Snímač srdečního rytmu - práce a aplikace

Co tím myslíš Heartbeat?

Tlukot srdce člověka je zvuk chlopní v jeho srdci, které se stahují nebo rozšiřují, protože nutí krev z jedné oblasti do druhé. Počet případů, kdy srdce bije za minutu (BPM), je tepová frekvence a tep srdce, který lze pociťovat v jakékoli tepně, která leží blízko kůže, je puls.

Dva způsoby, jak měřit tep

• Ruční způsob : Tep lze zkontrolovat ručně kontrolou pulzů na dvou místech - zápěstí ( radiální lis ) a krk ( karotický lis ). Postup je umístit dva prsty (ukazovák a prostředník) na zápěstí (nebo krk pod průdušnicí) a spočítat počet pulzů po dobu 30 sekund a poté toto číslo vynásobit dvěma, aby se získala tepová frekvence. Tlak by však měl být vyvíjen minimálně a prsty by se měly pohybovat nahoru a dolů, dokud necítíte puls.

• Pomocí senzoru : Srdeční rytmus lze měřit na základě kolísání optického výkonu, protože světlo je rozptýleno nebo absorbováno během jeho cesty krví při změně srdečního rytmu.

Princip snímače srdečního tepu

Snímač srdečního rytmu je založen na principu fotopletysmografie. Měří změnu objemu krve jakýmkoli orgánem těla, která způsobí změnu intenzity světla tímto orgánem (avaskulární oblast). V případě aplikací, kde srdce je třeba sledovat tepovou frekvenci , načasování pulsů je důležitější. O toku objemu krve rozhoduje rychlost srdečních pulzů a protože krev je absorbována světlem, signální pulsy jsou ekvivalentní pulzům srdečního rytmu.

Existují dva typy fotopletysmografie:

Přenos : Světlo vyzařované ze zařízení vyzařujícího světlo se přenáší jakoukoli vaskulární oblastí těla jako ušní lalůček a přijímá detektor.

Odraz : Světlo vyzařované ze zařízení vyzařujícího světlo se odráží v regionech.

Práce se senzorem srdečního rytmu

Základní snímač srdečního tepu se skládá z diody emitující světlo a detektoru, jako je rezistor detekující světlo nebo fotodiody. Tepové pulsy způsobují kolísání toku krve do různých oblastí těla. Když je tkáň osvětlena světelným zdrojem, tj. Světlo vyzařované LED diodou, buď odráží (tkáň prstu), nebo propouští světlo (ušní lalůček). Část světla je absorbována krví a procházející nebo odražené světlo je přijímáno detektorem světla. Množství absorbovaného světla závisí na objemu krve v dané tkáni. Výstup detektoru je ve formě elektrického signálu a je úměrný tepové frekvenci.

Tento signál je DC signál vztahující se k tkáním a objemu krve a AC složka synchronní s tlukotem srdce a způsobená pulzujícími změnami objemu arteriální krve je superponována na DC signál. Hlavním požadavkem je tedy izolovat tuto AC složku, protože má prvořadý význam.

Abychom dosáhli úkolu získávání střídavého signálu, je výstup z detektoru nejprve filtrován pomocí dvoustupňového obvodu HP-LP a poté je převeden na digitální pulsy pomocí komparátorového obvodu nebo pomocí jednoduchého ADC. Digitální pulsy jsou předávány mikrokontroléru pro výpočet srdeční frekvence dané vzorcem

BPM (Beats per minute) = 60 * f

Kde f je pulzní frekvence

Praktický snímač tepu

Praktické příklady snímače tepu jsou Senzor srdeční frekvence (číslo produktu PC-3147). Skládá se z infračervené LED a LDR zabudované do struktury podobné klipu. Svorka je připevněna k orgánu (ušní lalůček nebo prst) s detekční částí na těle.

Dalším příkladem je TCRT1000 , mající 4 piny-

Pin1: Dodává napájecí napětí LED

Pin2 a 3 jsou uzemněny. Pin 4 je výstup. Pin 1 je také aktivační pin a jeho vytažením zapnete LED a senzor začne pracovat. Je zabudován do nositelného zařízení, které lze nosit na zápěstí a výstupu lze odeslat bezdrátově (přes Bluetooth) do počítače ke zpracování.

Aplikace vyvíjející váš systém senzorů srdečního rytmu

Základní systém snímače srdečního rytmu lze také postavit pomocí základních komponent, jako je LDR, komparátor IC LM358 a mikrokontrolér, jak je uvedeno níže

Jak je popsáno výše, co se týče principu snímače srdečního rytmu, když je tkáň prstu nebo tkáň ušního lalůčku osvětlena pomocí světelného zdroje, světlo se přenáší po modulaci, tj. Část absorbovaná krví a zbytek je přenášen. Toto modulované světlo je přijímáno detektorem světla.

Zde se jako detektor světla používá rezistor závislý na světle (LDR). Funguje na principu, že když světlo dopadne na rezistor, změní se jeho odpor. Se zvyšující se intenzitou světla odpor klesá. Pokles napětí na rezistoru tak klesá.

Zde se používá komparátor, který porovnává výstupní napětí z LDR s prahovým napětím. Prahové napětí je úbytek napětí na LDR, když světlo s pevnou intenzitou ze světelného zdroje dopadá přímo na něj. Invertující terminál komparátoru LM358 je připojen k uspořádání děliče potenciálů, které je nastaveno na prahové napětí a neinvertující terminál je připojen k LDR. Když je lidská tkáň osvětlena pomocí světelného zdroje, intenzita světla se snižuje. Jak tato snížená intenzita světla dopadá na LDR, zvyšuje se odpor a v důsledku poklesu napětí se zvyšuje. Když pokles napětí na LDR nebo neinvertujícím vstupu přesáhne pokles invertujícího vstupu, je na výstupu komparátoru vyvinut logický vysoký signál a v případě, že pokles napětí je menší, je vyvinut logický nízký výstup. Výstupem je tedy řada pulzů. Tyto impulsy mohou být přiváděny do mikrokontroléru, který odpovídajícím způsobem zpracovává informace, aby získal tepovou frekvenci, a to se zobrazuje na displeji propojeném s mikrokontrolérem.

Vysvětlení videa na schématu zapojení snímače srdečního rytmu