Czujnik bicia serca - działanie i zastosowanie

Czujnik bicia serca - działanie i zastosowanie

Co masz na myśli mówiąc o biciu serca?

Bicie serca osoby to dźwięk zastawek w sercu kurczących się lub rozszerzających, gdy przepychają krew z jednego regionu do drugiego. Liczba uderzeń serca na minutę (BPM) to tętno, a bicie serca, które można wyczuć w każdej tętnicy położonej blisko skóry, to puls.



Dwa sposoby pomiaru bicia serca


  • Sposób ręczny : Bicie serca można sprawdzić ręcznie, sprawdzając tętno w dwóch miejscach - nadgarstku ( prasa promieniowa ) i szyję ( prasa szyjna ). Procedura polega na umieszczeniu dwóch palców (wskazującego i środkowego) na nadgarstku (lub szyi poniżej tchawicy) i policzeniu liczby impulsów przez 30 sekund, a następnie pomnożeniu tej liczby przez 2, aby uzyskać tętno. Jednak nacisk powinien być minimalny, a palce powinny być poruszane w górę iw dół, aż poczuje się puls.
  • Korzystanie z czujnika : Bicie serca można mierzyć na podstawie zmian mocy optycznej, ponieważ światło jest rozpraszane lub pochłaniane podczas swojej drogi przez krew, gdy zmienia się bicie serca.

Zasada działania czujnika bicia serca

Czujnik bicia serca działa na zasadzie fotopletyzmografii. Mierzy zmianę objętości krwi przepływającej przez dowolny narząd ciała, co powoduje zmianę natężenia światła przez ten narząd (obszar beznaczyniowy). W przypadku aplikacji, w których serce należy monitorować tętno ważniejszy jest czas impulsów. O przepływie objętości krwi decyduje częstotliwość uderzeń serca, a ponieważ krew pochłania światło, impulsy sygnału są równoważne pulsom bicia serca.





Istnieją dwa rodzaje fotopletyzmografii:

Przenoszenie : Światło emitowane z urządzenia emitującego światło jest przepuszczane przez dowolny obszar naczyniowy ciała, np. Płatek ucha, i odbierane przez detektor.



Odbicie : Światło emitowane przez urządzenie emitujące światło jest odbijane przez regiony.


SerceDziałanie czujnika bicia serca

Podstawowy czujnik bicia serca składa się z diody elektroluminescencyjnej i detektora, takiego jak rezystor wykrywający światło lub fotodioda. Impulsy bicia serca powodują zmiany w przepływie krwi do różnych obszarów ciała. Kiedy tkanka jest oświetlana źródłem światła, czyli światłem emitowanym przez diodę, odbija ona (tkanka palca) lub przepuszcza światło (płatek ucha). Część światła jest absorbowana przez krew, a przepuszczane lub odbite światło jest odbierane przez detektor światła. Ilość zaabsorbowanego światła zależy od objętości krwi w tej tkance. Sygnał wyjściowy detektora ma postać sygnału elektrycznego i jest proporcjonalny do tętna.

Sygnał ten jest sygnałem DC odnoszącym się do tkanek i objętości krwi, a składowa AC synchroniczna z biciem serca i spowodowana pulsacyjnymi zmianami objętości krwi tętniczej nakłada się na sygnał DC. Dlatego głównym wymaganiem jest wyodrębnienie tego składnika prądu przemiennego, ponieważ ma on pierwszorzędne znaczenie.

Bicie sercaAby osiągnąć zadanie uzyskania sygnału AC, sygnał wyjściowy z detektora jest najpierw filtrowany za pomocą 2-stopniowego obwodu HP-LP, a następnie przekształcany na impulsy cyfrowe za pomocą obwodu komparatora lub prostego ADC. Cyfrowe impulsy są podawane do mikrokontrolera w celu obliczenia częstotliwości bicia serca, określonej wzorem:

BPM (uderzenia na minutę) = 60 * f

Gdzie f jest częstotliwością impulsów

Praktyczny czujnik bicia serca

Praktyczne przykłady czujnika bicia serca to Czujnik tętna (nr produktu PC-3147). Składa się z diody podczerwieni i LDR osadzonych w konstrukcji przypominającej klips. Klips jest przymocowany do narządu (płatka ucha lub palca) z częścią detektora na ciele.

Heartbeat senInnym przykładem jest TCRT1000 posiadające 4 szpilki

Pin1: Aby podać napięcie zasilania do diody LED

Pin2 i 3 są uziemione. Pin 4 to wyjście. Pin 1 jest jednocześnie pinem włączającym i pociągnięcie go wysoko włącza diodę LED i czujnik zaczyna działać. Jest osadzony na urządzeniu do noszenia, które można nosić na nadgarstku i na wyjściu można wysłać bezprzewodowo (przez Bluetooth) do komputera w celu przetworzenia.

Czujnik dźwiękuAplikacja Rozwój systemu czujnika bicia serca

Podstawowy system czujnika bicia serca można również zbudować przy użyciu podstawowych komponentów, takich jak LDR, układ scalony komparatora LM358 i mikrokontroler, jak podano poniżej

podstawowy system czujnika bicia serca

Jak opisano powyżej w odniesieniu do zasady działania czujnika bicia serca, gdy tkanka palca lub tkanka płatka ucha jest oświetlana za pomocą źródła światła, światło jest przepuszczane po zmodulowaniu, tj. Część zostaje wchłonięta przez krew, a reszta jest transmitowana. To modulowane światło jest odbierane przez detektor światła.

Tutaj jako detektor światła używany jest rezystor zależny od światła (LDR). Działa na zasadzie, że kiedy światło pada na rezystor, zmienia się jego rezystancja. Wraz ze wzrostem natężenia światła opór maleje. W ten sposób spadek napięcia na rezystorze maleje.

Tutaj używany jest komparator, który porównuje napięcie wyjściowe z LDR z napięciem progowym. Napięcie progowe to spadek napięcia na LDR, gdy światło o stałym natężeniu ze źródła światła pada bezpośrednio na niego. Zacisk odwracający komparatora LM358 jest podłączony do układu dzielnika potencjału, który jest ustawiony na napięcie progowe, a zacisk nieodwracający jest podłączony do LDR. Kiedy źródło światła oświetla ludzką tkankę, zmniejsza się intensywność światła. Gdy to zmniejszone natężenie światła spada na LDR, rezystancja rośnie, aw wyniku spadku napięcia wzrasta. Gdy spadek napięcia na LDR lub wejściu nieodwracającym przekracza ten na wejściu odwracającym, na wyjściu komparatora powstaje wysoki logiczny sygnał, aw przypadku mniejszego spadku napięcia powstaje logiczny niski sygnał wyjściowy. Zatem na wyjściu jest seria impulsów. Impulsy te mogą być podawane do mikrokontrolera, który odpowiednio przetwarza informacje w celu uzyskania częstotliwości bicia serca, co jest wyświetlane na wyświetlaczu połączonym z mikrokontrolerem.

Objaśnienie wideo dotyczące schematu obwodu czujnika bicia serca