Obwód czujnika tętna

W tym artykule kompleksowo omawiamy stosunkowo dokładny obwód elektronicznego czujnika tętna przetwarzany przez kilka dyskretnie okablowanych etapów obwodu opamp, a następnie dowiemy się, jak można go zmodyfikować w celu utworzenia obwodu alarmowego czujnika tętna.

Korzystanie z czujników fotodiody IR

Wykrywanie tętna serca jest zasadniczo realizowane przez dwie fotodiody IR, z których jedna jest nadajnikiem podczerwieni, a druga akceptorem.

Promienie podczerwone rzucane przez diodę nadawczą odbijają się od krwi zawartej w opuszkach palca i są odbierane przez diodę odbiorczą.

Intensywność odbitych promieni zmienia się w proporcji określonej przez częstość pompowania serca i różnicę poziomów natlenionych krwi w zawartości krwi.

Wykryte sygnały z diod podczerwieni są przetwarzane przez pokazane stopnie wzmacniacza operacyjnego, które w rzeczywistości są kilkoma identycznymi obwodami aktywnego filtra dolnoprzepustowego, które mają odcięcie przy około 2,5 Hz. Oznacza to, że maksimum osiągalne pomiar tętna byłaby ograniczona do około 150 bpm.

Do przetwarzania używamy IC MCP602 w postaci IC1a i IC1b w proponowanej konstrukcji czujnika tętna i procesora. Układ scalony to podwójny wzmacniacz operacyjny wyprodukowany przez firmę microchip.

Działanie obwodu

Zaprojektowany jest do pracy z pojedynczymi zasilaczami, przez co staje się niezwykle korzystny dla omawianego obwodu, który ma działać z pojedynczej komórki 9V.

Oznacza to również, że wyjście wzmacniacza operacyjnego byłoby w stanie wytworzyć pełne wahania napięcia od dodatniego do ujemnego, odpowiadające odczytanym sygnałom tętna z diod IR.

Ponieważ warunki otoczenia mogą być zanieczyszczone dużą ilością sygnałów błądzących, wzmacniacze operacyjne muszą być uodpornione na wszystkie takie niepożądane zakłócenia elektryczne, dlatego kondensatory blokujące w postaci pokazanych kondensatorów 1uF są umieszczone na wejściach każdego wzmacniacza operacyjnego.

Pierwszy wzmacniacz operacyjny jest ustawiony na wytwarzanie wzmocnienia 101, a drugi, identyczny z pierwszą konfiguracją IC1a, jest również ustawiony na wzmocnienie 101.

Jednak oznacza to, że całkowite lub końcowe wzmocnienie obwodu na wyjściu jest renderowane przy imponującym 101 x 101 = 10201, tak wysokie wzmocnienie zapewnia doskonałe wykrywanie i przetwarzanie wyjątkowo słabych i niejasnych impulsów wejściowych tętna dostarczanych z podczerwieni. diody.

Na wyjściu drugiego wzmacniacza operacyjnego IC1b można zobaczyć diodę LED, która miga w odpowiedzi na odebrane impulsy tętna ze stopnia diody IR.

Przedstawiona tutaj aplikacja służy wyłącznie do celów referencyjnych i nie jest przeznaczona do celów ratowania życia ani monitorowania medycznego.

Schemat obwodu

Jak skonfigurować obwód czujnika tętna

Konfigurowanie proponowanego czujnika tętna, procesor jest w rzeczywistości bardzo łatwy.

Jak wszyscy zrozumiemy, różnica między krwią utlenioną i odtlenioną może być trudna do rozróżnienia i wymagać wyjątkowej precyzji pod każdym względem, aby umożliwić procesorowi ocenę subtelnych różnic w krwiobiegu, a jednocześnie być w stanie przekształcić się w wahadłowa zmiana napięcia na wyjściu.

Aby zapewnić idealnie zoptymalizowane wiązki podczerwieni z diody IR Tx, przepływający przez nią prąd musi być ograniczony do dobrze obliczonej proporcji, tak aby natleniona krew zapewniała stosunkowo wyższą odporność na przechodzenie promieni, ale zapewniała stosunkowo mniejszy opór na promienie w stanie odtlenionej krwi. Ułatwia to opampowi rozróżnienie między biciem serca.

Robi się to po prostu dostosowując dane ustawienie wstępne 470 omów.

Trzymaj palec wskazujący nad parą D1 / D2, włącz zasilanie i kontynuuj regulację ustawienia wstępnego, aż dioda LED na wyjściu zacznie wytwarzać wyraźny efekt migania.

Po osiągnięciu tego ustawienia zapieczętuj ustawienie.

Pozycjonowanie palca wskazującego nad załączonymi fotodiodami

Można to zrobić przez przylutowanie diod na płytce drukowanej w pewnej obliczonej odległości od siebie, która wystarczy, aby koniuszek palca wskazującego całkowicie pokrył promieniujące końcówki diod.

Aby uzyskać optymalną odpowiedź, diody muszą być umieszczone wewnątrz nieprzezroczystych plastikowych rur o odpowiednim rozmiarze, jak pokazano na poniższym rysunku:

W następnym rozdziale dowiemy się o prostym monitorze tętna i obwodzie alarmowym zaprojektowanym specjalnie dla osób starszych w celu śledzenia ich krytycznego tętna.

Tutaj bada prosty obwód, który może być używany do monitorowania krytycznego tętna pacjenta (seniora), obwód zawiera również alarm wskazujący sytuację. Pomysł został zgłoszony przez pana Raj Kumar Mukherji

Specyfikacja techniczna

Mam nadzieję że u Ciebie wszystko w porządku.

Celem pisania tutaj jest podzielenie się z wami pomysłem na projekt - zaprojektowanie `` alarmu czujnika tętna '', który można uruchomić przy użyciu powszechnie dostępnych, niedrogich komponentów i który będzie generował alarm dźwiękowy za każdym razem, gdy tętno kogokolwiek będzie uznane za nienormalne. Powinien również spełniać następujące warunki:

za. Kompaktowy i lekki, dlatego przenośny

b. Zużywają minimalną moc, dlatego powinny działać 24x7 przez miesiąc lub dwa z kilku baterii AA lub pakietu 9 V

do. Powinien być dość dokładny w swoim działaniu

Wiem, że w sieci dostępnych jest wiele takich układów, ale ich wydajność i niezawodność są wątpliwe. Urządzenie może być bardzo przydatne zwłaszcza dla osób starszych (z chorobą serca / bez chorób serca), dla pacjentów leżących i tak dalej. Gdy serce bije z częstotliwością wyższą / niższą od ustawionej średniej wartości progowej, alarm zabrzmi wystarczająco głośno, aby zaalarmować osoby wokół pacjenta.

Mam nadzieję, że moja propozycja jest dla Ciebie jasna. Jeśli jednak masz jakiekolwiek wątpliwości, napisz do mnie e-mail.

Dziękuję Ci,

Z poważaniem,
Raj Kumar Mukherji

Projektowanie

W poprzednim poście dowiedzieliśmy się, jak wykonać obwód czujnika tętna z procesorem, który można odpowiednio wykorzystać w proponowanym obwodzie krytycznego alarmu tętna.

Przedstawiona tutaj aplikacja służy wyłącznie do celów referencyjnych i nie jest przeznaczona do celów ratowania życia ani monitorowania medycznego.

Schemat obwodu

Nawiązując do powyższych diagramów, możemy zobaczyć kilka etapów obwodu, z których pierwszy to czujnik / procesor tętna ze zintegrowanym mnożnikiem częstotliwości, a drugi w postaci integratora, komparatora.

Konstrukcja procesora górnego sygnału została obszernie wyjaśniona w poprzednim akapicie , dodatkowy mnożnik napięcia, który jest zintegrowany z procesorem, wykorzystuje układ IC 4060 do mnożenia względnie wolniejszych tętna na proporcjonalnie zmieniającą się wysoką częstotliwość.

Powyższe proporcjonalnie zmieniające się tętno o wysokiej częstotliwości ze styku 7 układu IC 4060 jest podawane na wejście integratora, którego zadaniem jest konwersja zmieniającej się cyfrowo częstotliwości na proporcjonalnie zmieniający się wykładniczy sygnał analogowy.

Wreszcie to analogowe napięcie jest doprowadzane do nieodwracającego wejścia komparatora Ic 741. Komparator jest ustawiany za pomocą dołączonego ustawienia wstępnego 10k tak, że poziom napięcia na pinie3 pozostaje tuż poniżej napięcia odniesienia na pinie2, gdy tętno znajduje się w pobliżu bezpiecznego obszaru.

Jeśli jednak częstość akcji serca ma tendencję do zwiększania się w obszarze krytycznym, na styku 3 powstaje proporcjonalnie wyższy poziom napięcia, który przekracza poziom odniesienia styku 2, powodując wysokie napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego i włączanie alarmu.

Powyższe konfiguruje tylko monitory i alarmy dotyczące wyższego krytycznego tętna, w celu uzyskania dwukierunkowego monitorowania, co oznacza uzyskanie alarmu zarówno dla wyższego, jak i niższego krytycznego tętna ... drugi obwód zawierający IC555 i IC741 może być całkowicie wyeliminowany i zastąpiony standardowym obwodem IC LM567 ustawionym tak, aby jego wyjście było niskie przy bezpiecznej częstotliwości impulsów i rosło przy krytycznych wartościach w górę lub w dół.

Obwód kondycjonowania sygnału składa się z dwóch identycznych aktywnych filtrów dolnoprzepustowych o częstotliwości odcięcia około 2,5 Hz.

Oznacza to, że maksymalne mierzalne tętno wynosi około 150 bpm. Układ scalony wzmacniacza operacyjnego zastosowany w tym obwodzie to MCP602, podwójny układ OpAmp firmy Microchip.

Działa przy pojedynczym zasilaniu i zapewnia kołysanie wyjściowe z szyny do szyny. Filtrowanie jest konieczne do blokowania wszelkich szumów o wyższej częstotliwości obecnych w sygnale.

Ustawianie wzmocnienia wzmacniacza

Wzmocnienie każdego stopnia filtru jest ustawione na 101, co daje całkowite wzmocnienie około 10000. Kondensator 1 μF na wejściu każdego stopnia jest wymagany do zablokowania składowej prądu stałego w sygnale.

Na schemacie obwodu przedstawiono równania do obliczania wzmocnienia i częstotliwości odcięcia aktywnego filtra dolnoprzepustowego.

Dwustopniowy wzmacniacz / filtr zapewnia wystarczające wzmocnienie, aby wzmocnić słaby sygnał pochodzący z zespołu czujnika fotoelektrycznego i przekształcić go w impuls.

Dioda LED podłączona do wyjścia miga za każdym razem, gdy wykryte zostanie uderzenie serca.

Obwód kondycjonowania sygnału składa się z dwóch identycznych aktywnych filtrów dolnoprzepustowych o częstotliwości odcięcia około 2,5 Hz. Oznacza to, że maksymalne mierzalne tętno wynosi około 150 bpm.

Układ scalony wzmacniacza operacyjnego zastosowany w tym obwodzie to MCP602, podwójny układ OpAmp firmy Microchip. Działa przy pojedynczym zasilaniu i zapewnia kołysanie wyjściowe z szyny do szyny. Filtrowanie jest konieczne do blokowania wszelkich szumów o wyższej częstotliwości obecnych w sygnale.

Wzmocnienie każdego stopnia filtru jest ustawione na 101, co daje całkowite wzmocnienie około 10000. Kondensator 1 μF na wejściu każdego stopnia jest wymagany do zablokowania składowej prądu stałego w sygnale.

Na schemacie obwodu przedstawiono równania do obliczania wzmocnienia i częstotliwości odcięcia aktywnego filtra dolnoprzepustowego. Dwustopniowy wzmacniacz / filtr zapewnia wystarczające wzmocnienie, aby wzmocnić słaby sygnał pochodzący z zespołu czujnika fotoelektrycznego i przekształcić go w impuls.

Dioda LED podłączona do wyjścia miga za każdym razem, gdy wykryte zostanie uderzenie serca. Wyjście z kondycjonera sygnału jest kierowane na wejście T0CKI w PIC16F628A.

Zastrzeżenie: Chociaż powyższe obwody są testowane, nie są one zatwierdzone medycznie, dlatego zaleca się widzom zachowanie ostrożności podczas tworzenia i używania tych obwodów.

Ten artykuł ma charakter wyłącznie informacyjny, bez zamiaru udzielania porad ani sugestii medycznych. Autor tego artykułu i tej strony internetowej nie może być pociągnięty do odpowiedzialności za jakiekolwiek straty, które mogą wystąpić u użytkownika podczas korzystania z tych obwodów, z jakichkolwiek nieprzewidzianych przyczyn.