Il battito del cuore su Arduino: ECG con l'AD8232

2Come funziona e come si collega

È un ECG a una derivazione: si misura la tensione tra braccio destro (RA) e sinistro (LA); il terzo elettrodo (RL, gamba destra) serve all'AD8232 per tenere basso il disturbo. La scheda SparkFun segue lo schema «cardiac monitor» di Analog Devices: segnale 1100 volte più grande, solo frequenze tra 0,5 e 40 Hz. OUTPUT oscilla attorno a 1,65 V, per Arduino circa 340 (calcolo nostro).

• 3.3v → 3.3V, mai al 5V: l'AD8232 lavora da 2 a 3,5 V e regge al massimo 3,6 V.
• LO+ → A1, LO− → A2: salgono a 3,3 V quando si stacca LA (LO+) o RA (LO−). Un pin digitale dell'UNO vede di sicuro un «alto» solo da 3 V in su (datasheet ATmega328P), quindi li leggiamo con analogRead: circa 675 (calcolo nostro) con l'elettrodo staccato, quasi 0 con l'elettrodo attaccato.
• SDN resta libero (una resistenza sulla scheda tiene acceso il chip). Mai a un pin dell'UNO: i suoi 5 V superano il massimo del chip.

3Lo sketch

// Il segnale del cuore con l'AD8232 e Arduino UNO. Solo per imparare: NON è un
// dispositivo medico. Elettrodi addosso solo con tutto a batteria.
#include <Arduino.h>

const bool HA_LO = true;   // false per il DFRobot SEN0213 (LO+ e LO- non escono)
const byte OGNI = 10;      // una riga al Plotter ogni 10 letture (IDE 1.8: metti 1)
const int SALTO = 100;     // quanto il picco R deve superare la media (si regola)

long somma;                // media mobile delle letture, moltiplicata per 64
unsigned long ultimaLettura, ultimoBattito;
bool sopra = false;        // il segnale è già sopra la soglia?
int bpm = 0, massimo = 0;
byte contate = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);       // il LED L lampeggia a ogni battito
  somma = analogRead(A0) * 64L;
  ultimaLettura = micros();
}

void loop() {
  if (micros() - ultimaLettura < 4000) return;   // una lettura ogni 4 ms
  ultimaLettura += 4000;
  int valore = analogRead(A0);                   // OUTPUT del modulo
  somma += valore - somma / 64;                  // la media segue la linea di base
  int soglia = somma / 64 + SALTO;
  unsigned long adesso = millis();
  // LO+ (A1) e LO- (A2): circa 675 se un elettrodo è staccato, quasi 0 se è attaccato
  if (HA_LO && (analogRead(A1) > 400 || analogRead(A2) > 400)) {
    valore = soglia = bpm = 0;                   // sul Plotter: linea piatta a zero
  } else if (!sopra && valore > soglia) {        // picco R: un battito
    sopra = true;
    unsigned long intervallo = adesso - ultimoBattito;
    if (intervallo > 300) {                      // sotto 0,3 s non è un nuovo battito
      if (intervallo < 2000) bpm = 60000UL / intervallo;
      ultimoBattito = adesso;
    }
  } else if (valore < soglia) {
    sopra = false;
  }
  digitalWrite(LED_BUILTIN, adesso - ultimoBattito < 100);   // acceso per 0,1 s
  // al Plotter la lettura più alta di ogni gruppo: così il picco R non si perde
  if (contate == 0 || valore > massimo) massimo = valore;
  if (++contate < OGNI) return;
  contate = 0;
  Serial.print(F("ECG:"));      Serial.print(massimo);
  Serial.print(F(",Soglia:"));  Serial.print(soglia);
  Serial.print(F(",BPM:"));     Serial.println(bpm);
}

Arduino legge OUTPUT 250 volte al secondo: oltre la soglia (SALTO punti sopra la media) c'è un picco R e il LED L si accende. Al Plotter va una riga ogni dieci letture perché quello dell'IDE 2, lo dice il suo codice, mostra solo le ultime 50 righe: due secondi. Con il vecchio IDE 1.8 (500 righe) metti OGNI = 1.

4Dove vanno gli elettrodi

SparkFun indica due posizioni: avambracci e coscia destra (A) oppure petto vicino alle spalle e fianco destro sopra l'anca (B); più sono vicini al cuore, meglio è. Sul cavo SparkFun RA è nero, LA blu, RL rosso: gli altri cavi hanno altri colori, guarda le sigle.

5Guarda il tracciato

Caricatore staccato, sketch caricato, elettrodi attaccati: apri il Plotter seriale (menu Strumenti o pulsante in alto a destra) a 115200 baud.