树莓派心率计

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前言

这个只是我自己跑通的一个方法，基本参考知乎这篇文章https://www.zhihu.com/collection/723286847和助教给的那个文档，好多地方我也不懂，基本是遇到什么问题百度啥。可能还有更简单的环境配置方法。也有可能你会遇到新的问题。

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一、安装系统

1.下载树莓派官方系统

网址：https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/
建议下载如下图Raspberry Pi OS with desktop版本，这个版本不带推荐软件，占用空间小一点。
不然8G内存卡装完系统剩下的不够装python和tensorflow了。建议装完系统还剩余2G空间。
官网最新的bullseye版本上一代是buster版本，bullseye版本后面更新源需要用阿里源，清华源没这个版本的。
我用的是2021-12-02-raspios-buster-armhf这个版本

系统下载完成后解压，解压出来的内容是.img结尾的系统文件。

2.安装系统

1.使用DiskGenius将SD卡格式化，具体步骤可参考该视频https://www.bilibili.com/video/BV1bt411c7fC?p=3
2.格式化完毕以后打开Win32 Disk Imager，选择刚刚格式化的SD卡，先点击红色圈起来的按钮，找到开始下载好的系统文件，再点击write，然后就等待系统写入。

3.在系统镜像烧写完成以后，在boot里面添加ssh文件(要打开文件扩展名显示)，参考该视频[https://www.bilibili.com/video/BV1bt411c7fC?p=3]

二、开机启动以及基本配置

1.有显示器

1.1SD 卡插入树莓派底部卡槽，HDMI线分别接入树莓派和显示器，给树莓派接入键盘和鼠标，接入电源开机。
1.2按照提示设置国家语言时区，修改密码（建议默认，点击next）
1.3设置ssh和vnc。打开终端 输入命令:sudo raspi-config 会弹出下图界面，选择Interfacing 那一项，点击Enter键。

分别开启SSH和VNC

1.4扩展SD卡容量，选择Advanced Options项，进入选择第A1项

2.无显示器使用网线

2.1电脑连接wifi，右击电脑选择网络设置→点击更改适配器→右击WiFi选择属性→属性里面选择分享，打上勾，确认。

2.2连接上网线分别插入树莓派和电脑网口，然后给树莓派供电。等绿等停止闪烁的时候，系统启动完成。
2.3打开电脑的终端，win+R, 输入cmd,进入后输入命令 ：arp -a (p和- 之间有空格)，会出现如下类似内容

192.168.137.1下面第一个ip就是树莓派通过电脑分享后的 IP。（如果下面有多个IP，物理地址一样的那几个，挨个尝试）
2.4打开putty软件，输入IP地址点击open，

如果输入的网址正确，会显示下图：

点击Accept进入，然后输入用户名和密码。默认用户名：pi，密码：raspberry（输入密码的时候就是不显示的。输完按enter键就行。
2.5输入命令:sudo raspi-config，之后步骤和有显示器的相同。

3.VNC

1.下载VNC软件，并安装。
2.网线连接树莓派和电脑，打开VNC软件。

3.蓝色框内输入树莓派IP地址，进入以后输入用户名和密码，默认用户名pi,raspberry

填写完，点击ok就好了

3.更新源

bullseye版本系统需要使用阿里源
buster版本更新清华源，步骤如下：（可以参考视频：https://www.bilibili.com/video/BV1bt411c7fC?p=4）
可以在putty中使用命令行操作，也可以用VNC进入树莓派桌面中使用命令行操作。
使用管理员权限编辑/etc/apt/sources.list文件

sudo nano /etc/apt/sources.list

删除原文件所有内容，用以下内容取代：

deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib rpi
deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib rpi

使用管理员权限编辑/etc/apt/sources.list.d/raspi.list文件

sudo nano /etc/apt/sources.list.d/raspi.list

删除原文件所有内容，用以下内容取代：

deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ buster main ui

三、TensorFlow环境配置

基本是按照知乎这篇文章来配置的。
基于硬件树莓派0-Tensorflow的心电图识别 - Ethan-Q的文章 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/336918922
然后参考了此文：https://blog.csdn.net/happywlg123/article/details/107286458

1.安装python3.7.3

先看一下树莓派系统自带的python版本

python3 -V

如果是python3.7.3，就可以跳过python安装的步骤，直接安装tensorflow。
2021-12-02-raspios-buster-armhf这个版本好像自带的就是python3.7.3
1.1安装依赖包

sudo apt-get install -y make build-essential libssl-dev zlib1g-dev   
sudo apt-get install -y libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm 
sudo apt-get install -y libncurses5-dev  libncursesw5-dev xz-utils tk-dev

1.2下载python3.7

sudo wget https://www.python.org/ftp/python/3.7.3/Python-3.7.3.tgz

1.3解压python3.7

sudo tar -zxvf Python-3.7.3.tgz

1.4进入解压包并安装python

cd Python-3.7.3
sudo ./configure --prefix=/usr/local/python3
sudo make

1.5安装完成，创建软连接

ln -s /usr/local/python3/bin/python3 /usr/local/bin/python3
ln -s /usr/local/python3/bin/pip3 /usr/local/bin/pip3

有时会出现软连接已存在问题，需要删除原有软连接

rm -rf /usr/local/bin/python3
rm -rf /usr/local/bin/pip3

1.6打印版本测试

python3 -V
pip3 -V

安装完成！

2.安装TensorFlow2.0

2.1检查配置相关环境

python3 --version
pip3 --version
virtualenv --version

python3和pip3前面刚装的应该都有。
可能会没有virtualenv，则需要以下操作：

sudo apt update # 更新
sudo apt install python3-dev python3-pip  # 如已经安装了Python3和pip3则跳过此命令
sudo apt install libatlas-base-dev  # 此命令必选 
sudo pip3 install -U virtualenv  

2.2创建虚拟环境并激活虚拟环境

virtualenv --system-site-packages ./venv
source ./venv/bin/activate

2.3更新pip并且安装依赖包

pip install --upgrade pip #更新pip
# 安装依赖包
pip install keras_applications==1.0.8 --no-deps
pip install keras_preprocessing==1.1.0 --no-deps
pip install h5py==2.9.0
pip install -U six wheel mock

2.4下载并安装TensorFlow2.0
在github上下载Tensorflow2.0，并使用VNC将下载包传递至树莓派内。放在对应目录下。然后安装

pip install tensorflow-2.0.0-cp37-none-linux_armv6l.whl

安装结束后，测试安装结果：

python -c "import tensorflow as tf;print(tf.reduce_sum(tf.random.normal([1000, 1000])))"

如输出tf.Tensor(1035.3678, shape=(), dtype=float32)则表示安装成功！
2.5安装失败后的处理。
如果安装失败，可以重试。此时使用rm -r venv/删除安装失败的TensorFlow所在虚拟环境，即可从第2.2步开始重试。

3.其他包安装

接着上一步，还是在虚拟环境下，命令行前头有(venv)则表示在虚拟环境中

pip install matplotlib # 画图
pip install sklearn # 使用sklearn里面的数据处理模块

然后查看具体安装了哪些包：

pip list

是否有pyserial(串口)，pywavelets（小波变换库），python3-gi-cairo（没有这个库后面画图会包错）
如果没有，缺啥装啥。
我的是缺pywavelets和python3-gi-cairo。pywavelets直接安装，下载太慢。建议下载依赖包后手动安装。
推荐PyWavelets-1.1.1-cp37-cp37m-linux_armv7l.whl这个版本。
下载地址：https://www.piwheels.org/simple/pywavelets/
将下载好的包传到树莓派上，放在对应文件夹下。

pip install PyWavelets-1.1.1-cp37-cp37m-linux_armv7l.whl

安装python3-gi-cairo，这里我是直接安装的

sudo apt-get install python3-gi-cairo

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四、树莓派串口使用

参考了此文：https://blog.csdn.net/qq_43725844/article/details/97682424
1.按照AD8232_STM32资料包里的说明，连接底板、STM32最小系统板、AD8232模块、蓝牙和导联电极（电极是一次性的，建议先不装电极）
2.将示例代码用ST-LINK下载到STM32最小系统板
3.带USB的那个蓝牙模块插在树莓派上
4.在命令行输入lsusb即可出现所有的串口，看自己的设备是否连接上ch340，有的话会显示
5.接着输入ls -l /dev/tty*

这里可以看到自己的ch340模块被识别成什么，可能是0，也可能是1；
接着，输入stty -F /dev/ttyUSB1(若识别为0则写0)
即可看到目前USB串口的波特率

五、在树莓派用运行代码

1.将continuous_test.py（连续获取心电信号代码，并绘制图），ECG_test.py（实时心电数据监测），model.tflite（tflite单导联模型）传到树莓派上
2.运行代码。
2.1使用命令行运行：
打开命令行，激活虚拟环境

source ./venv/bin/activate

使用python xxx.py命令运行代码（xxx为要运行的文件名称）
2.2使用树莓自带编程软件Thonny运行：
更改解释器，如图所示，单击Run，在弹出的菜单栏选择第一个，Select interpreter。

在弹出的配置窗口，根据下图选择。

选择前面创建的虚拟环境的位置，并定位python执行文件的位置，一般为/bin/python。

配置成功之后ThonnyIED会输入如下所示的提示信息。

3.更改代码中的串口名称

更改为之前被识别到的名称，例如/dev/ttyUSB0
4.运行程序
运行continuous_test.py，会显示原始心电图和小波变换滤波后的心电图
运行ECG_test.py，也会显示原始心电图和小波变换滤波后的心电图，以及下图内容