帶涂鴉智能的物聯(lián)網(wǎng)心率(BPM)監(jiān)測和追蹤器

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心率或脈搏是您每分鐘心跳的次數(shù) (BPM)。雖然心臟在全身循環(huán)氧氣和富含營養(yǎng)的血液，但心率是這一過程的基礎(chǔ)，因?yàn)樾呐K的功能（稱為“心輸出量”）與心率和每搏輸出量（泵出的血液量）直接相關(guān)每拍）。因此，心率或節(jié)律的快速激增或耗竭可能表明患有心臟病、肺部疾病或其他問題。因此，跟蹤我們的心率可以讓我們深入了解我們的整體健康狀況。

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雖然監(jiān)測和跟蹤心率（BPM）的方法和系統(tǒng)非常豐富，但在這個(gè)項(xiàng)目中，我專注于開發(fā)一種新設(shè)備，該設(shè)備具有易于理解的移動應(yīng)用程序界面，兼容Android和iOs，用于觀察心率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。脈搏血氧計(jì)傳感器。

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我決定在這個(gè)項(xiàng)目中使用涂鴉 IoT 平臺，因?yàn)樗梢宰屛议_發(fā)一個(gè)兼容各種操作系統(tǒng)的移動應(yīng)用程序接口，并將信息保存到涂鴉云，以跟蹤脈搏血氧儀傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在接下來的步驟中，我將詳細(xì)解釋我是如何利用涂鴉 IoT 平臺來改進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目的。

當(dāng)我從頭開始開發(fā)此設(shè)備以監(jiān)測和跟蹤心率 (BPM) 時(shí)，我不想讓該設(shè)備僅與一種類型的脈搏血氧計(jì)傳感器一起工作。因此，該設(shè)備支持連接到 Arduino Nano 的兩種不同傳感器類型：

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• MAX30102
• MAX30100

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我可以使用上面提到的兩個(gè)傳感器，但我決定使用 MAX30102。然后，我連接了一塊 SSD1306 OLED（128x64）屏幕顯示心率（BPM），然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到涂鴉云。

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最后，我添加了一個(gè) 5mm 共陽極 RGB LED 來顯示設(shè)備與涂鴉云的連接狀態(tài)。

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在涂鴉云支持的移動應(yīng)用界面上，設(shè)備可以讓用戶展示三個(gè)不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并帶有相關(guān)圖表：

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• Finger_In - 手指定位
• Respiratory_Rate - BPM
• Blood_Oxygen - SpO2（可選）
• Blood_Oxygen - 紅光測量（可選）

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在面包板上完成接線并測試代碼后，我設(shè)計(jì)了受呼吸系統(tǒng)啟發(fā)的 PCB，作為心率顯著性的指標(biāo)。因此，該設(shè)備成為監(jiān)測和跟蹤心率的時(shí)尚且實(shí)用的設(shè)備：）

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第 1 步：設(shè)計(jì)和焊接 IoT 心率監(jiān)測器 PCB

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在對我的 PCB 設(shè)計(jì)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)之前，我在面包板上使用 Arduino Nano 和 ESP8266 測試了所有連接和布線。

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然后，我使用 KiCad 設(shè)計(jì)了 ??IoT 心率監(jiān)測器 PCB - 靈感來自珍貴的呼吸系統(tǒng) :) 我在下面附上了 PCB 的 Gerber 文件，所以如果您愿意，您可以從 PCBWay 訂購此 PCB，以創(chuàng)建合適且有效的使用涂鴉智能監(jiān)測和跟蹤脈搏血氧儀傳感器生成的數(shù)據(jù)的設(shè)備。

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首先，通過使用烙鐵，我連接了接頭（母頭）、MAX30102 脈搏血氧計(jì)傳感器、按鈕（6x6）、5mm 共陽極 RGB LED、220Ω 電阻和電源插孔。

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PCB上的元件清單：

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A1（Arduino Nano 接頭）

ESP_1（NodeMCU V3 LoLin ESP8266 的標(biāo)頭）

S1（SSD1306 OLED 屏幕接頭）

M_X1 (MAX30102)

M_X2 (MAX30100)

K1（6x6 按鈕）

D1 (5mm 共陽極 RGB LED)

R1、R2、R3（220Ω電阻）

J1（電源插孔）

J2（外部電池接頭）

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第二步：在涂鴉IoT平臺上創(chuàng)建新產(chǎn)品

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涂鴉智能是一個(gè)全球物聯(lián)網(wǎng)平臺，為品牌、OEM、制造商和零售連鎖店提供智能家居產(chǎn)品。但是，涂鴉并非只為公司提供服務(wù)和 API。涂鴉已經(jīng)建立了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，為開發(fā)者提供一整套產(chǎn)品，包括平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）和其他基于云的服務(wù)。涂鴉云平臺構(gòu)建了蓬勃發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，提供超過 1100 個(gè)品類、410,000 多個(gè)產(chǎn)品 SKU，覆蓋 220 多個(gè)國家和地區(qū)。

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涂鴉物聯(lián)網(wǎng)平臺?讓用戶從零開始開發(fā)智能產(chǎn)品，并提供針對不同產(chǎn)品類型的內(nèi)置功能。此外，涂鴉 SDK 允許通過串行通信控制帶有開發(fā)板的注冊和授權(quán)產(chǎn)品。您可以從涂鴉開發(fā)者平臺獲取更多關(guān)于涂鴉 SDK 的信息?。

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在使用涂鴉 IoT 平臺為該項(xiàng)目創(chuàng)建定制產(chǎn)品時(shí)，我決定將 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 轉(zhuǎn)換為注冊和授權(quán)的涂鴉產(chǎn)品。然后，我使用 Arduino Nano 與授權(quán)產(chǎn)品（ESP8266）進(jìn)行通信。借助涂鴉官方 Arduino 庫，Arduino Nano 可以通過串口通訊方式與授權(quán)產(chǎn)品進(jìn)行通信，在連接涂鴉智能 App 后，向涂鴉云發(fā)送數(shù)據(jù)并接收來自涂鴉云的指令。

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? 首先，進(jìn)入?涂鴉賬號注冊頁面?，創(chuàng)建一個(gè)開發(fā)者賬號。

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? 然后，進(jìn)入涂鴉IoT平臺，點(diǎn)擊：

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創(chuàng)造 ？找不到類別？

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? 輸入所需的產(chǎn)品信息：

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• 協(xié)議 ？無線上網(wǎng)
• 電源類型 ? 標(biāo)準(zhǔn)功耗

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? 創(chuàng)建產(chǎn)品后，從標(biāo)準(zhǔn)功能中選擇要添加到產(chǎn)品的功能，如果標(biāo)準(zhǔn)功能不支持，則創(chuàng)建新功能（自定義）。

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標(biāo)準(zhǔn)功能是指涂鴉為其產(chǎn)品類別提供的功能。由于有很多內(nèi)置產(chǎn)品，很容易找到您需要的功能。此外，您可以?根據(jù)您的項(xiàng)目創(chuàng)建名為Custom functions的專用函數(shù)。

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數(shù)據(jù)點(diǎn)（DP）是一個(gè)函數(shù)的抽象表示，每個(gè)函數(shù)都有一個(gè)ID和數(shù)據(jù)類型。

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數(shù)據(jù)點(diǎn)ID（DP ID）：表示數(shù)據(jù)點(diǎn)（功能）的代碼。涂鴉云通過數(shù)據(jù)點(diǎn) ID 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

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數(shù)據(jù)類型：布爾值、值（整數(shù)）、枚舉、故障、字符和 RAW。

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由于涂鴉提供了一些內(nèi)置的血氧儀功能，我不必為我的產(chǎn)品創(chuàng)建新功能：

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• Finger_In - 104 - 布爾
• Respiratory_Rate - 102 - 值
• Blood_Oxygen（或紅燈） - 103 - 值
• Blood_Oxygen 數(shù)據(jù) - 101 - 原始（可選）

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? 然后，進(jìn)入?硬件開發(fā)?，選擇?涂鴉標(biāo)準(zhǔn)模塊 SDK?下?的TYWE3S Wi-Fi 模塊。它與 ESP-12E (ESP8266) 模塊有一個(gè)無法區(qū)分的引腳排列。

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步驟 2.1：開發(fā)移動應(yīng)用程序界面（面板）

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? 成功創(chuàng)建產(chǎn)品后，進(jìn)入設(shè)備面板。然后，單擊 Visualized DIY Panel 下的 Create Blank Panel。

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? 現(xiàn)在，使用拖放組件設(shè)計(jì)面板（移動應(yīng)用程序界面）。它類似于 MIT App Inventor。

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? 設(shè)計(jì)面板后，單擊“?釋放”?按鈕并輸入所需信息。

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? 最后，??在 Android 或 iOS 上下載涂鴉智能應(yīng)用并注冊。

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我將通過以下步驟向您展示如何使用涂鴉智能應(yīng)用程序連接產(chǎn)品（ESP8266）。

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第三步：注冊并授權(quán) ESP8266 為涂鴉產(chǎn)品

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為了能夠使用 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 作為本項(xiàng)目的涂鴉產(chǎn)品，您需要使用所需的固件對其進(jìn)行刷寫和授權(quán)。

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要授權(quán) ESP8266，您必須將產(chǎn)品 ID（PID）和您的涂鴉 IoT 帳戶名（電子郵件）發(fā)送到 dev@tuya.com。一段時(shí)間后，他們會向您發(fā)送一個(gè)令牌 ID。然后，按照以下步驟操作：

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? 首先，進(jìn)入?涂鴉智能 PMS 系統(tǒng)?，創(chuàng)建一個(gè)開發(fā)者賬號。

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? 然后，進(jìn)入?生產(chǎn)管理？工單管理 ? 激活碼驗(yàn)證。要激活產(chǎn)品的生產(chǎn)證書，請輸入令牌 ID。確認(rèn) Token ID 后，ESP8266 就可以刷機(jī)和授權(quán)了。

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? ?確認(rèn)后，從?知識庫管理下載最新版本的?云模塊測試平臺？軟件下載。您可以在下載中找到副本。

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? 下載云模塊后，打開并登錄。然后，進(jìn)入文件？設(shè)置并輸入所需的設(shè)置，如下所示：

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• 燒波特率？921600
• 測試波特？9600

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? 點(diǎn)擊?輸入令牌？Token?并將 Token ID 粘貼到?Burning Authorization下。不要忘記選擇?固件下載。

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? 現(xiàn)在，通過 USB 線將 NodeMCU V3 LoLin ESP8266 連接到計(jì)算機(jī)并選擇其端口號，例如?COM5。如果您之前沒有將它與 Arduino IDE 或其他編譯器一起使用，您可能需要安裝?它的驅(qū)動程序。

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? 最后點(diǎn)擊?運(yùn)行?刷機(jī)，授權(quán)ESP8266為涂鴉產(chǎn)品。

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第 4 步：將 ESP8266 與兼容 Android 和 iOS 的涂鴉智能應(yīng)用程序配對

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將ESP8266刷機(jī)并授權(quán)為涂鴉產(chǎn)品后，即可通過涂鴉智能APP輕松連接到涂鴉云進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

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產(chǎn)品（ESP8266）必須處于網(wǎng)絡(luò)連接模式才能連接涂鴉智能APP。如以下步驟所述，我在設(shè)備上分配了一個(gè)按鈕以在按下時(shí)部署網(wǎng)絡(luò)連接模式。

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? 首先，按下設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)連接按鈕，直到 RGB LED 閃爍綠色。

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? 然后，打開?涂鴉智能應(yīng)用?并登錄。

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? 去?添加設(shè)備？手動添加？其他的 ？其他（無線網(wǎng)絡(luò)）。

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? 連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò) (2.4 GHz)。

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? 當(dāng)涂鴉智能應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上找到具有給定設(shè)置的產(chǎn)品時(shí)，它會添加該產(chǎn)品并自動將其連接到涂鴉云。

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? 連接后，打開移動應(yīng)用程序界面（面板）以監(jiān)控和跟蹤脈搏血氧儀傳感器生成的數(shù)據(jù)。

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Step 5: Arduino Nano 編程，通過 ESP8266（涂鴉設(shè)備）向涂鴉云發(fā)送數(shù)據(jù)

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下載涂鴉MCU SDK Arduino庫，與涂鴉設(shè)備（ESP8266）通信：

涂鴉 MCU SDK Arduino 庫 |?圖書館

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下載從 MAX3010x 傳感器收集數(shù)據(jù)所需的庫：

MAX3010x 傳感器庫 |?圖書館

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下載控制SSD1306 OLED屏幕所需的庫：

Adafruit_SSD1306 |?圖書館

Adafruit_GFX |?圖書館

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? 包含所需的庫并定義涂鴉設(shè)備（ESP8266）及其連接設(shè)置。

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 ; 
 ;


  led_state =  ;
 wifi_key_pin =  ;

?

? 定義涂鴉設(shè)備（ESP8266）的數(shù)據(jù)點(diǎn)（DPs）。

? 輸入涂鴉設(shè)備的PID（產(chǎn)品ID）和MCU軟件版本。

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 ; 
 ;


  led_state =  ;
 wifi_key_pin =  ;








  dp_array[][  ] =
{
{DPID_Blood_Oxygen_Data，DP_TYPE_RAW}，
{DPID_Respiratory_Rate，DP_TYPE_VALUE}，
{DPID_Blood_Oxygen，DP_TYPE_VALUE}，
{DPID_Finger_In，DP_TYPE_BOOL}，
};


  pid[] = {  };
 mcu_ver[] = {  };

?

? 定義 MAX3010x (MAX30102) 傳感器及其設(shè)置：

?

MAX30105粒子傳感器；


  RATE_SIZE =  ;
率[RATE_SIZE]；
速率點(diǎn) =  ;
最后一拍 =  ;

?

? 定義 SSD1306 OLED 屏幕及其設(shè)置：

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；

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? 初始化聯(lián)網(wǎng)密鑰，設(shè)置涂鴉設(shè)備所需的功能。

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pinMode（wifi_key_pin，INPUT_PULLUP）；

my_device.init(pid, mcu_ver);
 
my_device.set_dp_cmd_total(dp_array,  );

my_device.dp_process_func_register(dp_process);

my_device.dp_update_all_func_register(dp_update_all);

last_time = 毫秒（）；

?

? 初始化 MAX30102 傳感器并使用默認(rèn)設(shè)置對其進(jìn)行配置。

? 初始化 SSD1306 OLED 屏幕。

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particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST);

粒子傳感器.setup();
粒子傳感器.setPulseAmplitudeRed(  );

 
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC,  );
顯示.顯示（）；
延遲（）；

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? 啟動與涂鴉設(shè)備的串口通訊（軟件串口）。

? 按下 Wi-Fi Key 引腳 (7) 時(shí)激活網(wǎng)絡(luò)連接模式。

? 涂鴉設(shè)備嘗試連接 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，RGB LED 呈綠色閃爍。

? 如果涂鴉設(shè)備（ESP8266）與云服務(wù)器（涂鴉云）連接成功，RGB LED 變?yōu)樗{(lán)色。

?

my_device.uart_service();
按下WiFi Key Pin激活網(wǎng)絡(luò)連接模式 (digitalRead(wifi_key_pin) == LOW) {
延遲（）；
 (digitalRead(wifi_key_pin) == LOW) {
my_device.mcu_set_wifi_mode(SMART_CONFIG);
}
}
涂鴉設(shè)備嘗試連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，RGB LED 閃爍綠色： (  () != WIFI_LOW_POWER) && (my_device.mcu_get_wifi_work_state() != WIFI_CONN_CLOUD) && (my_device.mcu_get_wifi_work_state() != WIFI_SATE_UNKNOW)) {
  (millis()- last_time >=  ){
last_time = 毫秒（）；
調(diào)整： (led_state == LOW){ led_state = HIGH; （0，255，0 ）；}{ led_state = 低；調(diào)整（）；}
}
}
如果涂鴉設(shè)備（ESP8266）云服務(wù)器： (my_device.mcu_get_wifi_work_state() == WIFI_CONN_CLOUD){調(diào)整（
0，0，255 ）
}

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? 從 MAX30102 傳感器獲取 IR 讀數(shù)值。

? 如果脈搏血氧儀傳感器檢測到手指：

? 更新涂鴉設(shè)備的 Finger_In 數(shù)據(jù)點(diǎn) - ON。

? 檢查心跳并使用速率數(shù)組中存儲的數(shù)據(jù)計(jì)算平均心跳 (BPM)。

? 在 SSD1306 屏幕上顯示 BPM 值。

? 更新涂鴉設(shè)備的 Respiratory_Rate (BPM) 和 Blood_Oxygen（SpO2 或紅光測量）數(shù)據(jù)點(diǎn)。

?

 irValue =particleSensor.getIR();
 
my_device.mcu_dp_update(DPID_Finger_In,  ,  );
手指輸入 =；
}

display.clearDisplay();
display.drawBitmap(  ,  , 心率,  ,  , SSD1306_WHITE);
顯示.setTextSize(  );
display.setCursor(  ,  );
display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE);
display.println(  );
顯示.setTextSize(  );
display.setCursor(  ,  );
display.setTextColor(SSD1306_WHITE); 
display.println(beatAvg);
顯示.顯示（）；

lastBeat = 毫秒（）；
 
beatsPerMinute =  / (delta /  );
 (beatsPerMinute <  && beatsPerMinute >  ){
  
rates[rateSpot++] = (  )beatsPerMinute;
rateSpot %= RATE_SIZE； 
beatAvg =  ;
 (x =  ; x < RATE_SIZE ; x++)
beatAvg += 比率[x];
beatAvg /= RATE_SIZE;
}
 
my_device.mcu_dp_update(DPID_Respiratory_Rate, beatAvg,  );
 
Spo2_or_Red_Light(  );
 
my_device.mcu_dp_update(DPID_Blood_Oxygen, _value,  );
}
}
}

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? 在 Spo2_or_Red_Light 函數(shù)中，返回紅光讀數(shù)值或脈搏血氧儀傳感器產(chǎn)生的 SpO2。

我使用紅光測量值來更新 Blood_Oxygen 數(shù)據(jù)點(diǎn)，因?yàn)橛糜谠u估 SpO2 的代碼與該項(xiàng)目的其他功能沖突。

?

  {
 (option){
  :
_value =  (particleSensor.getRed(),  ,  ,  ,  );
;
  :
  
_value =  ;
;
}
}

?

? 如果脈搏血氧儀傳感器未檢測到手指：

? 更新涂鴉設(shè)備的 Finger_In 數(shù)據(jù)點(diǎn) - OFF。

? 顯示“放上你的食指！” 在 SSD1306 屏幕上。

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如果傳感器上沒有手指：
   irValue  )  if
  finger_in ==  ){
my_device.mcu_dp_update（DPID_Finger_In，，）；
手指輸入 =；
}
節(jié)拍平均值=  ;
display.clearDisplay();
display.drawBitmap(  ,  , 觸摸,  ,  , SSD1306_WHITE);
顯示.setTextSize(  ); 
display.setTextColor(SSD1306_WHITE); 
display.setCursor(  ,  );
display.println(  );
display.setCursor(  ,  );
display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE);
display.println(  );
display.setCursor(  ,  );
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.println(  ); 
顯示.顯示（）；
}

?

? 在 dp_update_all 函數(shù)中，使用默認(rèn)值 - 20、20、false 更新所有數(shù)據(jù)點(diǎn) (DP)：

?

  {

my_device.mcu_dp_update(DPID_Respiratory_Rate, , );
my_device.mcu_dp_update(DPID_Blood_Oxygen,  ,  );
my_device.mcu_dp_update（DPID_Finger_In，，）；
}

?

?

?

?

?

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步驟 5.2：使用 SSD1306 OLED 屏幕顯示圖像

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為了能夠使用 SSD1306 OLED 屏幕顯示圖像，您需要先將單色位圖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)數(shù)組，然后再將它們添加到您的代碼中。

?

? 首先，下載?液晶助手。

? 然后，上傳單色位圖并根據(jù)屏幕類型選擇垂直或水平。

? 轉(zhuǎn)換圖像（位圖）并保存輸出（數(shù)據(jù)數(shù)組）。

? 最后，將數(shù)據(jù)數(shù)組添加到代碼中并在屏幕上打?。?/font>

    PROGMEM touch [] = {
  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,
  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,
  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,
  , ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,
  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , ,  ,  ,  ,
  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,
};

...

display.clearDisplay();
display.drawBitmap(  ,  , 觸摸,  ,  , SSD1306_WHITE);