Τι εννοείς με το Heartbeat;
Ο καρδιακός παλμός ενός ατόμου είναι ο ήχος των βαλβίδων στην καρδιά του που συστέλλονται ή επεκτείνονται καθώς αναγκάζουν το αίμα από τη μια περιοχή στην άλλη. Ο αριθμός των φορών που η καρδιά χτυπάει ανά λεπτό (BPM), είναι ο καρδιακός ρυθμός και ο παλμός της καρδιάς που μπορεί να γίνει αισθητός σε οποιαδήποτε αρτηρία που βρίσκεται κοντά στο δέρμα είναι ο παλμός.
Δύο τρόποι μέτρησης ενός καρδιακού παλμού
- Χειροκίνητος τρόπος : Ο καρδιακός παλμός μπορεί να ελεγχθεί χειροκίνητα ελέγχοντας τους παλμούς ενός σε δύο θέσεις- καρπό (το ακτινωτή πρέσα ) και το λαιμό ( καρωτιδική πρέσα ). Η διαδικασία είναι να τοποθετήσετε τα δύο δάχτυλα (δείκτης και μεσαίο δάχτυλο) στον καρπό (ή στο λαιμό κάτω από τον αγωγό) και να μετρήσετε τον αριθμό των παλμών για 30 δευτερόλεπτα και στη συνέχεια πολλαπλασιάζοντας αυτόν τον αριθμό με 2 για να λάβετε τον καρδιακό ρυθμό. Ωστόσο, η πίεση πρέπει να ασκείται στο ελάχιστο και επίσης τα δάχτυλα πρέπει να μετακινούνται πάνω-κάτω μέχρι να γίνει αισθητός ο παλμός.
- Χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα : Ο καρδιακός παλμός μπορεί να μετρηθεί με βάση την οπτική παραλλαγή ισχύος καθώς το φως διασκορπίζεται ή απορροφάται κατά τη διαδρομή του μέσω του αίματος καθώς αλλάζει ο καρδιακός παλμός.
Αρχή του αισθητήρα καρδιακού παλμού
Ο αισθητήρας καρδιακού παλμού βασίζεται στην αρχή της φωτοτυθοθυμοσκόπησης. Μετρά τη μεταβολή του όγκου του αίματος μέσω οποιουδήποτε οργάνου του σώματος που προκαλεί αλλαγή στην ένταση του φωτός μέσω αυτού του οργάνου (αγγειακή περιοχή). Στην περίπτωση εφαρμογών όπου η καρδιά ο ρυθμός παλμού πρέπει να παρακολουθείται , ο χρονισμός των παλμών είναι πιο σημαντικός. Η ροή του όγκου του αίματος καθορίζεται από τον ρυθμό των καρδιακών παλμών και δεδομένου ότι το φως απορροφάται από το αίμα, οι παλμοί σήματος είναι ισοδύναμοι με τους παλμούς του καρδιακού παλμού.
Υπάρχουν δύο τύποι φωτοπλαστικοσκόπησης:
Μετάδοση : Το φως που εκπέμπεται από τη συσκευή εκπομπής φωτός μεταδίδεται μέσω οποιασδήποτε αγγειακής περιοχής του σώματος όπως το λοβό του αυτιού και λαμβάνεται από τον ανιχνευτή.
Αντανάκλαση : Το φως που εκπέμπεται από τη συσκευή εκπομπής φωτός αντανακλάται από τις περιοχές.
Λειτουργία αισθητήρα καρδιακού παλμού
Λειτουργία αισθητήρα καρδιακού παλμούΟ βασικός αισθητήρας καρδιακού παλμού αποτελείται από μια δίοδο εκπομπής φωτός και έναν ανιχνευτή όπως μια αντίσταση ανίχνευσης φωτός ή μια φωτοδίοδο. Οι παλμοί του καρδιακού παλμού προκαλούν διακύμανση της ροής του αίματος σε διαφορετικές περιοχές του σώματος. Όταν ο ιστός φωτίζεται με την πηγή φωτός, δηλαδή το φως που εκπέμπεται από το led, είτε αντανακλά (έναν ιστό δακτύλου) είτε μεταδίδει το φως (λοβό του αυτιού). Μέρος του φωτός απορροφάται από το αίμα και το μεταδιδόμενο ή το ανακλώμενο φως λαμβάνεται από τον ανιχνευτή φωτός. Η ποσότητα του φωτός που απορροφάται εξαρτάται από τον όγκο του αίματος σε αυτόν τον ιστό. Η έξοδος του ανιχνευτή έχει τη μορφή του ηλεκτρικού σήματος και είναι ανάλογη με τον καρδιακό ρυθμό.
Αυτό το σήμα είναι ένα σήμα DC που σχετίζεται με τους ιστούς και τον όγκο του αίματος και το συστατικό AC συγχρονισμένο με τον καρδιακό παλμό και προκαλείται από παλμικές μεταβολές στον όγκο του αρτηριακού αίματος υπερτίθεται στο σήμα DC. Επομένως, η κύρια απαίτηση είναι η απομόνωση αυτού του συστατικού AC, όπως είναι πρωταρχικής σημασίας.
Για την επίτευξη του στόχου λήψης του σήματος AC, η έξοδος από τον ανιχνευτή φιλτράρεται πρώτα χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα HP-LP 2 σταδίων και μετά μετατρέπεται σε ψηφιακούς παλμούς χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα σύγκρισης ή χρησιμοποιώντας απλό ADC. Οι ψηφιακοί παλμοί δίδονται σε έναν μικροελεγκτή για τον υπολογισμό του καρδιακού ρυθμού, που δίνεται από τον τύπο-
BPM (Beats ανά λεπτό) = 60 * f
Όπου f είναι η συχνότητα παλμού
Πρακτικός αισθητήρας καρδιακού παλμού
Τα πρακτικά παραδείγματα αισθητήρων καρδιακού παλμού είναι Αισθητήρας καρδιακού ρυθμού (Αριθμός προϊόντος PC-3147). Αποτελείται από μια υπέρυθρη ακτίνα και ένα LDR ενσωματωμένο σε μια δομή που μοιάζει με κλιπ. Το κλιπ είναι προσαρτημένο στο όργανο (λοβό του αυτιού ή το δάχτυλο) με το τμήμα ανιχνευτή στη σάρκα.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι TCRT1000 , έχοντας 4 καρφίτσες-
Pin1: Για να δώσετε την τάση τροφοδοσίας στο LED
Οι ακίδες 2 και 3 είναι γειωμένοι. Το Pin 4 είναι η έξοδος. Ο πείρος 1 είναι επίσης ο πείρος ενεργοποίησης και τραβώντας τον ψηλά ανάβει το LED και ο αισθητήρας αρχίζει να λειτουργεί. Είναι ενσωματωμένο σε μια φορητή συσκευή που μπορεί να φορεθεί στον καρπό και στην έξοδο μπορεί να σταλεί ασύρματα (μέσω Bluetooth) στον υπολογιστή για επεξεργασία.
Εφαρμογή Ανάπτυξη του συστήματος αισθητήρα καρδιακού παλμού
Εφαρμογή Ανάπτυξη του συστήματος αισθητήρα καρδιακού παλμούΈνα βασικό σύστημα αισθητήρα καρδιακού παλμού μπορεί επίσης να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας βασικά στοιχεία όπως LDR, συγκριτικό IC LM358 και μικροελεγκτή όπως δίνεται παρακάτω
Όπως περιγράφηκε παραπάνω σχετικά με την αρχή ενός αισθητήρα καρδιακού παλμού, όταν ο ιστός των δακτύλων ή ο ιστός του λοβού φωτίζεται χρησιμοποιώντας μια πηγή φωτός, το φως μεταδίδεται αφού διαμορφωθεί, δηλαδή ένα μέρος απορροφάται από το αίμα και το υπόλοιπο μεταδίδεται. Αυτό το διαμορφωμένο φως λαμβάνεται από τον ανιχνευτή φωτός.
Εδώ χρησιμοποιείται μια Αντίσταση Φωτός (LDR) ως ανιχνευτής φωτός. Λειτουργεί με την αρχή ότι όταν το φως πέφτει στην αντίσταση, η αντίστασή του αλλάζει. Καθώς αυξάνεται η ένταση του φωτός, η αντίσταση μειώνεται. Έτσι, η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης μειώνεται.
Εδώ χρησιμοποιείται ένας συγκριτής που συγκρίνει την τάση εξόδου από το LDR με αυτήν της τάσης κατωφλίου. Η κατώτατη τάση είναι η πτώση τάσης κατά μήκος του LDR όταν το φως με σταθερή ένταση, από την πηγή φωτός, πέφτει απευθείας πάνω του. Ο ακροδέκτης αναστροφής του συγκριτή LM358 συνδέεται με τη διάταξη δυνητικού διαιρέτη η οποία έχει ρυθμιστεί στην τάση κατωφλίου και το μη αναστρέψιμο τερματικό συνδέεται με το LDR. Όταν ο ανθρώπινος ιστός φωτίζεται χρησιμοποιώντας την πηγή φωτός, η ένταση του φωτός μειώνεται. Καθώς αυτή η μειωμένη ένταση φωτός πέφτει στο LDR, η αντίσταση αυξάνεται και ως αποτέλεσμα της πτώσης τάσης αυξάνεται. Όταν η πτώση τάσης κατά μήκος του LDR ή η μη αναστρέψιμη είσοδος υπερβαίνει εκείνη της εισόδου αναστροφής, αναπτύσσεται ένα λογικό υψηλό σήμα στην έξοδο του συγκριτή και σε περίπτωση που η πτώση τάσης είναι μικρότερη, αναπτύσσεται λογική χαμηλή έξοδος. Έτσι, η έξοδος είναι μια σειρά παλμών. Αυτοί οι παλμοί μπορούν να τροφοδοτηθούν στον Μικροελεγκτή ο οποίος επεξεργάζεται αναλόγως τις πληροφορίες για να πάρει τον καρδιακό ρυθμό και αυτό εμφανίζεται στην Οθόνη διασυνδεδεμένη με τον Μικροελεγκτή.
