Circuito del cardiofrequenzimetro

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





In questo articolo discuteremo in modo esauriente un circuito del sensore di frequenza cardiaca elettronico relativamente accurato elaborato da alcuni stadi del circuito operazionale cablati in modo discreto, e successivamente impareremo come questo può essere modificato per creare un circuito di allarme per il monitoraggio della frequenza cardiaca.

Utilizzo di sensori a fotodiodo IR

Il rilevamento degli impulsi cardiaci è fondamentalmente effettuato da due fotodiodi IR uno è il trasmettitore di IR mentre l'altro accettore.



I raggi IR lanciati dal diodo trasmettitore vengono riflessi dal contenuto di sangue della punta del dito di una persona e vengono ricevuti dal diodo ricevitore.

L'intensità dei raggi riflessi varia in una proporzione determinata dalla frequenza di pompaggio del cuore e dalla differenza dei livelli di sangue ossigenato all'interno del contenuto di sangue.



I segnali rilevati dai diodi a infrarossi vengono elaborati dagli stadi opamp mostrati che sono in realtà una coppia di circuiti di filtri passa-basso attivi identici determinati a tagliare a circa 2,5 Hz. Ciò implica che il massimo ottenibile misurazione della frequenza cardiaca sarebbe limitato a circa 150 bpm.

Usiamo l'IC MCP602 per l'elaborazione sotto forma di IC1a e IC1b nel design proposto del sensore di frequenza cardiaca e del processore. L'IC è un doppio amplificatore operazionale prodotto da microchip.

Funzionamento del circuito

È progettato per funzionare con singole alimentazioni e quindi diventa estremamente favorevole per il circuito discusso che dovrebbe funzionare da una singola cella da 9V.

Ciò significa anche che l'uscita dell'amplificatore operazionale sarebbe in grado di produrre oscillazioni di tensione da positive a negative complete corrispondenti ai segnali di frequenza cardiaca rilevati dai diodi IR.

Poiché le condizioni ambientali possono essere inquinate da molti segnali vaganti, gli amplificatori operazionali devono essere immunizzati contro tutti questi disturbi elettrici spuri, pertanto i condensatori di blocco nella forma dei condensatori da 1uF mostrati sono posizionati agli ingressi di ciascun amplificatore operazionale.

Il primo amplificatore operazionale è impostato per produrre un guadagno di 101, anche il secondo essendo identico alla prima configurazione IC1a è impostato a guadagno 101.

Tuttavia, ciò implica che il guadagno totale o finale del circuito in uscita viene reso a un impressionante 101 x 101 = 10201, un guadagno così elevato garantisce un rilevamento ed elaborazione perfetti degli impulsi di frequenza cardiaca in ingresso estremamente deboli e oscuri forniti dall'IR diodi.

È possibile vedere un LED collegato all'uscita del secondo amplificatore operazionale IC1b che lampeggia in risposta agli impulsi della frequenza cardiaca ricevuti dallo stadio del diodo IR.

L'applicazione presentata qui è solo a scopo di progettazione di riferimento e non è intesa per alcun uso salvavita o di monitoraggio medico.

Schema elettrico

Come impostare il circuito del sensore di frequenza cardiaca

L'impostazione del sensore di frequenza cardiaca proposto, il processore è in realtà molto semplice.

Come tutti capiremo che la differenza tra il sangue ossigenato e il sangue deossigenato potrebbe essere difficilmente distinguibile e richiedere un'estrema precisione sotto tutti gli aspetti per consentire al processore di giudicare le sottili differenze all'interno del flusso sanguigno e tuttavia essere in grado di convertirsi in una variazione di tensione oscillante in uscita.

Per garantire raggi IR perfettamente ottimizzati dal diodo IR Tx, la corrente che lo attraversa deve essere limitata a una proporzione ben calcolata in modo tale che il sangue ossigenato offra una resistenza relativamente maggiore al passaggio dei raggi ma consenta una quantità di resistenza relativamente inferiore per i raggi durante lo stato deossigenato del sangue. Ciò rende più facile per l'opamp distinguere tra i battiti cardiaci.

Questo viene fatto semplicemente regolando il preset da 470 ohm.

Tieni la punta del dito indice sulla coppia D1 / D2, accendi l'alimentazione e continua a regolare il preset fino a quando il LED sull'uscita inizia a sviluppare un effetto lampeggiante distinto.

Sigilla il preset una volta ottenuto ciò.

Disposizione di posizionamento del dito indice sui fotodiodi in dotazione

Può essere fatto saldando i diodi sul PCB a una distanza calcolata l'uno dall'altro che diventa giusto per la punta del dito indice per coprire completamente le punte radianti dei diodi.

Per una risposta ottimale i diodi devono essere racchiusi all'interno di tubi in plastica opaca di opportune dimensioni, come mostrato nella figura seguente:

Nella sezione seguente impareremo a conoscere un semplice cardiofrequenzimetro e un circuito di allarme appositamente progettato per gli anziani per tenere traccia della loro frequenza cardiaca critica.

Qui esplora un semplice circuito che può essere utilizzato per monitorare la frequenza cardiaca critica di un paziente (anziano), il circuito include anche un allarme per indicare la situazione. L'idea è stata richiesta dal Sig. Raj Kumar Mukherji

Specifiche tecniche

Spero tu stia bene.

Lo scopo di questo articolo è condividere con voi un'idea di progetto - progettare un 'allarme del cardiofrequenzimetro' che può essere realizzato utilizzando componenti a basso costo comunemente disponibili e che produrrà un allarme acustico ogni volta che la frequenza del polso di qualcuno è trovato essere anormale. Dovrebbe soddisfare anche le seguenti condizioni:

un. Compatto e leggero, quindi portatile

b. Consuma energia minima, quindi dovrebbe funzionare 24x7 per un mese o due da un paio di batterie AA o un pacco da 9 volt

c. Dovrebbe essere abbastanza preciso nelle sue prestazioni

So che ci sono molti di questi circuiti disponibili in rete, ma le loro prestazioni e affidabilità sono discutibili. L'unità può essere molto utile soprattutto per le persone anziane (con / senza malattie cardiache), per i pazienti che sono costretti a letto e così via. Quando il cuore batte a una frequenza superiore o inferiore a un valore di soglia medio impostato, l'allarme suonerà abbastanza forte da avvisare le persone intorno al paziente.

Spero che la mia proposta ti sia chiara. Tuttavia, in caso di dubbi, scrivimi un'e-mail.

Grazie,

Cordiali saluti,
Raj Kumar Mukherji

Il design

Nel post precedente abbiamo appreso come realizzare un circuito sensore di frequenza cardiaca con processore, che può essere opportunamente utilizzato nel circuito di allarme di frequenza cardiaca critica proposto.

L'applicazione presentata qui è solo a scopo di progettazione di riferimento e non è intesa per alcun uso salvavita o di monitoraggio medico.

Schema elettrico

Facendo riferimento ai diagrammi sopra, possiamo vedere un paio di stadi circuitali, il primo è il sensore / processore della frequenza cardiaca con un moltiplicatore di frequenza integrato, mentre il secondo sotto forma di integratore, comparatore.

Il design del processore di segnale superiore è stato ampiamente spiegato nel paragrafo precedente , il moltiplicatore di tensione aggiuntivo che è stato integrato al processore utilizza l'IC 4060 per moltiplicare le frequenze cardiache relativamente più lente in una frequenza ad alta frequenza variabile proporzionalmente.

La suddetta frequenza cardiaca ad alta frequenza variabile proporzionalmente dal pin7 di IC 4060 viene alimentata all'ingresso di un integratore il cui compito è convertire la frequenza variabile digitalmente in un segnale analogico esponenziale variabile proporzionalmente.

Infine questa tensione analogica viene applicata all'ingresso non invertente di un comparatore Ic 741. Il comparatore è impostato tramite il preset 10k allegato in modo tale che il livello di tensione sul pin3 rimanga appena al di sotto della tensione di riferimento sul pin2 quando la frequenza cardiaca è in prossimità della regione sicura.

Tuttavia, se la frequenza cardiaca tende ad aumentare sopra la regione critica, si sviluppa un livello di tensione proporzionalmente più alto al pin3 che attraversa il livello di riferimento del pin2 facendo aumentare l'uscita dell'amplificatore operazionale e far suonare l'allarme.

Quanto sopra ha impostato solo monitor e allarmi relativi alla frequenza cardiaca critica più alta, al fine di ottenere un monitoraggio a due vie, ovvero ottenere un allarme per frequenze cardiache critiche sia superiori che inferiori ... il secondo circuito comprendente IC555 e IC741 potrebbe essere completamente eliminato e sostituito con un circuito IC LM567 standard impostato per mantenere la sua uscita bassa alla frequenza di impulsi sicura e aumentare alle velocità critiche su o giù.

Il circuito di condizionamento del segnale è costituito da due filtri passa basso attivi identici con una frequenza di taglio di circa 2,5 Hz.

Ciò significa che la frequenza cardiaca massima misurabile è di circa 150 bpm. L'IC dell'amplificatore operazionale utilizzato in questo circuito è MCP602, un doppio chip OpAmp di Microchip.

Funziona con un unico alimentatore e fornisce un'oscillazione dell'uscita rail-to-rail. Il filtraggio è necessario per bloccare eventuali rumori a frequenza più alta presenti nel segnale.

Impostazione del guadagno dell'amplificatore

Il guadagno di ogni stadio del filtro è impostato su 101, dando l'amplificazione totale di circa 10000. Un condensatore da 1 uF all'ingresso di ogni stadio è necessario per bloccare la componente cc nel segnale.

Le equazioni per il calcolo del guadagno e della frequenza di taglio del filtro passa basso attivo sono mostrate nello schema del circuito.

L'amplificatore / filtro a due stadi fornisce un guadagno sufficiente per amplificare il segnale debole proveniente dal fotosensore e convertirlo in un impulso.

Un LED collegato all'uscita lampeggia ogni volta che viene rilevato un battito cardiaco.

Il circuito di condizionamento del segnale è costituito da due filtri passa basso attivi identici con una frequenza di taglio di circa 2,5 Hz. Ciò significa che la frequenza cardiaca massima misurabile è di circa 150 bpm.

L'IC dell'amplificatore operazionale utilizzato in questo circuito è MCP602, un doppio chip OpAmp di Microchip. Funziona con un unico alimentatore e fornisce un'oscillazione dell'uscita rail-to-rail. Il filtraggio è necessario per bloccare eventuali rumori a frequenza più alta presenti nel segnale.

Il guadagno di ogni stadio del filtro è impostato su 101, dando l'amplificazione totale di circa 10000. Un condensatore da 1 uF all'ingresso di ogni stadio è necessario per bloccare la componente cc nel segnale.

Le equazioni per il calcolo del guadagno e della frequenza di taglio del filtro passa basso attivo sono mostrate nello schema del circuito. L'amplificatore / filtro a due stadi fornisce un guadagno sufficiente per amplificare il segnale debole proveniente dal fotosensore e convertirlo in un impulso.

Un LED collegato all'uscita lampeggia ogni volta che viene rilevato un battito cardiaco. L'uscita dal condizionatore di segnale va all'ingresso T0CKI di PIC16F628A.

Dichiarazione di non responsabilità: sebbene i circuiti di cui sopra siano testati, questi non sono approvati dal punto di vista medico, pertanto si consiglia agli spettatori di procedere con cautela durante la realizzazione e l'utilizzo di questi circuiti.

Questo articolo è presentato a scopo puramente informativo, senza alcuna intenzione di fornire consigli o suggerimenti medici. L'autore di questo articolo e questo sito Web non possono essere ritenuti responsabili per qualsiasi forma di perdita che possa verificarsi all'utente durante l'utilizzo di questi circuiti, a causa di motivi imprevisti.




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