Obvod monitora srdcového tepu

V tomto článku sa komplexne zaoberáme relatívne presným elektronickým obvodom snímača srdcového tepu spracovaným niekoľkými diskrétne zapojenými stupňami obvodu zosilňovača a následne sa dozvieme, ako je možné tento modifikovať pre vytvorenie poplachového obvodu snímača srdcového tepu.

Používanie IR fotodiódových senzorov

Snímanie srdcových impulzov sa v zásade vykonáva pomocou dvoch infračervených fotodiód, z ktorých jedna je vysielačom IR a druhá akceptorom.

IR lúče vrhané vysielačovou diódou sa odrážajú od obsahu krvi v koncoch prstov osoby a sú prijímané prijímacou diódou.

Intenzita odrazených lúčov sa mení v pomere určenom srdcovou frekvenciou a rozdielom v hladinách okysličenej krvi vo vnútri obsahu krvi.

Nasnímané signály z infračervených diód sú spracované zobrazenými stupňami zosilňovača, čo je v skutočnosti niekoľko identických aktívnych nízkopriepustných filtračných obvodov určených na prerušenie okolo 2,5 Hz. To znamená, že maximálna dosiahnuteľná meranie srdcového rytmu by bolo obmedzené na asi 150 tepov za minútu.

IC MCP602 používame na spracovanie vo forme IC1a a IC1b v navrhovanom dizajne snímača srdcovej frekvencie a procesora. IC je duálny zosilňovač vyrobený mikročipom.

Prevádzka obvodu

Je navrhnutý na prácu s jedným napájaním a stáva sa tak mimoriadne priaznivým pre diskutovaný obvod, ktorý má pracovať z jedného 9V článku.

To tiež znamená, že výstup operačného zosilňovača by bol schopný produkovať úplné výkyvy kladného a záporného napätia zodpovedajúce snímaným signálom srdcovej frekvencie z IR diód.

Pretože okolité podmienky môžu byť znečistené množstvom bludných signálov, je potrebné operačné zosilňovače imunizovať proti všetkým takýmto rušivým elektrickým rušeniam, preto sú na vstupoch každého operačného zosilňovača umiestnené blokovacie kondenzátory v podobe zobrazených kondenzátorov 1uF.

Prvý operačný zosilňovač je nastavený na produkciu zosilnenia 101, druhý identický s prvou konfiguráciou IC1a je tiež nastavený na zosilnenie 101.

To však znamená, že celkový alebo konečný zisk obvodu na výstupe je vykreslený na pôsobivých 101 x 101 = 10201, taký vysoký zisk zaisťuje dokonalé snímanie a spracovanie extrémne slabých a nejasných vstupných pulzov srdcovej frekvencie dodávaných z IR diódy.

Na výstupe druhého operačného zosilňovača IC1b je viditeľná LED dióda, ktorá bliká v reakcii na prijaté impulzy srdcového rytmu zo stupňa IR diódy.

Aplikácia uvedená v tomto dokumente slúži iba na referenčné účely a nie je určená na záchranu života ani na lekárske monitorovanie.

Schéma zapojenia

Ako nastaviť obvod snímača srdcovej frekvencie

Nastavenie navrhovaného snímača srdcovej frekvencie, procesora, je v skutočnosti veľmi jednoduché.

Ako všetci pochopíme, rozdiel medzi okysličenou krvou a odkysličenou krvou je ťažko odlíšiteľný a vyžaduje si extrémnu presnosť vo všetkých ohľadoch, aby umožnil spracovateľovi posúdiť jemné rozdiely v krvnom obehu a byť schopný premeniť sa na zmena výkyvného napätia na výstupe.

Aby sa zabezpečil dokonale optimalizovaný infračervený lúč z diódy IR Tx, musí byť prúd, ktorý ním prechádza, obmedzený na dobre vypočítaný pomer tak, aby okysličená krv ponúkala relatívne vyšší odpor pre priechod lúčov, ale umožňovala relatívne menšie množstvo odporu pre lúče počas odkysličeného stavu krvi. Toto operačnému systému uľahčuje rozlišovanie medzi pulzmi tlkot srdca.

To sa jednoducho deje úpravou danej predvoľby 470 ohmov.

Držte ukazovák nad párom D1 / D2, zapnite napájanie a pokračujte v nastavovaní predvoľby, kým LED na výstupe nezačne vyvíjať zreteľný blikajúci efekt.

Akonáhle je to dosiahnuté, utesnite predvoľbu.

Usporiadanie umiestnenia ukazováka nad priložené fotodiódy

Môže to byť vykonané spájkovaním diód cez PCB v určitej vypočítanej vzdialenosti od seba, ktorá je dobrá pre špičku ukazováka, aby úplne zakrývala vyžarujúce špičky diód.

Pre optimálnu odozvu musia byť diódy uzavreté vo vnútri nepriehľadných plastových rúrok primeranej veľkosti, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku:

V nasledujúcej časti sa dozvieme o jednoduchom monitore srdcového tepu a poplachovom okruhu špeciálne navrhnutom pre starších občanov na sledovanie ich srdcovej kritickej frekvencie.

Tu sa skúma jednoduchý obvod, ktorý sa dá použiť na sledovanie kritickej srdcovej frekvencie pacienta (seniora), obvod obsahuje aj alarm na indikáciu situácie. O túto myšlienku požiadal pán Raj Kumar Mukherji

Technické špecifikácie

Snáď si v poriadku.

Účelom tohto písania je podeliť sa s vami o myšlienku projektu - navrhnúť „alarm monitora srdcového rytmu“, ktorý je možné vyrobiť pomocou bežne dostupných lacných komponentov a ktorý bude vydávať zvukový alarm vždy, keď bude ktokoľvek pulzovať. zistené ako nenormálne. Mal by tiež spĺňať nasledujúce podmienky:

a. Kompaktný a ľahký, preto prenosný

b. Spotrebujte minimálnu energiu, preto by mali byť napájané 24x7 po dobu jedného alebo dvoch mesiacov z niekoľkých batérií AA alebo 9 voltového akumulátora

c. Mal by byť pomerne presný vo svojom výkone

Viem, že na internete je veľa takýchto obvodov, ale ich výkon a spoľahlivosť sú otázne. Jednotka môže byť veľmi užitočná najmä pre starších ľudí (s / bez srdcového ochorenia), pre pacientov ležiacich na lôžku a podobne. Keď srdce bije rýchlosťou vyššou / nižšou, ako je nastavená priemerná prahová hodnota, zaznie alarm dostatočne nahlas, aby upozornil ľudí v okolí pacienta.

Dúfam, že vám je môj návrh jasný. Ak však máte pochybnosti, napíšte mi e-mail.

Ďakujem,

S priateľským pozdravom,
Raj Kumar Mukherji

Dizajn

V predchádzajúcom príspevku sme sa naučili, ako vytvoriť obvod snímača srdcového tepu s procesorom, ktorý je možné vhodne použiť v navrhovanom obvode alarmu kritického srdcového tepu.

Aplikácia uvedená v tomto dokumente slúži iba na referenčné účely a nie je určená na záchranu života ani na lekárske monitorovanie.

Schéma zapojenia

S odkazom na vyššie uvedené diagramy sme schopní vidieť niekoľko stupňov obvodu, z ktorých prvý je snímač / procesor srdcového tepu s integrovaným frekvenčným multiplikátorom, zatiaľ čo druhý vo forme integrátora, komparátora.

Dizajn procesora horného signálu bol komplexne vysvetlený v predchádzajúcom odseku , prídavný napäťový multiplikátor, ktorý je integrovaný do procesora, využíva IC 4060 na znásobenie relatívne pomalých srdcových frekvencií na proporčne sa meniacu vysokú frekvenciu.

Vyššie uvedená proporcionálne sa meniaca vysokofrekvenčná srdcová frekvencia z kolíka 7 IC 4060 sa privádza na vstup integrátora, ktorého úlohou je prevádzať digitálne sa meniacu frekvenciu na proporčne sa meniaci exponenciálny analógový signál.

Nakoniec sa toto analógové napätie privedie na neinvertujúci vstup komparátora Ic 741. Komparátor je nastavený cez pripojenú predvoľbu 10k tak, aby úroveň napätia na pin3 zostala tesne pod referenčným napätím na pin2, keď je srdcová frekvencia v blízkosti bezpečnej oblasti.

Ak má však srdcová frekvencia tendenciu stúpať v kritickej oblasti, na kolíku 3 sa vyvinie proporcionálne vyššia úroveň napätia, ktorá prekročí referenčnú hladinu kolíka 2, čo spôsobí, že výstup operačného zosilňovača bude vysoký a spustí alarm.

Vyššie uvedené nastavenie nastavuje iba monitory a alarmy týkajúce sa vyššej kritickej srdcovej frekvencie, aby sa dosiahlo obojsmerné monitorovanie, čo znamená dostať výstrahu pre vyššiu aj nižšiu kritickú srdcovú frekvenciu ... druhý okruh obsahujúci IC555 a IC741 by mohol byť úplne vylúčený a nahradený štandardným obvodom IC LM567 nastaveným tak, aby jeho výstup bol nízky pri bezpečnej frekvencii impulzov a bol vysoký pri kritických rýchlostiach nahor alebo nadol.

Obvod úpravy signálu sa skladá z dvoch identických aktívnych dolnopriepustných filtrov s medznou frekvenciou asi 2,5 Hz.

To znamená, že maximálna merateľná srdcová frekvencia je asi 150 úderov za minútu. IC operačného zosilňovača použitého v tomto obvode je MCP602, duálny čip OpAmp od spoločnosti Microchip.

Pracuje na jednom napájacom zdroji a poskytuje výstupný výkyv z koľajnice. Filtrovanie je potrebné na blokovanie akýchkoľvek vysokofrekvenčných šumov prítomných v signáli.

Nastavenie zosilnenia zosilňovača

Zisk každého filtračného stupňa je nastavený na 101, čo dáva celkové zosilnenie asi 10 000. Na blokovanie jednosmernej zložky v signáli je potrebný kondenzátor 1 uF na vstupe každého stupňa.

Rovnice na výpočet zosilnenia a medznej frekvencie aktívneho dolnopriepustného filtra sú uvedené v schéme zapojenia.

Dvojstupňový zosilňovač / filter poskytuje dostatočný zisk na zosilnenie slabého signálu prichádzajúceho z jednotky fotosnímača a jeho prevedenie na impulz.

LED pripojená na výstupe bliká pri každej detekcii srdcového rytmu.

Obvod úpravy signálu sa skladá z dvoch identických aktívnych dolnopriepustných filtrov s medznou frekvenciou asi 2,5 Hz. To znamená, že maximálna merateľná srdcová frekvencia je asi 150 úderov za minútu.

IC operačného zosilňovača použitého v tomto obvode je MCP602, duálny čip OpAmp od spoločnosti Microchip. Pracuje na jednom napájacom zdroji a poskytuje výstupný výkyv z koľajnice na koľajnicu. Filtrovanie je potrebné na blokovanie akýchkoľvek vysokofrekvenčných šumov prítomných v signáli.

Zisk každého filtračného stupňa je nastavený na 101, čo dáva celkové zosilnenie asi 10 000. Na blokovanie jednosmernej zložky v signáli je potrebný kondenzátor 1 uF na vstupe každého stupňa.

Rovnice na výpočet zosilnenia a medznej frekvencie aktívneho dolnopriepustného filtra sú uvedené v schéme zapojenia. Dvojstupňový zosilňovač / filter poskytuje dostatočný zisk na zosilnenie slabého signálu prichádzajúceho z jednotky fotosnímača a jeho prevedenie na impulz.

LED pripojená na výstupe bliká pri každej detekcii srdcového rytmu. Výstup z kondicionéra signálu ide na vstup T0CKI z PIC16F628A.

Zrieknutie sa zodpovednosti: Aj keď sú vyššie uvedené okruhy testované, nie sú lekársky schválené, divákom sa preto odporúča, aby pri vytváraní a používaní týchto obvodov postupovali opatrne.

Tento článok slúži iba na informačné účely a nemá v úmysle poskytovať lekárske rady ani návrhy. Autor tohto článku a tento web nemôže niesť zodpovednosť za akékoľvek formy strát, ktoré by sa mohli používateľovi vyskytnúť pri používaní týchto obvodov z akýchkoľvek nepredvídateľných dôvodov.