Lappの覚え書き
過去ログ40
2023/2/9 10:58
▼TesshoLの表記大文字 L
小文字 ｌ
○Ｌ ℓ
が使えるか？
↔はどうか？
Up 2/9 10:58
▼Tesshoさらに35分間ついでなので，PC作業中に，左手の人差し指に「脈波センサ」を固定し，作業を続けた。
左手は使わない作業で，資料閲覧やネット検索をやって，約35分間，脈波を気にせず
勝手にArduinoにデータ収集をさせた結果が図１。平均は38%で，前とそれほど変わらないが
今回のデータの方が，信頼度が高そう。データロガーは，値をSDに書き込んでいくもの
だが，この程度で，データがとれるのなら，ロガーにしなくてもいいかな・・・と
「めんどうくさい病」が叫んでいる・・・
https://i.imgur.com/XJ3EFlU.jpghttps://i.imgur.com/MN8Wt8W.jpg
▼Lapp脈拍計・成功 !!!!!aitendoから買った\385で買った「脈波センサモジュール」は，出力が数V単位で
出てくる優れものではあるんだが，医学的に脈波波形とは言えない「微分波形」で，
脈拍を数えるためのものと考えれば許せるし，設計意図も分からなくもない。
そこで，下で示したように，出力をSchmittに入れて「方形波」に整形したパルスの
周期（周波数）を検出する方法を考えた。
実は，この脈波センサのメーカーは，これを使った「脈拍計」のArduinoスケッチを
発表はしているんだが，かなり複雑で，インストールもメンドウなので，自分で考える
ことにした。「方形波の周期」の一般的なプログラムなんて探せばあると思ったんだが
それが見つからないので，やり方を考えた。
検出プログラムの基本的な考え方を図１に示す。
毎回パルス電圧V(t)を検出して，V(t)が0→5000(mV)に変わる「瞬間」を捉え，ここを
パルスの始まり時間time1とし，次のパルス始まり時間time2を検出すれば，周期は
time2-time1として求まる・・・というのがコンセプト。
この手順を図２にしめす。これに従って，作ったのが図３に示す今回のスケッチである。
注釈(//で始まる)をつけたので，読み解いてください。実際のスケッチには//はつけない。
（要望があれば，詳細説明をするけど・・・・）
図４は，このスケッチの出力ではないが，前回示した脈波波形，方形波変換波形とともに
検出した周期T(ms)を同時計算させ，シリアルプロッタでグラフ表示したものである。
Tの表示が波形と合っていないようにみえるが，表示したTは「前のパルスの周期」で
あるので，注意してみれば，パルス間隔に従って上下しているが分かる。
図５は今回のスケッチ図３で出力したHR（心拍数）を取り出し，エクセルでグラフ化
したものだが（私も初めて見るんだが），脈拍は低頻度(37付近)と高頻度(78付近)を行き来
しているのが分かった。低頻度は，二段脈時の脈拍で，間で発生したPVCは無効収縮
としてカウントしていないので，周期が長くなっているのである。高頻度が本来の私の
脈拍（整脈）なのである。平均すると61くらいで，これが私の（有効）心拍数となる。
低頻拍が発生している回数を検出すれば，PVC発生率を検出することができるので，
いずれ「PVCロガー」を作ろうかなとは思っている。
パルス周期検出プログラムの「自力更生（？）」成功で気をよくしている。
https://i.imgur.com/znn5JrP.jpghttps://i.imgur.com/k6hv6ol.jpghttps://i.imgur.com/xJoUL36.jpg//脈波計・心拍計のスケッチ
//vhl:1つ前の方形波の状態（0 or 5000）(mV)
//time0:前回の計測周期(ms)
//period:今回計測した周期(ms)
//HR:心拍数（/分）
int vhl,time0,period,HR;//実数に定義
void setup()
{
Serial.begin(9600); //通信速度
}
void loop()
{
int val1 = analogRead(A1);//方形波に変換した脈波を読む（0~1023）
val1=map(val1,0,1023,0,5000);//AD読取値→電圧（0 or 5000）(mV)に変換
if (vhl<10 && val1>4500)//前に計測した方形波がlow(<10mV)で今回計測した方形波が
//high(>4500mV)なら，以下を実行する。なければ処理しない。
{ //ifの条件を満たしたら実行するプログラム
period=millis()-time0;//周期は（現時点での経過時間−前回検出時の経過時間）(ms)
time0=millis(); //現在の経過時間を前回検出時の経過時間に置き換える
HR=60000/period; //周期period(ms)を心拍数HRに変換する（60s=60000ms）
Serial.println(HR); //HRをコンピュータに送って表示する
}
vhl=val1; //現在の電圧値を1つ前の値vhlとして覚える
} //以上を永久に繰り返す
https://i.imgur.com/bm3aSYa.jpghttps://i.imgur.com/0lFaZr5.jpg
▼TesshoArduinoオシロについて“Aruduino”で旧テッショウ塾を検索すると，実に510個のワードがヒットする。
かくも，私はArduinoが好きだし，これ以外のマイコンは触ったことがないし，また
これからも，他の勉強をする気もない（そんな時間もないが）。
Arduinoは純正品（本家のイタリア製のもの）も，その互換機（Arduinoはオープン
ソースで，全て公開されているので，だれでも作って販売していい）も使っているが，
数えたことはないが，たぶん20台くらい（それ以上）はある（そんなに何に使うのか！
って話はあるが）。手に入れるには電子部品通販と同じで，いろいろな売り手がある。
まず，秋月では，純正品が￥3630，他の売り手でも，この程度かこれ以上である。
互換機は図１のように沢山ある。最安値では\720なんてのが，あるが使ったことはない。
他でもそうだが，安いものはPCと通信するICが純正と異なるものが使われていて，その
ドライバーのインストールが必要で，初心者向きではない。
安い国際通販では，図２（Ebey）や図３（AliExpress）などがあるが，純正品はない
（あっても，秋月と同じか高い）。安いことは安いが，１〜２か月待つ覚悟が必要である。
Amazonで互換機を探すと図４のようなのが見つかった。左は純正品に近いIC構成である。
これらはprimeと記してある通り，送料無料で翌日配達なので便利である。
私のここでの使用も互換機が多いが，注意して使えば，純正品と遜色はない。
さて，Arduinoの使い方は，手引書も多いし，ネット記事も多いので「その気」になったら
検索するとして，肝心なのは，基本プログラムであるArduino IDEのインストールである。
図５のように，“Arduino IDE”で検索し，Arduinoの本家のページに行くと，直ぐに
見つかるし，ダウンロードできる。手順は上記資料を参照すること。
最後に本題である「Arduinoオシロ」の話だが，図４のようなスケッチをArduino IDEで
書いて，動かせばよい（このスケッチは注釈が一切ない，悪いプログラムの見本。「自分が
分かればよい」人向き）。Arduinoの命令形式や文法などはそれなりに勉強が必要だが，
「人の作ったスケッチ」をcopy&pasteすれば，たいていは動くので，勉強は後回しでもよい。
図４に一応，それぞれの機能（働き）は書き込んだので，勉強の参考に・・・。
これを動かして（スケッチをArduinoに送り込むと自動で動き出し，電源を落とすまで
永久に止まらない），PCにデータを送り，IDEのシリアルプロッタ機能を使うと，図５の
ような波形（グラフ）が描かれる。スケッチとグラフの対応は図５に書き込んだので
見比べながら「想像」してほしい。これらの波形を数値データとして取り出す方法などは
また，おいおい説明しよう。今日は，Arduino基礎講座である。
https://i.imgur.com/uFjItd1.jpghttps://i.imgur.com/uA8q6Ex.jpghttps://i.imgur.com/vbj5eyn.jpghttps://i.imgur.com/6ZlqTep.jpghttps://i.imgur.com/va6wqRV.jpghttps://i.imgur.com/NskN5or.jpghttps://i.imgur.com/nR4qwof.jpg
▼Tessho波形出力をSchmittに入れて方形波に脈波の数を数えて心拍数に変換するには，脈波を方形波に変換できれば，何かと（？）
便利である（利用方法はまた解説・実験をするが）。そこで，脈波センサーの出力を
Schmitt triggerに入れて，方形波に変換できるかやってみた。図１のように74HC14
のSchmitt2個を使って，その出力（方形波）を脈波と同時にArduinoオシロに入れて
観測した。図２のように，脈波出力はA0端子に，Schmittを2個通した（1台目で位相
が反転するので2台目で正立にもどす）出力をA1端子に繋ぐ。スケッチは，1ch用のを
2ch用に改変して使う（1ch分をコピーするだけなので手間はかからない。変数に注意）。
結果は図３に示すように，飽和するような大きな入力時は確実に方形波に変換できる。
しかし，図４のように上手く変換できないことも多い。74HC14のヒステリシス特性は
Vcc=5Vでは，high=3V，low=1.8Vとなっているが，図４を見て分かるように，脈波の
ベースラインが1.8V付近にあり，時にlowと判定しないので，2つの脈波を１つと判定
するなどの不具合が生じるものと思われた。そこで，図５のように，脈波の出力に100kΩ
の抵抗を3本付けて（200kΩと100kΩでいいんだが，手近の100kを3本使ったまで），
出力を2/3にしてSchmittに入れてみた。これがピンポンで，図６のように確実に方形波
変換ができるようになった（schmittの特性があるので，本来は微調整が必要）。また，
二段脈の際のPVCは小さい脈波を呈し，これが「無効収縮（ほとんど拍出をしない収縮）」
になるのだが，図７に示すように，無効収縮のPVCは検出しないという「当初の私の目的」
が達成された。ウレシイ。
さて，この方形波に変換された脈波をどう利用するかは，またこの次のテーマである。
https://i.imgur.com/5TqxKdb.jpghttps://i.imgur.com/d7cM7S4.jpghttps://i.imgur.com/QWc2SXJ.jpghttps://i.imgur.com/uOM3iJZ.jpghttps://i.imgur.com/8m3GGOF.jpghttps://i.imgur.com/MjrqG1u.jpghttps://i.imgur.com/z7nUcCN.jpg