Obvod monitoru srdečního tepu

V tomto článku komplexně diskutujeme relativně přesný elektronický obvod snímače srdečního tepu zpracovaný několika diskrétně zapojenými fázemi obvodu operační zesilovače a následně se naučíme, jak to lze upravit pro vytvoření poplachového obvodu monitoru srdečního tepu.

Použití IR fotodiodových senzorů

Snímání srdečních pulzů je v zásadě prováděno dvěma IR fotodiodami, z nichž jedna je vysílačem IR a druhá akceptorem.

Infračervené paprsky vyzařované vysílací diodou se odrážejí od krevního obsahu špičky prstu osoby a jsou přijímány přijímací diodou.

Intenzita odražených paprsků se mění v poměru určeném rychlostí čerpání srdce a rozdílem v hladinách okysličené krve uvnitř obsahu krve.

Snímané signály z infračervených diod jsou zpracovávány zobrazenými stupni operační zesilovače, což je ve skutečnosti pár identických aktivních obvodů nízkoprůchodového filtru, které jsou určeny k odpojení kolem 2,5 Hz. To znamená, že maximální dosažitelné měření srdeční frekvence by bylo omezeno na asi 150 tepů za minutu.

IC MCP602 používáme pro zpracování v podobě IC1a a IC1b v navrhovaném designu snímače tepové frekvence a procesoru. IC je duální operační zesilovač vyráběný mikročipem.

Obvodový provoz

Je navržen tak, aby pracoval s jediným napájením, a tak se stává extrémně výhodným pro diskutovaný obvod, který má fungovat z jedné 9V buňky.

To také znamená, že výstup operačního zesilovače by byl schopen produkovat plné výkyvy kladného až záporného napětí odpovídající snímaným signálům srdeční frekvence z IR diod.

Vzhledem k tomu, že okolní podmínky mohou být znečištěny spoustou bludných signálů, je třeba opampy imunizovat proti všem takovým rušivým elektrickým poruchám, proto jsou na vstupech každého opampsu umístěny blokovací kondenzátory v podobě zobrazených kondenzátorů 1uF.

První operační zesilovač je nastaven tak, aby produkoval zisk 101, druhý identický s první konfigurací IC1a, je také nastaven na zisk 101.

To však znamená, že celkový nebo konečný zisk obvodu na výstupu je vykreslen na působivých 101 x 101 = 10201, takový vysoký zisk zajišťuje dokonalé snímání a zpracování extrémně slabých a nejasných vstupních pulzů srdeční frekvence dodávaných z IR diody.

Na výstupu druhého zesilovače IC1b je vidět připojená LED dioda, která bliká v reakci na přijaté pulsy srdečního rytmu ze stupně IR diody.

Zde uvedená aplikace slouží pouze pro referenční účely a není určena k záchraně života ani k lékařskému monitorování.

Kruhový diagram

Jak nastavit obvod snímače srdeční frekvence

Nastavení navrhovaného snímače srdečního tepu, procesoru, je ve skutečnosti velmi snadné.

Všichni pochopíme, že rozdíl mezi okysličenou krví a odkysličenou krví lze jen těžko rozeznat a vyžaduje extrémní přesnost ve všech ohledech, aby zpracovatel mohl posoudit jemné rozdíly v krevním oběhu a přesto se mohl převést na změna kývavého napětí na výstupu.

Aby bylo zajištěno dokonale optimalizované infračervené paprsky z diody IR Tx, musí být proud skrz něj omezen na dobře vypočítaný podíl tak, aby okysličená krev poskytovala relativně vyšší odpor pro průchod paprsků, ale umožňuje relativně nižší odpor pro paprsky během deoxygenovaného stavu krve. To operačnímu zesilovači usnadňuje rozlišení mezi pulzy tlukajícího srdce.

To se jednoduše provádí úpravou dané předvolby 470 ohmů.

Držte špičku ukazováčku nad dvojicí D1 / D2, zapněte napájení a pokračujte v nastavování předvolby, dokud LED na výstupu nezačne vyvíjet zřetelný blikající efekt.

Jakmile toho dosáhnete, přednastavení utěsněte.

Uspořádání ukazováčku nad přiloženými fotodiodami

Toho lze dosáhnout pájením diod přes desku plošných spojů v určité vypočítané vzdálenosti od sebe, což je dobré pro špičku ukazováčku, aby zcela zakrývala vyzařující špičky diod.

Pro optimální odezvu musí být diody uzavřeny uvnitř neprůhledných plastových trubek odpovídající velikosti, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

V následující části se dozvíme o jednoduchém monitoru srdečního tepu a obvodu alarmu speciálně navrženém pro starší občany pro sledování jejich kritické srdeční frekvence.

Zde se zkoumá jednoduchý obvod, který lze použít ke sledování kritické srdeční frekvence pacienta (seniora), obvod zahrnuje také alarm pro indikaci situace. Tuto myšlenku požadoval pan Raj Kumar Mukherji

Technické specifikace

Doufám že jsi v pořádku.

Účelem tohoto psaní je podělit se s vámi o myšlenku projektu - navrhnout „alarm monitoru srdečního tepu“, který lze vytvořit pomocí běžně dostupných levných komponent a který bude vydávat zvukový alarm, kdykoli bude kdokoli shledáno neobvyklým. Mělo by také splňovat následující podmínky:

A. Kompaktní a lehký, proto přenosný

b. Spotřebujte minimální energii, proto by měl běžet 24x7 po dobu jednoho nebo dvou měsíců z několika baterií AA nebo 9voltového akumulátoru

C. Mělo by to být docela přesné ve svém výkonu

Vím, že na síti je k dispozici mnoho takových obvodů, ale jejich výkon a spolehlivost jsou sporné. Jednotka může být velmi užitečná zejména pro starší lidi (s / bez srdečního onemocnění), pro pacienty na lůžku a podobně. Když srdce buší rychlostí vyšší / nižší než je nastavená průměrná prahová hodnota, zazní alarm dostatečně hlasitě, aby upozornil lidi v okolí pacienta.

Doufám, že vám je můj návrh jasný. Pokud však máte pochybnosti, napište mi e-mail.

Děkuji,

S přátelským pozdravem,
Raj Kumar Mukherji

Design

V předchozím příspěvku jsme se naučili, jak vytvořit obvod snímače srdečního tepu s procesorem, který lze vhodně použít v navrhovaném obvodu alarmu kritického srdečního tepu.

Zde uvedená aplikace slouží pouze pro referenční účely a není určena k záchraně života ani k lékařskému monitorování.

Kruhový diagram

S odkazem na výše uvedená schémata jsme schopni vidět několik fázových obvodů, z nichž první je snímač / procesor srdečního tepu s integrovaným frekvenčním multiplikátorem, zatímco druhý ve formě integrátoru, komparátoru.

Konstrukce horního signálního procesoru byla komplexně vysvětlena v předchozím odstavci , přídavný napěťový multiplikátor, který je integrován do procesoru, používá IC 4060 k znásobení relativně pomalejších srdečních frekvencí na proporcionálně se měnící vysokofrekvenční frekvenci.

Výše uvedená proporcionálně se měnící vysokofrekvenční srdeční frekvence z kolíku IC 4060 se přivádí na vstup integrátora, jehož úkolem je převést digitálně se měnící frekvenci na proporcionálně se měnící exponenciální analogový signál.

Nakonec je toto analogové napětí přivedeno na neinvertující vstup komparátoru Ic 741. Komparátor je nastaven prostřednictvím připojeného 10k přednastavení tak, aby úroveň napětí na pin3 zůstala těsně pod referenčním napětím na pin2, když je srdeční frekvence v blízkosti bezpečné oblasti.

Pokud však má srdeční frekvence tendenci se zvyšovat v kritické oblasti, je na pin3 vyvinuta proporcionálně vyšší úroveň napětí, která překročí referenční úroveň pin2, což způsobí, že výstup operačního zesilovače bude vysoký a spustí alarm.

Výše uvedené nastavení pouze monitoruje a alarmuje, pokud jde o vyšší kritickou srdeční frekvenci, aby se dosáhlo obousměrného monitorování, což znamená získat alarm pro vyšší i nižší kritickou srdeční frekvenci ... druhý okruh zahrnující IC555 a IC741 by mohl být zcela vyloučen a nahrazen standardním obvodem IC LM567 nastaveným tak, aby byl jeho výstup nízký při bezpečné frekvenci pulzů a vysoký při kritických rychlostech nahoru nebo dolů.

Obvod úpravy signálu se skládá ze dvou identických aktivních dolních propustí s mezní frekvencí asi 2,5 Hz.

To znamená, že maximální měřitelná srdeční frekvence je přibližně 150 tepů za minutu. Integrovaný operační zesilovač použitý v tomto obvodu je MCP602, duální čip OpAmp od společnosti Microchip.

Pracuje na jednom napájecím zdroji a poskytuje výstupní houpačku mezi kolejnicemi. Filtrování je nutné k blokování jakýchkoli vysokofrekvenčních zvuků přítomných v signálu.

Nastavení zisku zesilovače

Zisk každého stupně filtru je nastaven na 101, což dává celkové zesílení přibližně 10 000. K blokování stejnosměrné složky v signálu je nutný kondenzátor 1 uF na vstupu každého stupně.

Rovnice pro výpočet zesílení a mezní frekvence aktivního dolnoprůchodového filtru jsou uvedeny v schématu zapojení.

Dvoustupňový zesilovač / filtr poskytuje dostatečný zisk pro zesílení slabého signálu přicházejícího z jednotky foto senzoru a jeho převedení na puls.

LED připojená na výstupu bliká pokaždé, když je detekován srdeční rytmus.

Obvod úpravy signálu se skládá ze dvou identických aktivních dolních propustí s mezní frekvencí asi 2,5 Hz. To znamená, že maximální měřitelná srdeční frekvence je přibližně 150 tepů za minutu.

Integrovaný operační zesilovač použitý v tomto obvodu je MCP602, duální čip OpAmp od společnosti Microchip. Pracuje na jednom napájecím zdroji a poskytuje výstupní houpačku mezi kolejnicemi. Filtrování je nutné k blokování jakýchkoli vysokofrekvenčních zvuků přítomných v signálu.

Zisk každého stupně filtru je nastaven na 101, což dává celkové zesílení přibližně 10 000. K blokování stejnosměrné složky v signálu je nutný kondenzátor 1 uF na vstupu každého stupně.

Rovnice pro výpočet zesílení a mezní frekvence aktivního dolnoprůchodového filtru jsou uvedeny v schématu zapojení. Dvoustupňový zesilovač / filtr poskytuje dostatečný zisk pro zesílení slabého signálu přicházejícího z jednotky foto senzoru a jeho převedení na puls.

LED připojená na výstupu bliká pokaždé, když je detekován srdeční rytmus. Výstup z kondicionéru signálu jde na vstup T0CKI PIC16F628A.

Zřeknutí se odpovědnosti: Přestože jsou výše uvedené okruhy testovány, nejsou lékařsky schváleny, proto se divákům doporučuje postupovat při vytváření a používání těchto obvodů opatrně.

Tento článek je uveden pouze pro informační účely, bez úmyslu poskytovat lékařskou pomoc nebo doporučení. Autor tohoto článku a tento web nemůže být činěn odpovědným za jakoukoli formu ztráty, ke které může dojít uživateli při používání těchto obvodů z jakýchkoli nepředvídatelných důvodů.