DIY Infrarot-Herzschlag-Sensor mit Arduino: Schritt-für-Schritt-Anleitung

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IR-Sender (generic) Alternativ: IR-Näherungssensor, Empfänger entfernen/abdecken	×	1
IR-Empfänger (generic) Sender entfernen	×	1
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• Arduino IDE

Über dieses Projekt

Wie es dazu kam

Die Corona-Pandemie hat weltweit die Nachfrage nach Medizinprodukten (Beatmungsgeräte etc.) explodieren lassen – Mangelware. Günstige Alternativen sind dringend nötig. Dieser DIY-Herzschlagsensor kostet unter 15 $ und eignet sich zur Herzschlagerkennung mit Echtzeit-Plot. Einzige „Arbeit“: Finger auf den Sensor legen.

Funktionsweise

Grundlage: differentielle Undurchsichtigkeit des Fingers durch Blutvolumenänderungen. Beim Herzschlag pumpt Blut in die Fingergefäße → Finger wird undurchsichtiger (mehr Lichtabsorption). In der Diastole zieht Blut sich zurück → Finger durchlässiger. Durch Messung der Durchlässigkeit (Transmission) lässt sich die Herzschlagkurve ableiten.

Dafür nutzen wir IR-Emitter und -Empfänger.

Der IR-Emitter beleuchtet den Finger kontinuierlich. Teil wird absorbiert, reflektiert, transmittiert. Wir detektieren das winzige transmittierte Licht auf der Gegenseite. Dessen Intensität schwankt mit dem Blutvolumen → Plot der Detektorsignale = Echtzeit-Herzschlag.

Das Ausgangssignal wird im Serial Plotter der Arduino IDE angezeigt.

Präzision: Störwerte filtern

Umgebungs-IR-Strahlung (von Objekten, Körperwärme) verfälscht die Messung. Der Arduino mittelt vorab 5 „Junk“-Messungen und subtrahiert diesen Mittelwert von den eigentlichen Messwerten.

// Junk-Readings summieren (5x)
int reading = 0;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
  reading += analogRead(A0);
}
int reading_final = reading / 5; // Mittelwert = Störbasis

delay(100);
int Heart_rate = analogRead(A0) - reading_final; // Korrigierter Wert

Dann wird Heart_rate geplottet.

Sensor-Hardware aufbauen

Sensor = IR-Emitter + Empfänger. Verdrahtung:

Endgültiger Hardware-Aufbau:

Ausgabe

Kurzes Video demonstriert den Sensor: Echtzeit-Plot meines Herzschlags. Video ansehen.

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Lifehack ohne Bauteile:

Eine IR-Fernbedienung (TV etc.) mit gedrückter Taste als Emitter nutzen. Als Empfänger einen LDR (lichtabhängigen Widerstand) verwenden, Schwellenwert für IR-Erkennung per Datenblatt einstellen.

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Feedback, Verbesserungsvorschläge, neue Projektideen – immer willkommen in den Kommentaren!

Code

heart_Beat_sensor_101/code

Arduino

// code by YaSh
// Heart_Rate_Sensor code
int reading = 0;
int reading_final;
int Heart_rate;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    reading += analogRead(A0); // 5x Junk summieren
  }
  reading_final = reading / 5; // Mittelwert
  delay(100);
  Heart_rate = analogRead(A0) - reading_final; // Korrigiert
  Serial.println(Heart_rate); // Plotten
}

Schaltpläne

Schaltplan für IR-Empfänger und -Emitter am Arduino.