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心拍センサーと７セグメント表示器の連携ができたようなので、こちらのページに提示することにした。
組み立てた様子は下記の通り。マイクロビットを含めた３枚の基板をエッジコネクターでつないでいる。
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初期設定。各種変数の宣言。ＳＰＩの設定。セグメントコードの設定。１０進数で行う。
電源を入れた時のセンサーの立ち上がりが不安定なので、センサーデータを取りながら２秒ほどの時間を取る。データは捨てる。
センサーが落ち着いてから、センサーからのデータを２００回取り、データの最大値と最小値を決め、脈拍を打ったことを確認するための基準値を決める。普通は、（最大値+最小値）／２なんだろうけれども、それでは具合が悪かったので（最大値+最小値）×０．７とした。
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メインのプログラム。Ｐ２端子からのアナログデータから４００を減じたものを５倍している。各測定値の差を大きくして扱いやすいようにしている。
センサーデータが基準値を越えたら、拍動があったということにする。しかし、１回の拍動で基準値を越える場合は何回かあるので、最初の１回だけを採用しその時の時間を記録する。それをセンサーデータ箱という配列の最後に加える。回数を１増やすことによって、１回の拍動で複数回基準値越えをダブルカウントしないようにしている。
拍動の回数が３回を越えたら１分間の拍動数を計算する関数に移り、そのあと結果表示を実行する。これを繰り返すのがメインループだ。
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開発途中なので、基準となる数値を７セグに表示させることにした。以下がそのプログラム。
３桁の数字を表示するには以下のようにした。
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センサーデータ箱は配列変数。メインループの中で、拍動の時間を配列変数の後ろに後ろに付け加えているので、計算するときは、その最後の２つを取りだして計算する。２回の拍動間の時間で６０秒（６００００ミリ秒）を割れば、１分間の心拍数が求まるというわけだ。ここは、複数回のデータで平均を取ってもよいと思う。
脈拍データを計算できたら、見えないのだけれどもマイクロビットのＬＥＤに表示させている。その様子は７セグ基板の隙間から点灯する様子が伺えるので、７セグに表示されるなと分かる。７セグ表示が変わらなければ、脈拍数が同じだったということだ。
次の関数、表示では、脈拍数が２桁の場合と３桁の場合で扱いが違うので、使えるように下処理をしておく。２桁判断のフラグを立てるだけだけど。
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関数、表示は基準値表示とほぼ同じ手順。ただ、百の位がない場合は、つまり脈拍が２桁の時はフラグが１と立って来ている筈なので、０が入っているセグメントコード配列の１０番目を使って３桁目の７セグは点灯しないようにした。
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この装置を持ってジムに通い測定したところ、下のような結果になった。時に２０前後の表示があったが、元気でいるから単純に測定ミスだろう。この心拍センサーはかなり扱いが難しい。耳に挟むものも購入したが、信号変換の道具が必要らしい。
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耳に挟むセンサーを使うことがあったら、またアップします。
母艦ＰＣからプログラムをダウンロードするときは、ＵＳＢケーブルでつないでおり、電源もＰＣから供給される。さほど不安定な電源ではないので、使っているプログラムから得られる最大値は６３０、最低値は０となる。一方、マイクロビットが背負うボタン電池電源は使えば使うほど消耗する電源なので、使うごとに最大値・最小値は変化する。今測定したら、最大値が１９３５であり最小値は−３５０だった。これは、指の当て方でも異なる。
ということは、やはり基準値は固定値では無理があり、測定の都度に事前の計測をして基準値を決めなければならないということだ。
最初に、センサーから得られるデータの最大値と最小値を求め、足して２で割ることによって、基準点を出そうと考えた。ところが、これがうまくいかない。最大値も最小値もおかしいし、従って基準値がうまくいかない。そこで、メインルーチン（「ずっと」のところ）では基準値を７００と固定して、センサーからのデータが７００を越えたら心拍とした。１回の心拍で下のグラフのように４と５で７００を複数回越えることがあるので、７００を越えたらフラグを立てて１ずつ増加させる。だたし、フラグが１の時（下のグラフで４の時だけ）の稼働時間を配列変数dataの最後に付加させる。そうすることによって、配列変数には心拍１回毎の時間が入ることになる。
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マイクロビット画面のハートマーク点滅が自分の心拍を規則的に再現できるようになっていたら、ボタンＢを押して計算に入る。マイクロビットを左手に持てば、ボタンＡよりもＢの方が押しやすい。
配列の最後のデータを取りだすブロックがあるので、それを変数t2に入れる。この時、最後のデータは取り除かれるので、今度はt1に配列の最後のデータを取りだす。
t2には最後の心拍測定値であり、t1にはその前の心拍測定値が入った。と思う。６０秒をミリ秒にしたものを、(t2-t1)で割れば、１分間の心拍数が出る。もうちょっと回数を増やして、平均するとより確からしい１分間心拍数が出るだろう。けれど、１０回平均だと以前と変わらないので、今回の２回からの求め方で良しとする。
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こんな具合に左手に持って裏にある心拍センサーに人差し指を当てる。ＬＥＤ画面のハート点滅と自分の脈動がシンクロしたら、ボタンＢ！
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これを持ってトレーニングジムに行ってこよう。
プログラムの方は試行錯誤中なのだけれど、できたとしてもハードの方がコンパクトでなければ使えないな.....ということで、コンパクトに作ってみた。
やっぱりバッテリーはボタン電池を使うことにして、以前購入していたものを使う。心拍センサーのケーブルを短くして３ｍｍワッシャーに半田付け。ネジで止める。
マイクロビットとバッテリーボードは今のところ１０ｍｍのスペーサーでつなげているけれど、６ｍｍでもいいようだ。そうなると、大分薄くなる。
センサーの裏側が凸凹していて安定しないので、グルーで平になるようにしている。センサー固定用のアダプターを３ｍｍほどのプラ板で作り固定する。センサーが飛び出してくるので、指との絶縁を兼ねてカバー用ビニールを両面テープで固定。
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上から、下から見た図。
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今のところ、プログラムは以下のようになっている。
問題点は未だ以下の通りある。
そろそろプログラムも完成するかな？
変数ＡＤを加工せずにそのまま棒グラフに渡すと、下のようなグラフとなる。このままでは縦軸数値の変化が小さすぎるので、拡大しているわけですね。
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R1.6.20 心拍測定
運動をしようと思い、適正な負荷をかけるための心拍測定をしようと考えた。折角ならマイクロビットかラズベリーパイを使おうかと。心拍センサーも２つも持っているし。
コンパクトさを考えれば、単４電池２本やボタン電池でも動作するマイクロビットが有利。アナログ入力もできるし。そこで、早速つないでみた。マイクロビットでの入力は、スイッチサイエンスさんで扱っている「micro:bit用脈波センサ-PULSE05-MICROBIT」という製品の取扱説明書を参考にさせていただいた。というより、その取説のブロックエディタプログラムそのままを使わせていただいた。
母艦ＰＣでArduino IDEを立ち上げ、プロッタ機能を表示し、センサーに指先を当ててみると下のような結果を得た。おおっ！ それなりの結果が出た。
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ブロックエディタプログラムは下の通り。
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ただ、この先が面倒だ。グラフの横軸は計測回数だ。５００回分を表示している。ただ、５００回が何秒かは不明。プログラムで測定しないといけない。また、心拍回数は、グラフのピーク個数を数えればよいのだが、マイクロビットに数えさせるにはやはりプログラミングしないといけない。力技でプログラムできるが、スマートにやりたい（できるかな？）。グラフの縦軸は測定した値（変数ＡＤ）なのだが、５００〜８００でピークが立ち上がっている。そこで、７００に着目し、フラグ変数を定義する。
ところが、さきほど再測定したら、いいようにグラフが再現しなかった。途中でプロッタが止まったり。先は長そうだ。
さらに、スマホで簡単に心拍測定ができるアプリがあった。カメラを指先に当てて測定するもの。ウーン、プログラミングやめようかな？
