Herzfrequenz-Messkreis

In diesem Artikel diskutieren wir ausführlich eine relativ genaue elektronische Herzfrequenzsensorschaltung, die von einigen diskret verdrahteten Opamp-Schaltungsstufen verarbeitet wird, und lernen anschließend, wie diese geändert werden kann, um eine Herzfrequenzmonitor-Alarmschaltung herzustellen.

Verwendung von IR-Fotodiodensensoren

Die Erfassung der Herzimpulse erfolgt im Wesentlichen durch zwei IR-Fotodioden, von denen eine der IR-Sender und die andere der Akzeptor ist.

Die von der Senderdiode geworfenen IR-Strahlen werden vom Blutgehalt der Fingerspitze einer Person reflektiert und von der Empfängerdiode empfangen.

Die Intensität der reflektierten Strahlen variiert in einem Verhältnis, das durch die Herzpumprate und den Unterschied der sauerstoffhaltigen Blutspiegel im Blutgehalt bestimmt wird.

Die erfassten Signale von den Infrarotdioden werden von den gezeigten Operationsverstärkerstufen verarbeitet, bei denen es sich tatsächlich um ein paar identische aktive Tiefpassfilterschaltungen handelt, deren Abschaltung bei etwa 2,5 Hz bestimmt ist. Dies impliziert, dass das Maximum erreichbar ist Herzfrequenzmessung würde auf etwa 150 Schläge pro Minute beschränkt sein.

Wir verwenden den IC MCP602 für die Verarbeitung in Form von IC1a und IC1b im vorgeschlagenen Design des Herzfrequenzsensors und -prozessors. Der IC ist ein Dual-Opamp, der von Microchip hergestellt wird.

Schaltungsbetrieb

Es ist für die Arbeit mit einzelnen Versorgungen ausgelegt und wird daher für die besprochene Schaltung, die von einer einzelnen 9-V-Zelle aus betrieben werden soll, äußerst günstig.

Dies bedeutet auch, dass der Ausgang des Operationsverstärkers in der Lage wäre, volle positive bis negative Spannungsschwankungen zu erzeugen, die den erfassten Herzfrequenzsignalen von den IR-Dioden entsprechen.

Da die Umgebungsbedingungen mit vielen Streusignalen verschmutzt sein können, müssen die Operationsverstärker gegen alle derartigen elektrischen Störstörungen immunisiert werden, weshalb Sperrkondensatoren in Form der gezeigten 1 uF-Kondensatoren an den Eingängen der einzelnen Operationsverstärker positioniert sind.

Der erste Operationsverstärker ist so eingestellt, dass er eine Verstärkung von 101 erzeugt, während der zweite, der mit der ersten IC1a-Konfiguration identisch ist, ebenfalls auf 101 Verstärkung eingestellt ist.

Dies bedeutet jedoch, dass die Gesamt- oder Endverstärkung der Schaltung am Ausgang mit beeindruckenden 101 x 101 = 10201 wiedergegeben wird. Eine derart hohe Verstärkung gewährleistet eine perfekte Erfassung und Verarbeitung der extrem schwachen und undurchsichtigen Eingangsherzfrequenzimpulse, die vom IR geliefert werden Dioden.

Am Ausgang des zweiten IC1b-Operationsverstärkers ist eine LED angebracht, die als Reaktion auf die von der IR-Diodenstufe empfangenen Herzfrequenzimpulse blinkt.

Die hier vorgestellte Anwendung dient nur zu Referenzentwurfszwecken und ist nicht für lebensrettende oder medizinische Überwachungszwecke vorgesehen.

Schaltplan

So richten Sie den Herzfrequenzsensor ein

Das Einrichten des vorgeschlagenen Herzfrequenzsensors und des Prozessors ist eigentlich sehr einfach.

Wie wir alle verstehen werden, könnte der Unterschied zwischen sauerstoffhaltigem und sauerstoffarmem Blut kaum zu unterscheiden sein und in jeder Hinsicht äußerste Präzision erfordern, damit der Prozessor die subtilen Unterschiede innerhalb des Blutstroms beurteilen und sich dennoch in diesen umwandeln kann eine schwingende Spannungsänderung am Ausgang.

Um einen perfekt optimierten IR-Strahl von der IR-Tx-Diode zu gewährleisten, muss der Strom durch sie auf einen gut berechneten Anteil begrenzt werden, so dass das sauerstoffhaltige Blut einen relativ höheren Widerstand für den Durchgang der Strahlen bietet, jedoch einen relativ geringeren Widerstand zulässt für die Strahlen während des sauerstofffreien Zustands des Blutes. Dies erleichtert es dem Opamp, zwischen den schlagenden Herzimpulsen zu unterscheiden.

Dies erfolgt einfach durch Einstellen der angegebenen 470-Ohm-Voreinstellung.

Halten Sie Ihre Zeigefingerspitze über dem D1 / D2-Paar, schalten Sie die Stromversorgung ein und stellen Sie die Voreinstellung so lange ein, bis die LED am Ausgang einen deutlichen Blitzeffekt entwickelt.

Versiegeln Sie die Voreinstellung, sobald dies erreicht ist.

Positionierungsanordnung des Zeigefingers über den beiliegenden Fotodioden

Dies kann durch Löten der Dioden über die Leiterplatte in einem berechneten Abstand erfolgen, der für die Zeigefingerspitze gerade gut wird, um die Strahlungsspitzen der Dioden vollständig abzudecken.

Für eine optimale Reaktion müssen die Dioden in undurchsichtigen Kunststoffrohren geeigneter Größe eingeschlossen sein, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Im folgenden Abschnitt erfahren Sie mehr über einen einfachen Herzfrequenzmesser und eine Alarmschaltung, die speziell für ältere Bürger entwickelt wurden, um ihre kritische Herzfrequenz zu verfolgen.

Hier wird eine einfache Schaltung untersucht, die zur Überwachung der kritischen Herzfrequenz eines Patienten (Senioren) verwendet werden kann. Die Schaltung enthält auch einen Alarm zur Anzeige der Situation. Die Idee wurde von Herrn Raj Kumar Mukherji angefordert

Technische Spezifikationen

Ich hoffe, dir geht es gut.

Der Zweck des Schreibens hier ist es, Ihnen eine Idee eines Projekts mitzuteilen - einen „Herzfrequenzmesser-Alarm“ zu entwerfen, der unter Verwendung allgemein verfügbarer kostengünstiger Komponenten ausgelöst werden kann und der einen hörbaren Alarm erzeugt, wann immer die Pulsfrequenz von irgendjemandem ist als abnormal befunden. Es sollte auch die folgenden Bedingungen erfüllen:

ein. Kompakt und leicht, daher tragbar

b. Verbrauchen Sie die Mindestleistung und sollten Sie daher ein oder zwei Monate lang mit ein paar AA-Batterien oder einem 9-Volt-Pack rund um die Uhr arbeiten

c. Sollte in seiner Leistung ziemlich genau sein

Ich weiß, dass es im Netz viele solcher Schaltungen gibt, aber ihre Leistung und Zuverlässigkeit sind fraglich. Das Gerät kann besonders für ältere Menschen (mit / ohne Herzkrankheit), für Patienten, die bettlägerig sind, sehr nützlich sein. Wenn das Herz entweder mit einer Frequenz schlägt, die höher / niedriger als ein festgelegter durchschnittlicher Schwellenwert ist, ertönt der Alarm laut genug, um Personen um den Patienten herum zu alarmieren.

Ich hoffe, dass Ihnen mein Vorschlag klar ist. Wenn Sie jedoch Zweifel haben, schreiben Sie mir bitte eine E-Mail.

Danke,

Mit freundlichen Grüßen,
Raj Kumar Mukherji

Das Design

Im vorherigen Beitrag haben wir gelernt, wie eine Herzfrequenzsensorschaltung mit Prozessor hergestellt wird, die in der vorgeschlagenen kritischen Herzfrequenzalarmschaltung angemessen verwendet werden kann.

Die hier vorgestellte Anwendung dient nur zu Referenzentwurfszwecken und ist nicht für lebensrettende oder medizinische Überwachungszwecke vorgesehen.

Schaltplan

Unter Bezugnahme auf die obigen Diagramme können wir einige Schaltungsstufen sehen, wobei die erste der Herzfrequenzsensor / -prozessor mit einem integrierten Frequenzvervielfacher ist, während die zweite in Form eines Integrators, eines Komparators, ist.

Das Design des oberen Signalprozessors wurde ausführlich erläutert im vorherigen Absatz Der zusätzliche Spannungsvervielfacher, der in den Prozessor integriert ist, verwendet den IC 4060 zum Multiplizieren der relativ langsameren Herzfrequenzen mit einer proportional variierenden Hochfrequenzrate.

Die obige proportional variierende Hochfrequenz-Herzpulsfrequenz von Pin 7 des IC 4060 wird dem Eingang eines Integrators zugeführt, dessen Aufgabe es ist, die digital variierende Frequenz in ein proportional variierendes exponentielles analoges Signal umzuwandeln.

Schließlich wird diese analoge Spannung an den nicht invertierenden Eingang eines Ic 741-Komparators angelegt. Der Komparator wird über die angeschlossene 10k-Voreinstellung so eingestellt, dass der Spannungspegel an Pin3 knapp unter der Referenzspannung an Pin2 bleibt, wenn sich die Herzfrequenz in der Nähe des sicheren Bereichs befindet.

Wenn jedoch die Herzfrequenz dazu neigt, über den kritischen Bereich anzusteigen, wird an Pin3 ein proportional höherer Spannungspegel entwickelt, der den Referenzpegel von Pin2 überschreitet, wodurch der Ausgang des Operationsverstärkers hoch geht und den Alarm auslöst.

Die oben genannten Einstellungen richten nur Monitore und Alarme in Bezug auf die höhere kritische Herzfrequenz ein, um eine Zwei-Wege-Überwachung zu erreichen, was bedeutet, dass ein Alarm sowohl für höhere als auch für niedrigere kritische Herzfrequenzen erhalten wird ... der zweite Schaltkreis, der den IC555 und den IC741 umfasst, könnte sein vollständig eliminiert und durch einen Standard-IC-LM567-Schaltkreis ersetzt, der so eingestellt ist, dass sein Ausgang bei der sicheren Pulsfrequenz niedrig bleibt und bei den kritischen Aufwärts- oder Abwärtsraten hoch geht.

Die Signalkonditionierungsschaltung besteht aus zwei identischen aktiven Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz von ca. 2,5 Hz.

Dies bedeutet, dass die maximal messbare Herzfrequenz etwa 150 Schläge pro Minute beträgt. Der in dieser Schaltung verwendete Operationsverstärker-IC ist MCP602, ein Dual-OpAmp-Chip von Microchip.

Es wird mit einer einzigen Stromversorgung betrieben und bietet eine Ausgangsschwingung von Schiene zu Schiene. Die Filterung ist erforderlich, um im Signal vorhandene höherfrequente Geräusche zu blockieren.

Einstellen der Verstärkung des Verstärkers

Die Verstärkung jeder Filterstufe wird auf 101 eingestellt, was eine Gesamtverstärkung von etwa 10000 ergibt. Ein 1 uF-Kondensator am Eingang jeder Stufe ist erforderlich, um die Gleichstromkomponente im Signal zu blockieren.

Die Gleichungen zur Berechnung der Verstärkung und der Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters sind im Schaltplan dargestellt.

Der zweistufige Verstärker / Filter bietet eine ausreichende Verstärkung, um das von der Fotosensoreinheit kommende schwache Signal zu verstärken und in einen Impuls umzuwandeln.

Eine am Ausgang angeschlossene LED blinkt jedes Mal, wenn ein Herzschlag erkannt wird.

Die Signalkonditionierungsschaltung besteht aus zwei identischen aktiven Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz von ca. 2,5 Hz. Dies bedeutet, dass die maximal messbare Herzfrequenz etwa 150 Schläge pro Minute beträgt.

Der in dieser Schaltung verwendete Operationsverstärker-IC ist MCP602, ein Dual-OpAmp-Chip von Microchip. Es arbeitet mit einer einzigen Stromversorgung und bietet einen Rail-to-Rail-Ausgangswechsel. Die Filterung ist erforderlich, um im Signal vorhandene höherfrequente Geräusche zu blockieren.

Die Verstärkung jeder Filterstufe wird auf 101 eingestellt, was eine Gesamtverstärkung von etwa 10000 ergibt. Ein 1 uF-Kondensator am Eingang jeder Stufe ist erforderlich, um die Gleichstromkomponente im Signal zu blockieren.

Die Gleichungen zur Berechnung der Verstärkung und der Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters sind im Schaltplan dargestellt. Der zweistufige Verstärker / Filter bietet eine ausreichende Verstärkung, um das von der Fotosensoreinheit kommende schwache Signal zu verstärken und in einen Impuls umzuwandeln.

Eine am Ausgang angeschlossene LED blinkt jedes Mal, wenn ein Herzschlag erkannt wird. Der Ausgang des Signalaufbereiters geht an den T0CKI-Eingang des PIC16F628A.

Haftungsausschluss: Obwohl die oben genannten Schaltkreise getestet wurden, sind diese nicht medizinisch zugelassen. Daher wird den Zuschauern empfohlen, bei der Herstellung und Verwendung dieser Schaltkreise mit Vorsicht vorzugehen.

Dieser Artikel dient nur zu Informationszwecken, ohne die Absicht, medizinische Ratschläge oder Vorschläge zu geben. Der Autor dieses Artikels und dieser Website kann aus unvorhergesehenen Gründen nicht für Verluste jeglicher Art verantwortlich gemacht werden, die dem Benutzer bei der Verwendung dieser Schaltkreise entstehen können.