Real-time hartslag LED-visualisator aangedreven door ECG

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools

• Solderbout

Over dit project

Jarenlang wilde ik een LED-project maken dat knippert op mijn hartslag – niet alleen stilstaand, maar ook tijdens beweging. Dat bleek verrassend lastig; ik probeerde en faalde jarenlang. Maar niet meer!

Alle zware berekeningen worden gedaan door de uECG – een kleine, open-source draagbare ECG met een Arduino-vriendelijke output-pin (hoog/laag per hartslag). Deze digitale signaalverwerking is veel simpeler dan ruwe ECG-signaalverwerking.

Update: bekijk ook de 2e iteratie die data via radiolink ontvangt.

1. Schema

Alleen digitale signalen → simpel. Voor draagbaarheid: soldeer verbindingen voor betrouwbaarheid.

• DI-pin LED-ring → pin D11 (instelbaar in code)
• DRV-pin uECG → pin D3 (instelbaar)
• Accu + → Arduino 5V en LED-ring 5V
• Accu - → Arduino GND, ring GND, uECG GND

Belangrijk: LiPo direct op 5V-pin (niet Vin!). De spanningsregelaar op Vin introduceert spanningsval; Arduino is stabiel tot 3,4V. Een volle LiPo is 4,2V, 3,4V bereikt pas bij <15% lading. Met >200 mAh heb je redelijke looptijd. Gebruik een connector voor opladen.

2. Code

Programma leest continu pin D3. Bij flank (1→0) wordt tijdstip opgeslagen in 20-elementen array. Gemiddelde tijd per slag = (laatste - eerste) / 20. BPM = 60.000 / gemiddelde tijd.

Array-grootte instelbaar: kleiner = snellere reactie, minder stabiel; groter = stabieler, langzamere reactie.

BPM wordt gemapt op kleur (blauw → groen → geel → roze → rood bij stijgende BPM) en aantal actieve LEDs (bij 80 BPM = 8 LEDs, 110 BPM = 11 LEDs). Schaal instelbaar.

Tijdens een hartslag (pin laag) = volle helderheid; ertussenin = 25% helderheid → duidelijke pulskiezen.

3. Montage als wearables

Arduino past perfect in de NeoPixel-ring. Accu ernaast. uECG op borst → draad met connectoren. Eerst uECG plaatsen, dan shirt met overige componenten, dan connector koppelen. Anders ongemakkelijk.

4. Veldtest

Getest tijdens lopen en rennen. Tijdens rennen: accu botst op ECG-sensor → vervorming. Draad te kort → trekt sensor bij elke stap. Betrouwbare meting alleen bij lopen/staan. Sensor zelf werkt wel tijdens rennen (gecheckt via app).

LEDs op borst zijn praktisch onbruikbaar (moeilijk af te lezen). Volgende iteratie: polsbandje voor feedback.

Meer over uECG: Hackaday-pagina (PCB-ontwerpen, discussie, logs).

Code

uECG_pixel_ring.ino (Arduino)

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#ifdef __AVR__
#include <avr/power.h>
#endif

#define PIN 11           // DI-pin LED-ring
#define NUMPIXELS 16     // Aantal pixels
int in_pin = 3;          // Input-pin uECG

Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

#define BEAT_HIST 20
long beats[BEAT_HIST];

void push_beat(long ms) {
  for (int x = 0; x < BEAT_HIST - 1; x++) beats[x] = beats[x + 1];
  beats[BEAT_HIST - 1] = ms;
}

int get_bpm() {
  long dt = beats[BEAT_HIST - 1] - beats[0];
  return BEAT_HIST * 60000 / dt;
}

long last_pix_upd = 0;
int prev_in_state = 0;

void setup() {
  pixels.begin();
  pinMode(in_pin, INPUT);
  digitalWrite(in_pin, 1); // Pull-up inschakelen (kritiek: uECG heeft geen interne pull-up)
}

void loop() {
  long ms = millis();
  int in_state = digitalRead(in_pin); // 1 = geen slag, 0 = slag
  if (in_state == 1 && prev_in_state == 0) push_beat(ms);
  prev_in_state = in_state;

  if (ms - last_pix_upd > 10) {
    last_pix_upd = ms;
    int bpm = get_bpm();
    int max_bright = 120;
    float dd = 20;
    float t1 = 90, t2 = t1 + dd, t3 = t2 + dd, t4 = t3 + dd;
    int r, g, b;

    if (bpm < t1) { r = 0; g = 0; b = max_bright; }
    else if (bpm < t2) { r = 0; g = max_bright * (bpm - t1) / dd; b = max_bright - g; }
    else if (bpm < t3) { r = max_bright * (bpm - t2) / dd; g = max_bright - r; b = r / 4; }
    else if (bpm < t4) { r = max_bright; g = 0; b = max_bright / 2 - max_bright * (bpm - t3) / (2 * dd); }
    else { r = max_bright; g = 0; b = 0; }

    if (in_state) { r *= 0.25; g *= 0.25; b *= 0.25; } // Tussen slagen: dimmen

    int on_pixels = (bpm + 5) / 10;
    for (int i = 0; i < NUMPIXELS; i++) {
      if (i < on_pixels) pixels.setPixelColor(i, pixels.Color(r, g, b));
      else pixels.setPixelColor(i, pixels.Color(0, 0, 0));
    }
    pixels.show();
  }
}

Schema

Schema-afbeelding is bijgeleverd.