💓 Проект: измеритель пульса (ударов в минуту) на датчике KY-039 с выводом на TM1637

На сайте уже есть проект с KY-039, который просто выводит сырые цифры с датчика в монитор порта. Этот проект идёт дальше: Arduino находит в этом сигнале реальные удары пульса, считает интервалы между ними и показывает готовое число ударов в минуту на дисплее TM1637, а не набор цифр, который приходится интерпретировать самостоятельно.

Как это работает

KY-039 — оптический датчик: инфракрасный светодиод просвечивает кончик пальца, а фототранзистор с другой стороны улавливает, сколько света прошло через ткань. Кровь, проходящая по капиллярам при каждом ударе сердца, слегка меняет количество поглощённого света — это создаёт небольшие, но регулярные колебания на аналоговом сигнале датчика, синхронные с пульсом.

Чтобы превратить эти колебания в число "ударов в минуту", нужно поймать момент каждого отдельного удара (а не просто общий уровень сигнала) и измерить время между соседними ударами. Для этого сигнал сравнивается с порогом, и фиксируется именно момент пересечения снизу вверх (а не постоянное превышение порога). После каждого засчитанного удара есть короткая "глухая" пауза (рефрактерный период, обычно порядка 300-400 мс) — без неё один и тот же удар с шумным сигналом рискует засчитаться несколько раз подряд. Зная время между двумя последними ударами в миллисекундах, пульс в ударах в минуту считается как 60000, делённое на это время.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

KY-039: аналоговый выход (S) → A0 Arduino, VCC → 5V, GND → GND.
TM1637: CLK → D9, DIO → D10, VCC → 5V, GND → GND.
Плотно, но без лишнего нажима приложите кончик пальца к датчику между излучателем и приёмником — слишком слабый или слишком сильный контакт одинаково портят сигнал.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему. Это учебный проект,
// не медицинский прибор — не используйте показания для диагностики.

#include <TM1637Display.h>

TM1637Display display(9, 10); // CLK, DIO

const int SENSOR_PIN = A0;
const int THRESHOLD = 550;               // подберите по месту, распечатав реальные значения в мониторе порта
const unsigned long REFRACTORY_MS = 300; // минимальный интервал между засчитанными ударами

bool wasBelow = true;
unsigned long lastBeat = 0;
int lastBpm = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  display.setBrightness(5);
}

void loop() {
  int raw = analogRead(SENSOR_PIN);
  bool isAbove = raw > THRESHOLD;
  unsigned long now = millis();

  if (wasBelow && isAbove && (now - lastBeat) > REFRACTORY_MS) {
    unsigned long interval = now - lastBeat;
    if (lastBeat != 0 && interval > 0) {
      lastBpm = 60000 / interval;
      Serial.print("Пульс: ");
      Serial.print(lastBpm);
      Serial.println(" BPM");
      display.showNumberDec(lastBpm);
    }
    lastBeat = now;
  }

  wasBelow = !isAbove;
  delay(5);
}

Библиотека TM1637Display ставится через Менеджер библиотек Arduino IDE. Перед первым использованием распечатайте реальные значения `raw` в мониторе порта с пальцем на датчике, чтобы подобрать `THRESHOLD` где-то между минимумом и максимумом наблюдаемого сигнала.

Частые проблемы

Число на экране постоянно скачет в широких пределах — почти всегда неверно подобран `THRESHOLD` или слабый контакт пальца с датчиком; попробуйте слегка изменить силу прижима.
Показывается очень большое число (сотни BPM) — шум сигнала засчитывается как несколько ударов; увеличьте `REFRACTORY_MS` или `THRESHOLD`.
Экран показывает 0 или не меняется — палец, скорее всего, не на датчике или сигнал не пересекает порог; проверьте `raw` в мониторе порта.
Показания сильно отличаются от реального пульса (померянного вручную по запястью) — это учебный проект с простым пороговым алгоритмом, а не медицинский пульсоксиметр; для сверки посчитайте удары вручную за 15 секунд и умножьте на 4.

Как улучшить проект

Усреднять несколько последних интервалов между ударами вместо показа каждого нового значения по отдельности — пульс станет визуально более стабильным на экране.
Добавить автоматическую калибровку порога при старте (взять среднее между минимумом и максимумом за первые несколько секунд с пальцем на датчике).
Добавить светодиод, мигающий синхронно с каждым засчитанным ударом — наглядный визуальный индикатор работы алгоритма отдельно от цифр.