Arduinoで生理指標を測る

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参考になる文献・書籍
・神崎 康宏（2012）Arduinoで計る,測る,量る : 計測したデータをLCDに表示,SDカードに記録,無線/インターネットに送る方法を解説　CQ出版　
https://ci.nii.ac.jp/ncid/BB08696362
・鈴木 哲哉（2014）ボクのArduino工作ノート 改訂版　ラトルズ　
https://ci.nii.ac.jp/ncid/BB1457169X
・増田正・大路駿介  (2020). PT・OT・アスリートのためのプログラミングとマイコン電子工作入門 (1) プログラミングとマイコンを用いた電子工作. バイオメカニズム学会誌, 44, 48-52.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sobim/44/1/44_48/_pdf/-char/ja
・増田正, & 大路駿介. (2020). PT・OT・アスリートのためのプログラミングとマイコン電子工作入門 (2) Arduino® マイコンと電子回路の活用. バイオメカニズム学会誌, 44(2), 119-123.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sobim/44/2/44_119/_pdf/-char/ja

論文中で紹介されたプログラムを掲載します。

ECG測定に用いたプログラム（Arduino）

#include <Wire.h> //I2C通信ライブラリ
#include <Adafruit_ADS1X15.h> //ADS1015ライブラリ
Adafruit_ADS1015 ads; //ADS1015クラスのインスタンス化

void setup(void)
{
  Serial.begin(115200);  //シリアル通信開始
  // ADS1015 gain 2/3  input range +/- 6.144V 
  ads.begin(); //ADS1015通信開始
}

void loop(void)
{
  int16_t results; //AD変換結果
  results = ads.readADC_Differential_0_1();  //差動入力
   
  float   multiplier = 3.0F;  // デフォルトゲイン(2/3倍)における係数
  Serial.print(results * multiplier); //得られたデジタル値をmvに換算しシリアルモニタに表示
  Serial.print(",4000,1000"); 
  Serial.println(); //シリアルモニタ改行
  delay(0);
}

EMG測定に用いたプログラム（Arduino）

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1X15.h>
Adafruit_ADS1015 ads;

void setup(void)
{
  Serial.begin(115200);
  // ADS1015 gain 16x  input +/- 0.256V
  ads.setGain(GAIN_SIXTEEN); //ゲインを16倍に設定
  ads.begin();
}

void loop(void)
{
  int16_t results;
  results = ads.readADC_Differential_0_1();  //差動入力   

  float multiplier = 0.125F; //ゲイン16倍時の係数
  Serial.print(results * multiplier); 
  Serial.print(",100,-100"); 
  Serial.println();
  delay(0);
}

SCC測定に用いたプログラム（Arduino）

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1X15.h>
Adafruit_ADS1015 ads;

void setup(void)
{
  Serial.begin(115200);
  // ADS1015 gain 8x  input +/- 0.512V
  ads.setGain(GAIN_EIGHT);  //ゲインを8倍に設定
  ads.begin();
}

void loop(void)
{
  int16_t results1,results2;
  results1 = ads.readADC_Differential_0_1();  //差動入力
    
  float   multiplier = 0.25F; //ゲイン8倍時の係数
  Serial.print(results1 * multiplier); 
  Serial.print(","); 
  Serial.print("194,"); //24k Ohm = 42uS
  Serial.print("-7,");  //1M Ohm = 1uS
  Serial.println();

  delay(200);
}

SCLおよびSCR測定に用いたプログラム（Arduino）

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1X15.h>
Adafruit_ADS1015 ads;

void setup(void)
{
  Serial.begin(115200);
  // ADS1015 gain 2x  input +/- 2.048V
  ads.setGain(GAIN_TWO);        
  ads.begin();
}

void loop(void)
{
  int16_t results1,results2;
  results1 = ads.readADC_Differential_0_1();  //作動入力
  results2 = ads.readADC_Differential_2_3();
  
  float   multiplier = 1.0F;
  Serial.print(results1 * multiplier); 
  Serial.print(","); 
  Serial.print(results2 * multiplier); 
  Serial.print(",");   
  Serial.print("1111,"); //24k Ohm = 42uS
  Serial.print("-41,");  //1M Ohm = 1uS
  Serial.println();

  delay(200);
}

EMGの無線計測に用いたプログラム（Arduino）

#include "BluetoothSerial.h" //BT通信ライブラリ
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1X15.h>
Adafruit_ADS1015 ads;
BluetoothSerial SerialBT; //BluetoothSerial クラスのインスタンス化
long t1,t0; //時間管理用変数
int cnt=0; //加算回数
int16_t results;
float multiplier = 0.125F;
float mv,average,sum; //平均値算出用変数

void setup(void)
{
  pinMode(10, OUTPUT); //内蔵赤色LEDを出力モードに
  digitalWrite(10, LOW); //内蔵赤色LEDを点灯

  Serial.begin(115200);
  SerialBT.begin("EMG32"); //Bluetooth device name
  Wire.begin(32, 33); //32端子をSDA,33端子をSCLとしてI2C通信開始
  
  // ADS1015 gain 16x  input +/- 0.256V
  ads.setGain(GAIN_SIXTEEN);
  ads.begin();
}

void loop(void)
{
  results = ads.readADC_Differential_0_1();  //作動入力   
  mv=abs(results * multiplier); //筋電位の絶対値を得る
  sum+=mv;  
  cnt++;
  
  t0=t1;
  t1=millis()/10;   //10ms間隔で平均mV数を表示
  if(t1!=t0){    
    average=sum/cnt;
    SerialBT.print(average);
    SerialBT.print(",100,0");
    SerialBT.println();
    sum=0;
    cnt=0;
  }  
}

SCCをWi-Fi経由でサーバーに送信するプログラム（Arduino）

#include <WiFi.h> //Wifiライブラリ
#include <WiFiMulti.h> //複数のアクセスポイントを管理するためのクラス
#include <HTTPClient.h>//HTTP通信ライブラリ
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1X15.h>

WiFiMulti wifiMulti; //WiFiMultiクラスのインスタンス化
Adafruit_ADS1015 ads;

void setup(void)
{
  pinMode(10, OUTPUT);
  digitalWrite(10, LOW);

  Serial.begin(115200);
  Wire.begin(32, 33); //I2C connection
  
  ads.setGain(GAIN_EIGHT);  // ADS1015 gain 8x
  ads.begin();

  delay(4000);  //4秒待機した後に通信開始
  wifiMulti.addAP("MySSID", "MyPassword"); //WiFiアクセスポイントの登録
}

void loop(void)
{
  int16_t results;
  float multiplier = 0.25F;
  float SC;
  results = ads.readADC_Differential_0_1();  //作動入力   
  SC=results * multiplier;

  if((wifiMulti.run() == WL_CONNECTED)) { //登録したアクセスポイントに接続
    HTTPClient http; //HTTPClientをインスタンス化
    Serial.print("[HTTP] begin...\n");
    String URL="http://hogehoge.ne.jp/hogehoge/getsc.php";
    URL+="?SC="+String(SC);
    http.begin(URL); //HTTP通信開始

    Serial.print("[HTTP] GET...\n");
    Serial.println(URL);
    int httpCode = http.GET(); //URLをGET方式でリクエスト

    if(httpCode > 0) {
      Serial.printf("[HTTP] GET... code: %d\n", httpCode);
      if(httpCode == HTTP_CODE_OK) { //通信に成功したら
          String payload = http.getString(); //通信結果をpayloadへ格納
          Serial.println(payload);
      }
    } else { //失敗したらエラーとコードを表示
      Serial.printf("[HTTP] GET... failed, error: %s\n", 
                    http.errorToString(httpCode).c_str());
    }
    http.end(); //HTTP通信終了
  }
  delay(1000); //1秒ごとに繰り返す
}

Wifi経由受信したSCCデータをサーバーに記録するプログラム（PHP）

<?
$SCval=$_GET['SC'];	//Arduinoから送られたデータを受け取る
$timestr=strftime("%Y%m%d_%H%M%S"); 	//タイムスタンプ作成

if($SCval!=""){
	$fp=fopen("SCdata.csv","a");	//追加形式でファイル開く
	fprintf($fp,"%s,%s\n",$timestr,$SCval);	//タイムスタンプとデータを保存
	fclose($fp);		//ファイル閉じる
	echo"saved SC value!";	//Arduino側へ文字列送信
}
?>

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