Κύκλωμα παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού

Κύκλωμα παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού

Σε αυτό το άρθρο συζητάμε διεξοδικά ένα σχετικά ακριβές ηλεκτρονικό κύκλωμα αισθητήρα καρδιακού ρυθμού που υποβλήθηκε σε επεξεργασία από μερικά διακριτά ενσύρματα στάδια κυκλώματος opamp και στη συνέχεια θα μάθουμε πώς μπορεί να τροποποιηθεί για την κατασκευή ενός κυκλώματος συναγερμού παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού.



Χρήση αισθητήρων φωτοδιόδου IR

Η ανίχνευση των καρδιακών παλμών γίνεται βασικά από δύο φωτοδιόδους υπερύθρων, μία εκ των οποίων είναι ο πομπός IR ενώ ο άλλος δέκτης.

Οι ακτίνες IR που ρίχνονται από τη δίοδο του πομπού αντικατοπτρίζονται από την περιεκτικότητα ενός ατόμου στο αίμα του δακτύλου και λαμβάνεται από τη δίοδο του δέκτη.





Η ένταση των ανακλώμενων ακτίνων ποικίλλει σε αναλογία που καθορίζεται από τον ρυθμό άντλησης της καρδιάς και από τη διαφορά στα επίπεδα οξυγονωμένου αίματος στο περιεχόμενο του αίματος.

Τα αισθητήρια σήματα από τις υπέρυθρες δίοδοι υποβάλλονται σε επεξεργασία από τα εμφανιζόμενα στάδια opamp, τα οποία στην πραγματικότητα είναι μερικά πανομοιότυπα ενεργά κυκλώματα φίλτρου χαμηλής διέλευσης που είναι αποφασισμένα να αποκοπούν στα περίπου 2,5 Hz. Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο εφικτό μέτρηση του καρδιακού ρυθμού θα περιοριζόταν σε περίπου 150 bpm.



Χρησιμοποιούμε το IC MCP602 για την επεξεργασία με τη μορφή IC1a και IC1b στον προτεινόμενο σχεδιασμό αισθητήρα καρδιακού ρυθμού και επεξεργαστή. Το IC είναι ένα διπλό opamp που κατασκευάζεται από microchip.

Λειτουργία κυκλώματος

Έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με μεμονωμένες προμήθειες και έτσι καθίσταται εξαιρετικά ευνοϊκό για το κύκλωμα που συζητείται το οποίο υποτίθεται ότι λειτουργεί από ένα μόνο κελί 9V.

Αυτό σημαίνει επίσης ότι η έξοδος του opamp θα μπορούσε να παράγει μια πλήρη θετική προς αρνητική τάση που αντιστοιχεί στα σήματα καρδιακού ρυθμού από τις διόδους IR.

Δεδομένου ότι οι συνθήκες περιβάλλοντος μπορεί να μολυνθούν με πολλά αδέσποτα σήματα, οι opamps πρέπει να ανοσοποιηθούν έναντι όλων αυτών των πλαστών ηλεκτρικών διαταραχών, επομένως οι πυκνωτές μπλοκαρίσματος με τη μορφή των απεικονιζόμενων πυκνωτών 1uF τοποθετούνται στις εισόδους κάθε opamps.

Το πρώτο opamp έχει ρυθμιστεί να παράγει κέρδος 101, ενώ το δεύτερο είναι πανομοιότυπο με την πρώτη διαμόρφωση IC1a ρυθμίζεται επίσης στο κέρδος 101.

Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι το συνολικό ή το τελικό κέρδος του κυκλώματος στην έξοδο αποδίδεται σε ένα εντυπωσιακό 101 x 101 = 10201, αυτό το υψηλό κέρδος εξασφαλίζει τέλεια ανίχνευση και επεξεργασία των εξαιρετικά αδύναμων και ασαφών παλμών καρδιακού ρυθμού εισόδου που παρέχονται από το IR δίοδοι.

Μπορεί να φανεί ένα LED συνδεδεμένο σε όλη την έξοδο του δεύτερου IC1b opamp που αναβοσβήνει σε απόκριση στους ληφθέντες παλμούς καρδιακού ρυθμού από το στάδιο της δίοδος IR.

Η εφαρμογή που παρουσιάζεται εδώ προορίζεται μόνο για σκοπούς σχεδιασμού αναφοράς και δεν προορίζεται για οποιαδήποτε σωσίβια ζωή ή ιατρική παρακολούθηση.

Διάγραμμα κυκλώματος

Πώς να ρυθμίσετε το κύκλωμα αισθητήρα καρδιακού ρυθμού

Ρυθμίζοντας τον προτεινόμενο αισθητήρα καρδιακού ρυθμού, ο επεξεργαστής είναι πραγματικά πολύ εύκολος.

Όπως όλοι θα καταλάβουμε ότι η διαφορά μεταξύ του οξυγονωμένου αίματος και του απο-οξυγονωμένου αίματος θα μπορούσε να διακρίνεται δύσκολα και απαιτεί ακραία ακρίβεια από κάθε άποψη, προκειμένου να επιτρέψει στον επεξεργαστή να κρίνει τις λεπτές διαφορές εντός της ροής του αίματος και ωστόσο να μπορεί να μετατραπεί σε μια αλλαγή τάσης ταλάντευσης στην έξοδο.

Προκειμένου να διασφαλιστεί μια τέλεια βελτιστοποιημένη δέσμη IR από τη δίοδο IR Tx, το ρεύμα μέσω αυτής πρέπει να περιορίζεται σε ένα καλά υπολογισμένο ποσοστό έτσι ώστε το οξυγονωμένο αίμα να προσφέρει μια σχετικά υψηλότερη αντίσταση για να περάσουν οι ακτίνες, αλλά επιτρέπει σχετικά χαμηλότερη ποσότητα αντίστασης για τις ακτίνες κατά τη διάρκεια της αποξυγονωμένης κατάστασης του αίματος. Αυτό διευκολύνει τη διάκριση μεταξύ των παλμών της καρδιάς.

Αυτό γίνεται απλά προσαρμόζοντας τη δεδομένη προρύθμιση 470 ohm.

Διατηρήστε το δείκτη του δείκτη σας πάνω από το ζεύγος D1 / D2, ενεργοποιήστε το ON και συνεχίστε να ρυθμίζετε την προρύθμιση έως ότου το LED στην έξοδο αρχίσει να αναπτύσσει ένα ξεχωριστό εφέ αναβοσβήνει.

Σφραγίστε την προεπιλογή μόλις επιτευχθεί.

Διάταξη τοποθέτησης του δείκτη πάνω από τις κλειστές διόδους φωτογραφίας

Αυτό μπορεί να γίνει με συγκόλληση των διόδων πάνω από το PCB σε κάποια υπολογιζόμενη απόσταση, η οποία γίνεται πολύ καλή για την άκρη του δείκτη να καλύψει πλήρως τις ακτίνες ακτινοβολίας των διόδων.

Για βέλτιστη απόκριση, οι δίοδοι πρέπει να περικλείονται μέσα σε αδιαφανείς πλαστικούς σωλήνες κατάλληλου μεγέθους, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Στην επόμενη ενότητα θα μάθουμε για μια απλή παρακολούθηση καρδιακού ρυθμού και κύκλωμα συναγερμού ειδικά σχεδιασμένο για τους ηλικιωμένους πολίτες για να παρακολουθείτε τον καρδιακό ρυθμό τους.

Εδώ διερευνά ένα απλό κύκλωμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση του κρίσιμου καρδιακού ρυθμού ενός ασθενούς (ηλικιωμένος πολίτης), το κύκλωμα περιλαμβάνει επίσης έναν συναγερμό για την ένδειξη της κατάστασης. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Raj Kumar Mukherji

Τεχνικές προδιαγραφές

Ελπίζω να είσαστε καλά.

Ο σκοπός της γραφής εδώ είναι να μοιραστώ μαζί σας μια ιδέα ενός έργου - να σχεδιάσουμε έναν «συναγερμό παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού» που μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας κοινά διαθέσιμα εξαρτήματα χαμηλού κόστους και που θα παράγει έναν ηχητικό συναγερμό όποτε ο ρυθμός παλμού κάποιου είναι βρέθηκε μη φυσιολογική. Πρέπει επίσης να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις:

ένα. Συμπαγές και ελαφρύ, επομένως φορητό

σι. Καταναλώστε την ελάχιστη ισχύ, επομένως θα πρέπει να τρέχετε 24x7 για ένα ή δύο μήνες από μερικές μπαταρίες AA ή ένα πακέτο 9 volt

ντο. Πρέπει να είναι αρκετά ακριβής στην απόδοσή του

Γνωρίζω ότι υπάρχουν πολλά τέτοια κυκλώματα στο Διαδίκτυο, αλλά η απόδοση και η αξιοπιστία τους είναι αμφισβητήσιμα. Η μονάδα μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη ειδικά για ηλικιωμένους (με / χωρίς καρδιακή νόσο), για ασθενείς που βρίσκονται στο κρεβάτι και ούτω καθεξής. Όταν η καρδιά χτυπάει με ρυθμό υψηλότερο / χαμηλότερο από μια καθορισμένη μέση τιμή κατωφλίου, ο συναγερμός θα ηχεί αρκετά δυνατά για να ειδοποιεί τους ανθρώπους γύρω από τον ασθενή.

Ελπίζω ότι η πρότασή μου είναι σαφής σε εσάς. Ωστόσο, εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία, παρακαλώ στείλτε μου ένα e-mail.

Ευχαριστώ,

Θερμούς χαιρετισμούς,
Raj Kumar Mukherji

Ο σχεδιασμός

Στην προηγούμενη ανάρτηση μάθαμε πώς να φτιάχνουμε ένα κύκλωμα αισθητήρα καρδιακού ρυθμού με επεξεργαστή, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατάλληλα στο προτεινόμενο κρίσιμο κύκλωμα συναγερμού καρδιακού ρυθμού.

Η εφαρμογή που παρουσιάζεται εδώ προορίζεται μόνο για σκοπούς σχεδιασμού αναφοράς και δεν προορίζεται για οποιαδήποτε σωσίβια ζωή ή ιατρική παρακολούθηση.

Διάγραμμα κυκλώματος

Αναφερόμενος στα παραπάνω διαγράμματα, μπορούμε να δούμε μερικά στάδια κυκλώματος, το πρώτο είναι ο αισθητήρας / επεξεργαστής καρδιακού ρυθμού με ενσωματωμένο πολλαπλασιαστή συχνότητας, ενώ το δεύτερο με τη μορφή ολοκληρωτή, συγκριτή.

Ο σχεδιασμός του άνω επεξεργαστή σήματος έχει εξηγηθεί διεξοδικά στην προηγούμενη παράγραφο , ο πρόσθετος πολλαπλασιαστής τάσης που έχει ενσωματωθεί στον επεξεργαστή χρησιμοποιεί το IC 4060 για πολλαπλασιασμό των σχετικά βραδύτερων καρδιακών παλμών σε αναλογικά μεταβαλλόμενο ρυθμό υψηλής συχνότητας.

Ο παραπάνω αναλογικά μεταβαλλόμενος ρυθμός καρδιακού παλμού υψηλής συχνότητας από το pin7 του IC 4060 τροφοδοτείται στην είσοδο ενός ολοκληρωτή του οποίου η εργασία είναι να μετατρέπει την ψηφιακά μεταβαλλόμενη συχνότητα σε ένα αναλογικά μεταβαλλόμενο εκθετικό αναλογικό σήμα.

Τέλος, αυτή η αναλογική τάση εφαρμόζεται στη μη αναστρέψιμη είσοδο ενός συγκριτή Ic 741. Ο συγκριτής ρυθμίζεται μέσω της συνημμένης προεπιλογής 10k έτσι ώστε το επίπεδο τάσης στο pin3 να παραμένει ακριβώς κάτω από την τάση αναφοράς στο pin2 όταν ο καρδιακός ρυθμός βρίσκεται κοντά στην ασφαλή περιοχή.

Ωστόσο, εάν ο καρδιακός ρυθμός τείνει να αυξηθεί στην κρίσιμη περιοχή, αναπτύσσεται ένα αναλογικά υψηλότερο επίπεδο τάσης στο pin3 το οποίο διασχίζει το επίπεδο αναφοράς pin2 προκαλώντας την έξοδο του opamp να φτάσει ψηλά και να ακούσει τον συναγερμό.

Τα παραπάνω ρυθμίζουν μόνο οθόνες και συναγερμούς σχετικά με τον υψηλότερο κρίσιμο καρδιακό ρυθμό, προκειμένου να επιτευχθεί αμφίδρομη παρακολούθηση, που σημαίνει ότι λαμβάνετε συναγερμό τόσο για υψηλότερους όσο και για χαμηλότερους κρίσιμους καρδιακούς ρυθμούς ... το δεύτερο κύκλωμα που περιλαμβάνει τα IC555 και IC741 θα μπορούσε να είναι εξαλείφθηκε πλήρως και αντικαταστάθηκε με ένα τυπικό σετ κυκλώματος IC LM567 για να διατηρήσει την παραγωγή του χαμηλή με τον ασφαλή ρυθμό παλμού και να φτάσει ψηλά στους κρίσιμους ρυθμούς πάνω ή κάτω.

Το κύκλωμα ρύθμισης σήματος αποτελείται από δύο πανομοιότυπα ενεργά φίλτρα χαμηλής διέλευσης με συχνότητα αποκοπής περίπου 2,5 Hz.

Αυτό σημαίνει ότι ο μέγιστος μετρήσιμος καρδιακός ρυθμός είναι περίπου 150 bpm. Ο λειτουργικός ενισχυτής IC που χρησιμοποιείται σε αυτό το κύκλωμα είναι MCP602, ένα διπλό τσιπ OpAmp από το Microchip.

Λειτουργεί με ένα μόνο τροφοδοτικό και παρέχει ταλάντωση εξόδου από σιδηροτροχιά σε ράγα. Το φιλτράρισμα είναι απαραίτητο για τον αποκλεισμό τυχόν θορύβων υψηλότερης συχνότητας που υπάρχουν στο σήμα.

Ρύθμιση του κέρδους του ενισχυτή

Το κέρδος κάθε σταδίου φίλτρου ορίζεται στο 101, δίνοντας τη συνολική ενίσχυση περίπου 10000. Απαιτείται ένας πυκνωτής 1 uF στην είσοδο κάθε σταδίου για να μπλοκάρει το στοιχείο dc στο σήμα.

Οι εξισώσεις για τον υπολογισμό του κέρδους και της συχνότητας αποκοπής του ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης εμφανίζονται στο διάγραμμα κυκλώματος.

Ο ενισχυτής / φίλτρο δύο σταδίων παρέχει επαρκές κέρδος για να ενισχύσει το ασθενές σήμα που προέρχεται από τη μονάδα αισθητήρα φωτογραφιών και να το μετατρέψει σε παλμό.

Ένα LED που συνδέεται στην έξοδο αναβοσβήνει κάθε φορά που εντοπίζεται καρδιακός παλμός.

Το κύκλωμα ρύθμισης σήματος αποτελείται από δύο πανομοιότυπα ενεργά φίλτρα χαμηλής διέλευσης με συχνότητα αποκοπής περίπου 2,5 Hz. Αυτό σημαίνει ότι ο μέγιστος μετρήσιμος καρδιακός ρυθμός είναι περίπου 150 bpm.

Ο λειτουργικός ενισχυτής IC που χρησιμοποιείται σε αυτό το κύκλωμα είναι MCP602, ένα διπλό τσιπ OpAmp από το Microchip. Λειτουργεί με ένα μόνο τροφοδοτικό και παρέχει ταλάντωση εξόδου από σιδηροτροχιά σε ράγα. Το φιλτράρισμα είναι απαραίτητο για τον αποκλεισμό τυχόν θορύβων υψηλότερης συχνότητας που υπάρχουν στο σήμα.

Το κέρδος κάθε σταδίου φίλτρου ορίζεται στο 101, δίνοντας τη συνολική ενίσχυση περίπου 10000. Απαιτείται ένας πυκνωτής 1 uF στην είσοδο κάθε σταδίου για να μπλοκάρει το στοιχείο dc στο σήμα.

Οι εξισώσεις για τον υπολογισμό του κέρδους και της συχνότητας αποκοπής του ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης εμφανίζονται στο διάγραμμα κυκλώματος. Ο ενισχυτής / φίλτρο δύο σταδίων παρέχει επαρκές κέρδος για να ενισχύσει το ασθενές σήμα που προέρχεται από τη μονάδα αισθητήρα φωτογραφιών και να το μετατρέψει σε παλμό.

Ένα LED που συνδέεται στην έξοδο αναβοσβήνει κάθε φορά που εντοπίζεται καρδιακός παλμός. Η έξοδος από το κλιματιστικό σήματος πηγαίνει στην είσοδο T0CKI του PIC16F628A.

Αποποίηση ευθυνών: Αν και το παραπάνω κύκλωμα έχει δοκιμαστεί, αυτά δεν είναι ιατρικά εγκεκριμένα, επομένως οι θεατές συμβουλεύονται να προχωρήσουν με προσοχή κατά την κατασκευή και τη χρήση αυτών των κυκλωμάτων.

Αυτό το άρθρο παρουσιάζεται για καθαρά ενημερωτικούς σκοπούς, χωρίς πρόθεση παροχής ιατρικών συμβουλών ή προτάσεων. Ο συγγραφέας αυτού του άρθρου και αυτός ο ιστότοπος δεν μπορεί να θεωρηθεί υπεύθυνος για οποιαδήποτε μορφή απώλειας, που μπορεί να προκύψει στον χρήστη κατά τη χρήση αυτών των κυκλωμάτων, για απρόβλεπτους λόγους.




Προηγούμενο: Κύκλωμα επαγωγής ηλιακής ενέργειας Επόμενο: Αυτο-βελτιστοποιημένο κύκλωμα φορτιστή ηλιακής μπαταρίας