Senzor pentru masurarea ritmului cardiac

Pulse ușor: Un senzor de DIY photoplethysmographic pentru masurarea ritmului cardiac. Partea 1 – Teoria și Schema
Când am construit prima măsurare a ritmului cardiac prin degetului proiect, cu LED-uri infraroșu și fotodiodă, utilizate pentru fotopletismografie deget au fost de fapt de la piese recuperate, și, prin urmare, nu am putut oferi specificațiile pentru ei în articol. Ca urmare a că este nevoie de destul de un pic de timp pentru a reproduce acest proiect cu un set diferit de IR LED-uri și fotodiodă, în calitate de valorile rezistoarelor curent de limitare și polarizare ar putea fi schimbate pentru noul senzor pentru a funcționa corect. Astăzi, am de gând să vorbesc despre o versiune revizuită a proiectului fel, dar cu toate componentele specificate de data asta. Noua versiune foloseste TCRT1000 senzor reflexiv optic pentru fotopletismografie. Utilizarea TCRT100 simplifică procesul de construire a senzorului parte a proiectului atât ca diodă infraroșu emițător de lumină și detectorul sunt aranjate una lângă alta într-un pachet cu tetraetil de plumb, blocând astfel de lumină ambientală din jur, care ar putea afecta în vreun fel performanța senzorului. Am proiectat, de asemenea, o placa de circuit imprimat pentru ea, care poartă atât senzorul de semnal și unitatea de climatizare. Am numit bord „Pulse Easy” și producția sa este un puls digitală, care este sincronă cu ritmul inimii. Impuls de ieșire poate fi alimentat fie un canal ADC sau un pin de intrare digitală a unui microcontroler pentru continuarea prelucrarea și recuperarea ritmului cardiac în bătăi pe minut (BPM).

Acest proiect se bazează pe principiul fotopletismografie (PPG), care este o metoda non-invaziva de măsurare Variația în volum de sange in tesuturi folosind o sursa de lumina si un detector. Deoarece modificarea volumului de sange este sincronă a bătăilor inimii, această tehnică poate fi utilizată pentru a calcula rata de inima. Transmisie și reflexie sunt două tipuri de bază de fotopletismografie. Pentru transmisie PPG, o sursa de lumina este emisă în a țesuturilor și un detector de lumina este plasat în partea opusă a țesutului pentru a măsura lumina rezultantă. Din cauza adâncimii de penetrare limitată a luminii prin tesuturi de organe, de transmisie PPG este aplicabilă o parte a corpului restrânsă, cum ar fi degetul sau lobul urechii. Cu toate acestea, în PPG reflexiei, sursa de lumină și detector de lumină sunt atât plasate pe aceeași parte a unei părți a corpului. Lumina este emisă în țesuturi și lumina reflectata este măsurată prin detector. Așa cum lumina nu are de a penetra corpul, PPG reflexie poate fi aplicat la orice parte a corpului uman. În ambele cazuri, lumina reflectata de detectat sau transmise prin intermediul parte a corpului va fluctua în funcție de fluxul de sange pulsand cauzate de bataie a inimii.
Imaginea de mai jos prezintă o bază de reflexie PPG sonda pentru a extrage semnalul de impuls de la vârful degetului. Degetul Un subiect este iluminat de o lumina infrarosie-emitting diode. Lumină mult sau mai puțin este absorbit, în funcție de volumul de sânge țesut. Prin urmare, intensitatea luminii reflectate variază în funcție de vibrantă a arteriale cu bătăi cardiace. Un complot pentru această variație în funcție de timp se face referire să fie un semnal de photoplethysmographic sau PPG.

Degetul fotopletismografie (abordare de reflexie)
Semnalul PPG are două componente, frecvent menționate în continuare AC si DC. Componenta CA este cauzată în principal de modificările pulseaza in volum de sânge arterial, care este sincronă cu ritmul inimii.Deci, componenta CA poate fi folosit ca o sursă de informații ritmului cardiac. Această componentă AC este suprapus pe o componentă DC mare, care se referă la țesuturi și volumul de sânge mediu.Componenta DC trebuie să fie eliminate pentru a măsura forma de undă de curent alternativ, cu un nivel ridicat semnal-zgomot. Deoarece util semnal AC este doar o parte foarte mică a semnalului de ansamblu, un circuit de amplificare eficient este, de asemenea, necesară pentru a extrage informațiile dorite de la ea.
Diagrama circuitului
Senzorul utilizat în acest proiect este de TCRT1000, care este un senzor reflexiv optic cu atât emițător de lumină infraroșie și fototranzistor partea plasate de către parte, și sunt închise în interiorul unui pachet de plumb, astfel că nu există un efect minim de incadrand luminii vizibile. Diagrama circuitului de mai jos prezinta circuitul exterior biasing pentru senzorul TCRT1000. Trăgând Activare pinul de mare va transforma emitator IR LED și de a activa senzorul. Un vârful plasat peste senzorul va acționa ca un reflector al luminii incidente. Cantitatea de lumină reflectată înapoi de la vârful degetului este monitorizată de către fototranzistor.

TCRT1000 utilizat pentru detectarea pulsului de la vârful degetului
De ieșire ( V SENZOR ) de la senzorul este o formă de undă periodică fiziologic atribuite mici variații în lumina reflectată IR, care este cauzată de volumul de sange pulsand in interiorul tesutului degetul. Undă este, prin urmare, sincron cu bataile inimii. Diagrama circuitului de mai jos descrie prima etapă a condiționare de semnal care va suprima componenta DC de mare și să stimuleze slab pulsand componenta de curent alternativ, care transportă informațiile cerute.

Prima etapă de condiționare de semnal
În circuitul de mai sus, ieșirea senzorului este primul trecut printr-un RC high-pass filtru (HPF) pentru a scăpa de componente DC. Frecvența limită a HPF este setată la 0,7 Hz. Următoarea etapă este un activ filtru low-pass (LPF), care este format dintr-un circuit Op-Amp. Câștig și frecvența-limită al LPF sunt setate la 101 și 2.34 Hz, respectiv. Astfel, combinația de HPF si LPF ajută la eliminarea semnal nedorit DC și zgomotul de înaltă frecvență, inclusiv 60 Hz (50 Hz în unele țări) alimentare interferențe, în timp ce amplificarea semnalului puls scăzut amplitudine (AC componenta) 101 de ori.
De ieșire din prima etapă condiționat de semnal merge la o similară HPF / LPF combinatie de filtrare în continuare și amplificare (de mai jos). Deci, amplificarea în tensiune totală realizată de cele două etape cascadă este de 101 * 101 = 10201. Cele două etape de filtrare și amplificare convertește semnalele de intrare TTL PPG la apropiat impulsuri si sunt sincrone cu bătăi cardiace. Frecvența (f) din aceste impulsuri este legată de frecvența cardiacă (BPM), ca,

Bătăi pe minut (BPM) = 60 × f
Un potențiometru 5K este plasat la ieșirea din prima etapă condiționat de semnal în cazul în care câștigul totală a celor două etape trebuie să fie mai mică de 10201. Un LED conectat la ieșirea de-a doua etapă de condiționare de semnal va clipi atunci când un ritm cardiac este detectat. Etapa finală a instrumentelor constituie o simplă ne-inversoare tampon pentru a reduce impedanța de ieșire. Acest lucru este util în cazul în care un canal ADC de un microcontroler este utilizat pentru a citi semnalul amplificat PPG.

A doua etapă de condiționare de semnal
Cele amplificatoare operaționale utilizate în circuitul instrumentelor descrise mai sus sunt de la MCP6004IC, care are patru General Purpose Op-amper oferă feroviar-la-feroviar de intrare și ieșire pe gama de funcționare 1.8 la 6V. Imaginea de mai jos prezinta o placa de asamblat Pulsul Easy proiectate folosind circuitul de mai sus.
În loc de fixare pe bord, senzorul poate fi, de asemenea, TCRT1000 fir la bord prin pinii antet și pulovere.În acest fel aveți o mai mare flexibilitate în utilizarea senzorului. Aveți posibilitatea să țineți senzorul între două degete sau puteți să-l cu fața în jos pe pielea de pe palma, și așa mai departe.

Pulse ușor cu sârmă senzor la bord prin jumperi
Bord opereaza la 3-5.5V și, prin urmare, acesta poate fi folosit cu familiile microcontrolere atât 3.3V 5.0V si.

http://www.radiolocman.com