Hartslagmeter Circuit

In dit artikel bespreken we uitgebreid een relatief nauwkeurig elektronisch hartslagsensorcircuit dat wordt verwerkt door een paar discreet bedrade opampcircuitfasen, en vervolgens zullen we leren hoe dit kan worden aangepast om een ​​alarmcircuit voor de hartslagmeter te maken.

IR-fotodiodesensoren gebruiken

Het waarnemen van de hartpulsen wordt in feite gedaan door twee IR-fotodiodes, de ene is de zender van IR en de andere acceptor.

De IR-stralen die door de zenddiode worden geworpen, worden gereflecteerd door het bloed van de vingertop van een persoon en worden ontvangen door de ontvangerdiode.

De intensiteit van de gereflecteerde stralen varieert in een verhouding die wordt bepaald door de pompsnelheid van het hart en door het verschil in de zuurstofgehaltes in het bloed in het bloed.

De waargenomen signalen van de infrarooddiodes worden verwerkt door de getoonde opamp-trappen, die in feite een paar identieke actieve laagdoorlaatfiltercircuits zijn waarvan is vastgesteld dat ze afsnijden bij ongeveer 2,5 Hz. Dit houdt in dat het maximaal haalbare is hartslagmeting zou worden beperkt tot ongeveer 150 bpm.

We gebruiken de IC MCP602 voor de verwerking in de vorm van IC1a en IC1b in het voorgestelde ontwerp van de hartslagsensor en processor. De IC is een dubbele opamp vervaardigd door microchip.

Circuitwerking

Het is ontworpen om te werken met enkele voedingen en wordt dus buitengewoon gunstig voor het besproken circuit dat zou moeten werken vanuit een enkele 9V-cel.

Dit betekent ook dat de output van de opamp in staat zou zijn om volledig positieve naar negatieve spanningsschommelingen te produceren die overeenkomen met de waargenomen hartslagsignalen van de IR-diodes.

Omdat de omgevingscondities vervuild kunnen zijn met veel strooisignalen, moeten de opamps worden geïmmuniseerd tegen al dergelijke valse elektrische storingen, daarom zijn blokkeercondensatoren in de vorm van de getoonde 1uF-condensatoren aan de ingangen van elke opamp geplaatst.

De eerste opamp is ingesteld om een ​​versterking van 101 te produceren, terwijl de tweede identiek is aan de eerste IC1a-configuratie is ook ingesteld op 101 versterking.

Dat houdt echter in dat de totale of de uiteindelijke versterking van het circuit aan de uitgang wordt weergegeven op een indrukwekkende 101 x 101 = 10201, een dergelijke hoge versterking zorgt voor een perfecte detectie en verwerking van de extreem zwakke en obscure ingangshartslagimpulsen die worden afgegeven door de IR diodes.

Aan de uitgang van de tweede IC1b-opamp is een LED te zien die knippert als reactie op de ontvangen hartslagpulsen van de IR-diodetrap.

De hier gepresenteerde applicatie is alleen bedoeld voor referentieontwerpdoeleinden en is niet bedoeld voor levensreddende of medische bewakingsdoeleinden.

Schakelschema

Het circuit van de hartslagsensor instellen

Het opzetten van de voorgestelde hartslagsensor, processor is eigenlijk heel eenvoudig.

Zoals we allemaal zullen begrijpen, is het verschil tussen zuurstofrijk bloed en zuurstofarm bloed nauwelijks te onderscheiden en vereist het in alle opzichten extreme precisie om de processor in staat te stellen de subtiele verschillen in de bloedstroom te beoordelen en toch in staat te zijn om een zwaaiende spanningsverandering aan de uitgang.

Om perfect geoptimaliseerde IR-stralen van de IR Tx-diode te garanderen, moet de stroom erdoor worden beperkt tot een goed berekende verhouding, zodat het zuurstofrijke bloed een relatief hogere weerstand biedt voor de straling om door te gaan, maar een relatief lagere hoeveelheid weerstand biedt. voor de stralen tijdens de zuurstofarme toestand van het bloed. Dit maakt het voor de opamp gemakkelijker om onderscheid te maken tussen de kloppende hartpulsen.

Dit wordt eenvoudig gedaan door de gegeven instelling van 470 ohm aan te passen.

Houd uw wijsvinger boven het D1 / D2-paar, schakel de stroom in en blijf de preset aanpassen totdat de LED aan de uitgang een duidelijk knipperend effect begint te ontwikkelen.

Sluit de voorinstelling af zodra dit is bereikt.

Positionering van de wijsvinger over de meegeleverde fotodiodes

Het kan worden gedaan door de diodes op een bepaalde berekende afstand van elkaar over de printplaat te solderen, wat juist goed wordt voor de wijsvingerpunt om de stralende uiteinden van diodes volledig te bedekken.

Voor een optimale respons moeten de diodes worden ingesloten in ondoorzichtige plastic buizen van de juiste grootte, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

In het volgende gedeelte leren we over een eenvoudige hartslagmeter en alarmcircuit dat speciaal is ontworpen voor ouderen om hun kritieke hartslag bij te houden.

Hier wordt een eenvoudig circuit verkend dat kan worden gebruikt voor het bewaken van de kritische hartslag van een patiënt (senioren), het circuit bevat ook een alarm voor het aangeven van de situatie. Het idee werd aangevraagd door de heer Raj Kumar Mukherji

Technische specificaties

Hoop dat het goed met je gaat.

Het doel van dit schrijven is om een ​​idee van een project met u te delen - om een ​​'hartslagmeteralarm' te ontwerpen dat kan worden gemaakt door algemeen verkrijgbare goedkope componenten te gebruiken en dat een hoorbaar alarm zal produceren wanneer de hartslag van iemand anders is. abnormaal bevonden. Het moet ook aan de volgende voorwaarden voldoen:

een. Compact en licht van gewicht, dus draagbaar

b. Verbruik minimaal stroom, daarom zou het een maand of twee 24x7 moeten werken met een paar AA-batterijen of een 9 volt pack

c. Moet redelijk nauwkeurig zijn in zijn prestaties

Ik weet dat er veel van dergelijke circuits beschikbaar zijn op het net, maar hun prestaties en betrouwbaarheid zijn twijfelachtig. Vooral voor ouderen (met / zonder hartaandoening), voor bedlegerige patiënten kan de unit erg handig zijn. Wanneer het hart sneller / lager klopt dan een ingestelde gemiddelde drempelwaarde, zal het alarm luid genoeg klinken om mensen rondom de patiënt te waarschuwen.

Ik hoop dat mijn voorstel u duidelijk is. Als u echter twijfelt, stuur me dan een e-mail.

Dank je,

Vriendelijke groeten,
Raj Kumar Mukherji

Het ontwerp

In het vorige bericht hebben we geleerd hoe we een hartslagsensorcircuit met processor kunnen maken, dat op de juiste manier kan worden gebruikt in het voorgestelde kritieke hartslagalarmcircuit.

De hier gepresenteerde applicatie is alleen bedoeld voor referentieontwerpdoeleinden en is niet bedoeld voor levensreddende of medische bewakingsdoeleinden.

Schakelschema

Verwijzend naar de bovenstaande diagrammen, kunnen we een aantal circuitfasen zien, de eerste is de hartslagsensor / processor met een geïntegreerde frequentievermenigvuldiger, en de tweede in de vorm van een integrator, een comparator.

Het ontwerp van de bovenste signaalprocessor is uitvoerig uitgelegd in de vorige paragraaf gebruikt de extra spanningsvermenigvuldiger die in de processor is geïntegreerd de IC 4060 voor het vermenigvuldigen van de relatief langzamere hartfrequenties tot een proportioneel variërende hoge frequentie.

De bovengenoemde proportioneel variërende hoogfrequente hartslag van pin7 van IC 4060 wordt toegevoerd aan de ingang van een integrator wiens taak het is om de digitaal variërende frequentie om te zetten in een proportioneel variërend exponentieel analoog signaal.

Ten slotte wordt deze analoge spanning aangelegd op de niet-inverterende ingang van een Ic 741 comparator. De comparator wordt ingesteld via de bijgevoegde 10k-voorinstelling, zodat het spanningsniveau op pin3 net onder de referentiespanning op pin2 blijft wanneer de hartslag in de buurt van het veilige gebied is.

Als de hartslag echter de neiging heeft om over het kritieke gebied te stijgen, wordt een proportioneel hoger spanningsniveau ontwikkeld op pin3, dat het referentieniveau van pin2 overschrijdt, waardoor de output van de opamp hoog wordt en het alarm klinkt.

Het bovenstaande heeft alleen monitoren en alarmen ingesteld met betrekking tot de hogere kritische hartslag, om een ​​tweewegbewaking te bereiken, wat betekent dat er een alarm wordt ontvangen voor zowel hogere als lagere kritische hartslag ... het tweede circuit bestaande uit de IC555 en IC741 zou kunnen zijn volledig geëlimineerd en vervangen door een standaard IC LM567-circuit dat is ingesteld om de output laag te houden bij de veilige pulsfrequentie en hoog te gaan bij de op- of neerwaartse kritische frequenties.

De signaalconditioneringsschakeling bestaat uit twee identieke actieve laagdoorlaatfilters met een afsnijfrequentie van ongeveer 2,5 Hz.

Dit betekent dat de maximaal meetbare hartslag ongeveer 150 slagen per minuut is. Het operationele versterker-IC dat in dit circuit wordt gebruikt, is MCP602, een dubbele OpAmp-chip van Microchip.

Het werkt op een enkele voeding en zorgt voor een rail-naar-rail output swing. De filtering is nodig om eventuele hogere frequentieruis in het signaal te blokkeren.

De versterking van de versterker instellen

De versterking van elke filtertrap is ingesteld op 101, wat de totale versterking oplevert van ongeveer 10.000. Een condensator van 1 uF aan de ingang van elke trap is nodig om de gelijkstroomcomponent in het signaal te blokkeren.

De vergelijkingen voor het berekenen van de versterking en de afsnijfrequentie van het actieve laagdoorlaatfilter worden weergegeven in het schakelschema.

De tweetraps versterker / filter biedt voldoende versterking om het zwakke signaal van de fotosensoreenheid te versterken en om te zetten in een puls.

Een led die aan de uitgang is aangesloten, knippert elke keer dat een hartslag wordt gedetecteerd.

De signaalconditioneringsschakeling bestaat uit twee identieke actieve laagdoorlaatfilters met een afsnijfrequentie van ongeveer 2,5 Hz. Dit betekent dat de maximaal meetbare hartslag ongeveer 150 slagen per minuut is.

Het operationele versterker-IC dat in dit circuit wordt gebruikt, is MCP602, een dubbele OpAmp-chip van Microchip. Het werkt op een enkele voeding en zorgt voor een rail-naar-rail output swing. De filtering is nodig om eventuele hogere frequentieruis in het signaal te blokkeren.

De versterking van elke filtertrap is ingesteld op 101, wat de totale versterking oplevert van ongeveer 10.000. Een condensator van 1 uF aan de ingang van elke trap is nodig om de gelijkstroomcomponent in het signaal te blokkeren.

De vergelijkingen voor het berekenen van de versterking en de afsnijfrequentie van het actieve laagdoorlaatfilter worden weergegeven in het schakelschema. De tweetraps versterker / filter biedt voldoende versterking om het zwakke signaal van de fotosensoreenheid te versterken en om te zetten in een puls.

Een led die aan de uitgang is aangesloten, knippert elke keer dat een hartslag wordt gedetecteerd. De output van de signaalconditioner gaat naar de T0CKI-ingang van PIC16F628A.

Disclaimer: hoewel de bovenstaande schakelingen zijn getest, zijn deze niet medisch goedgekeurd, daarom wordt kijkers aangeraden voorzichtig te werk te gaan bij het maken en gebruiken van deze schakelingen.

Dit artikel is uitsluitend bedoeld ter informatie, zonder de bedoeling medisch advies of suggesties te geven. De auteur van dit artikel en deze website kunnen niet verantwoordelijk worden gehouden voor welke vorm van verlies dan ook, die de gebruiker kan overkomen tijdens het gebruik van deze circuits, vanwege onvoorziene redenen.