Category Archives: Arduino NANO

Arduino NANO (10) Basic PC With VGA Output

経緯

参考1から、昔の BASIC は、2台のArduino NANOで実現可能とわかって、BASIC動くだけじゃなく、GPIOの制御もできるので、IoTの可能性の一つとして、試したくなった。

制作

専用のVGAとキーボードのコンセント部品の調達は時間がかかった。

それから結線にも時間がかかった、さらにプログラムの書き込みも手惑いが重ね、しかし電源入れると、あっさり成功。

正面の部品一覧

背面の配線

参考

  • https://www.instructables.com/id/Arduino-Basic-PC-With-VGA-Output/

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 NANO (3) SSH1106 & Walking bitmap

経緯

ちょっと大き目のOLEDが欲しくて、1.3 InchのOLEDを注文した。

ただもの挿し替えて使えると思って、届いてわかったが、コントローラーは別物。SH1106というものを使われ、U8g2libライブラリをインストールして利用する。

Display OLED via I2C (SH1106)

実際参考サイトを見ながら、試してみる。

うまく表示できた。

しかしコントローラーが特殊のため、使用例がほとんど無いので、用途が限定。

Script – Walking bitmap

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>

#ifdef U8X8_HAVE_HW_SPI
#include <SPI.h>
#endif
#ifdef U8X8_HAVE_HW_I2C
#include <Wire.h>
#endif
 
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);
// U8GLIB_SH1106_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE); // I2C / TWI  
 
const uint8_t bm[] PROGMEM = {
  0b00011000,
  0b00111100,
  0b01111110,
  0b11111111,
  0b11111111,
  0b01111110,
  0b00111100,
  0b00011000
};
 
static int WIDTH=128;
static int HEIGHT=64;
 
int x, y;
 
void setup(void) {
  u8g.begin();
  x = 0;
  y = 0;
}
 
void loop(void) {
 
  u8g.firstPage();  
  do {
    u8g.drawBitmap( x, y, 1, 8, bm);
  } while( u8g.nextPage() );
  
  delay(100);
 
  x += 8;
  if( x >= WIDTH){
    x = 0;
    y += 8;
    if( y >= HEIGHT){
      y = 0;
    }
  }
}

参考

Arduino NANO (2) 1602 LCD i2c 表示

1602 LCD直接繋ぐと、6つのデジタルポートを占有(4つデータワイヤ+2の制御ワイヤが必要)し、GPIOはたくさん消耗するので、i2cを利用すると2つのアナログポートが足りる。

WeMosで試すと、うまくいかないので、より汎用のこのNANOで試す。すんなりうまくいく。

I2C インターフェイス SDA、SCL は Arduino Nano ではそれぞれ A4、A5 です。

Arduino Nano
SDA A4
SCL A5

 

サンプルプログラム。

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

void setup() {
  lcd.init(); 
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Hello, world!");
}

void loop(){
  // set the cursor to column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // print the number of seconds since reset:
  lcd.print(millis() / 1000);
}

写真も後ほどに。

Arduino NANO (1) AD8232 Heart Rate Monitor

経緯

IoT材料を探しに、AD8232 Heart Rate Monitor パーツを購入しました。

添付資料は何もないので、ネットで検索したら、結構出ました。

目の動きも検出できる、いろいろできそう。

回路

参考資料は、Arduino NANOを利用するので、そのままの回路を組み立てる予定。成功したら、ESP8266,ESP32に移植するつもり。

The detailed specification of the Arduino Nano board is as follows:

    • Microcontroller ATmega328
    • Operating Voltage (logic level): 5 V
    • Input Voltage (Recommended): 7-12 V
    • Input Voltage (limits): 6-20 V
    • Digital I/O Pins : 14 (of which 6 provide PWM Output)
    • Analog Input Pins: 8
    • DC Current per I/O Pin: 40 mA
    • Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 2 KB used by bootloader
    • SRAM: 2 KB (ATmega328)
    • EEPROM: 1 KB (ATmega328)
  • Clock Speed: 16 MHz
  • Measurements: 0.73″ x 1.70″

Arduino NANOとAD8232をつないて、LCDまたはOLEDで表示するつもりだが、安定した結果は出ないので、部品の問題か、ソフトウェアの問題か、解決に難航。

部品を買い増すして、検証する予定。

スケッチ

参考資料

  1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/ad8232-heart-rate-monitor-hookup-guide