有机会再继续改进设计，选用性价比更高的MCU。

供电部分使用Type-C 2P供电，后面可考虑改用锂电池+电源管理芯片，提高便携性

显示部分使用一个0.96寸白色OLED，采用排针排母的方式连接，不用了可以直接拆卸用于其它项目

按键部分用于循环切换显示界面

程序下载部分仅预留接口，不内置串口芯片，需要使用串口下载工具进行程序下载，使用带DTR引脚的烧录器可实现自动下载程序

LED部分使用一个三色的RGB LED雾状灯

蜂鸣器部分使用一个有源蜂鸣器，只需输出高电平即可发声，之前使用的是一个无源蜂鸣器，需要PWM驱动，实测与其它定时器冲突导致声音失真，尝试多种方法均无法解决，估计和MCU性能有关，故换为无源蜂鸣器。同时加入一个蜂鸣器开关，可单独关闭声音

 

软件设计

软件部分比较简单，心率传感器输出的是模拟信号，通过ADC采集到数据经过PulseSensorPlayground官方库处理后即可获得心率，波形部分则将数据处理到适合屏幕显示，最后通过I2C协议显示到屏幕；灯光部分根据不同的心率区间点亮不同颜色的LED；蜂鸣器则在每次检测到心跳时响起；按键按下时触发中断然后改变模式，OLED再根据不同模式显示不同的界面

 

实物展示

实物效果图

 

未安装屏幕和心率传感器

 

组装结构

 

面板

面板配色参考：小红书@YUI_Design，https://www.xiaohongshu.com/user/profile/640eee95000000000f0105c8

 

成本估算

物料	价格
PCB	免费
OLED	8.4
心率传感器	7.8
ATMEGA328P	10
蜂鸣器	0.6
RGB LED	0.2
16MHz晶振	0.3
阻容	0.2
排针排母	0.5
螺丝铜柱	1
开关	0.6
LED	0.1
TypeC母座	0.1
面板	1.3
外壳	14.43
总计	45.53

注意：以上价格为单价，不含运费

 

复刻注意事项

1、PCB

厚度1.6mm

 

2、3D打印外壳

上下壳材质 Black

支撑柱材质 LEDO6060

 

3、面板

面板类型：薄膜面板

面板款数：多款自主拼版

拼版尺寸：200mm*300mm

拼版套数：1

定制材料：PET

打印材质：高透明

基材厚度：0.2mm

打印方式：正面

鼓包按键：无鼓包

遮光程度：常规

背胶：3M9448A(通用款)

 

4、元件物料

以下列出不在BOM表或者BOM表中的元件尺寸不对需要按照我提供的链接购买的元件物料：

心率传感器：https://m.tb.cn/h.gNKutecyDynzuaD?tk=Thvj3Uh60AO

OLED（GND开头，27.3*27.8mm）：https://m.tb.cn/h.gmbY7lScoVBnXzm?tk=KS3p34kHjA1，规格：0.96寸白色OLED模块/4P

11mm 3p加长排母：https://m.tb.cn/h.gmRGD0rT6kV4tS9?tk=9BJz34kN12t，规格：3p，一层塑高11针长8.5，单排

3+6mm正弯排针：https://m.tb.cn/h.gmzCu6yqvK189ws?tk=wnG934knb6l

6*6*6.5mm开关：https://m.tb.cn/h.gOHsXqQB6bcQF85?tk=wD1734knBaQ，规格：6*6*6.5 4脚立式微动开关

雾状RGB LED：https://m.tb.cn/h.gmzyniGQD26Mxix?tk=h9AZ34kLoZf

ATMEGA328P-PU：https://m.tb.cn/h.gOHtGOLzGVXJs9T?tk=TIUB34kouAa

有源蜂鸣器：https://m.tb.cn/h.gOHtzTn4JxDvVde?tk=IVsP34kptEU

拨动开关：https://m.tb.cn/h.gmRx6CjPJf2CoBZ?tk=MmrT34kLXOP，规格：MSK-12D19 1P2T 3脚 拨动开关

TypeC 2P：https://m.tb.cn/h.gm0AktYsF17Kh8E?tk=jbJq34kp9f2，规格：TYPE-C 2P卧式

M2x4螺丝：https://m.tb.cn/h.gmRCj4FwItln7Jx?tk=Bg9s34kqKWy

M3x8螺丝：https://m.tb.cn/h.gmbZHYP3JFPG3L0?tk=Q3rd34kqkb2

M2x11铜柱：https://m.tb.cn/h.gmbZUfpZVVaXGkz?tk=yHp434kJKN6

1x4p排母：https://m.tb.cn/h.gmb0coOGh1UYSjb?tk=GV9034kJSrW，规格：1x4p 2.54mm直插单排母黑色(20个)

注意：市面上心率传感器有两种，另外一种的信号幅度很小，原因不明，尽量按照以上链接购买

 

5、焊接

(1) 心率传感器上的排针需要拆掉，换上上面的弯排针，排针与模块相对位置如下图

(2) OLED和心率传感器排母需尽量横平竖直，以免影响后面外壳和面板对齐效果

(3) 阻容封装最小为0603，可以直接电烙铁搞定

(4) RGB LED引脚间隔较小，需注意避免连锡

(5) 其他均为插件封装，没有什么难度

 

6、烧录

使用烧录工具例如CH340的烧录器

连线如下：

PCB	烧录器
5V	5V
GND	GND
RX	TXD
TX	RXD
DTR	DTR

使用Arduino IDE打开ino工程文件，选择串口后点上传按钮即完成程序烧录

 

7、组装

(1) 面板粘贴到上壳

(2) 首先将OLED屏幕固定到PCB上，使用M2x4螺丝*8，M2x11铜柱*4

(3) 再将心率传感器装上，用3D打印的支撑柱固定好传感器

(4) 整体放到底壳上，安装上壳，用M3x8*4螺丝固定好上下壳，完成

 

8、使用

(1) 将TypeC线插入，建议使用5V供电

(2) 向上拨动打开左侧电源开关，屏幕和心率传感器绿灯亮起即代表正常工作，将手指轻轻按压在心率传感器上，稍等片刻，屏幕上即显示心率和脉搏波曲线

(3) 按下下侧轻触开关可切换显示界面，分别为两行显示带BPM、两行显示无BPM、单行显示带BPM、单行显示无BPM

(4) LED呼吸灯根据不同的区间显示不同的颜色，0为红灯常亮，1-59闪蓝灯，表示心率过低，60-89闪绿灯，表示心率正常，90以上闪红灯，表示心率过高

(5) 下侧拨动开关控制提示音，左为关闭，右为打开

 

附件说明

Heartbeat_RELEASE.zip - 程序代码

心率传感器支撑柱V2-小孔.STL - 用于支撑心率传感器的零件，3D打印下单

 

其他

参考国外项目：https://hackaday.io/project/167919-arduino-heart-beat-with-ecg-display-sound

项目改进部分：硬件部分缩小PCB面积，将所有元件尽量紧凑摆放，目的是尽可能做一个便携的迷你脉搏波及心率显示器。软件部分对显示界面进行了优化，用新曲线覆盖旧曲线的方式显示，使其更接近医院的监视器，并增加了功能按键用于切换界面。

心率传感器PulseSensor官网：https://pulsesensor.com/