วงจรตรวจวัดอัตราการเต้นของหัวใจ

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





ในบทความนี้เราจะพูดถึงวงจรเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างแม่นยำซึ่งประมวลผลโดยขั้นตอนวงจร opamp แบบมีสายไม่กี่ขั้นตอนและจากนั้นเราจะเรียนรู้วิธีการแก้ไขนี้สำหรับการสร้างวงจรเตือนอัตราการเต้นของหัวใจ

การใช้เซนเซอร์โฟโตไดโอด IR

การตรวจจับชีพจรของหัวใจนั้นโดยพื้นฐานแล้วไดโอดภาพถ่าย IR สองตัวตัวหนึ่งเป็นตัวส่งสัญญาณ IR ในขณะที่ตัวรับอีกตัว



รังสี IR ที่ส่งโดยไดโอดเครื่องส่งจะสะท้อนจากปริมาณเลือดที่ปลายนิ้วของคนและได้รับจากไดโอดรับ

ความเข้มของรังสีสะท้อนจะแตกต่างกันไปตามสัดส่วนที่กำหนดโดยอัตราการสูบฉีดของหัวใจและจากความแตกต่างของระดับเลือดที่มีออกซิเจนภายในปริมาณเลือด



สัญญาณที่ตรวจจับได้จากไดโอดอินฟราเรดจะถูกประมวลผลโดยขั้นตอนของ opamp ที่แสดงซึ่งในความเป็นจริงวงจรกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานเหมือนกันสองวงจรซึ่งกำหนดให้ตัดที่ประมาณ 2.5 Hz นี่หมายความว่าสูงสุดที่สามารถบรรลุได้ การวัดอัตราการเต้นของหัวใจ จะถูก จำกัด ไว้ที่ประมาณ 150 ครั้งต่อนาที

เราใช้ IC MCP602 สำหรับการประมวลผลในรูปแบบของ IC1a และ IC1b ในเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจและการออกแบบโปรเซสเซอร์ที่นำเสนอ IC เป็น opamp คู่ที่ผลิตโดยไมโครชิป

การทำงานของวงจร

ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกับอุปกรณ์สิ้นเปลืองเดียวดังนั้นจึงเป็นที่นิยมอย่างมากสำหรับวงจรที่กล่าวถึงซึ่งควรจะทำงานจากเซลล์ 9V เดียว

นอกจากนี้ยังหมายความว่าเอาต์พุตของ opamp จะสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกและลบได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับสัญญาณอัตราการเต้นของหัวใจที่ตรวจจับได้จากไดโอด IR

เนื่องจากสภาพแวดล้อมอาจปนเปื้อนไปด้วยสัญญาณหลงทางจำนวนมากจึงจำเป็นต้องฉีดวัคซีนป้องกันการรบกวนทางไฟฟ้าปลอมทั้งหมดดังกล่าวดังนั้นการปิดกั้นตัวเก็บประจุในรูปแบบของตัวเก็บประจุ 1uF ที่แสดงจึงถูกวางไว้ที่อินพุตของ opamps แต่ละตัว

opamp ตัวแรกถูกตั้งค่าให้สร้างกำไร 101 ส่วนอันที่สองที่เหมือนกับการกำหนดค่า IC1a แรกจะถูกตั้งค่าไว้ที่ 101 gain

อย่างไรก็ตามนั่นหมายความว่าผลรวมหรืออัตราขยายสุดท้ายของวงจรที่เอาต์พุตจะแสดงผลที่ 101 x 101 = 10201 ที่น่าประทับใจอัตราขยายที่สูงดังกล่าวช่วยให้มั่นใจได้ว่าการตรวจจับและการประมวลผลพัลส์อัตราการเต้นของหัวใจอินพุตที่อ่อนแอและคลุมเครือที่ส่งมาจาก IR ไดโอด

สามารถมองเห็น LED ติดอยู่ที่เอาต์พุตของ IC1b opamp ตัวที่สองซึ่งกะพริบเพื่อตอบสนองต่อการเต้นของหัวใจที่ได้รับจากระยะไดโอด IR

แอปพลิเคชันที่นำเสนอนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการออกแบบอ้างอิงเท่านั้นและไม่ได้มีไว้สำหรับการช่วยชีวิตหรือการตรวจสอบทางการแพทย์ใด ๆ

แผนภูมิวงจรรวม

วิธีตั้งค่าวงจรเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจ

การตั้งค่าเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจที่นำเสนอโปรเซสเซอร์นั้นง่ายมาก

ดังที่เราทุกคนจะเข้าใจว่าความแตกต่างระหว่างเลือดที่ได้รับออกซิเจนและเลือดที่ไม่ได้รับออกซิเจนนั้นแทบจะไม่สามารถแยกแยะได้และต้องการความแม่นยำสูงในทุกประการเพื่อให้โปรเซสเซอร์สามารถตัดสินความแตกต่างที่ลึกซึ้งภายในกระแสเลือดและยังสามารถแปลงเป็น การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่แกว่งที่เอาต์พุต

เพื่อให้แน่ใจว่าลำแสง IR ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างสมบูรณ์แบบจากไดโอด IR Tx กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะต้องถูก จำกัด ให้อยู่ในสัดส่วนที่คำนวณได้ดีเพื่อให้เลือดที่มีออกซิเจนมีความต้านทานที่ค่อนข้างสูงกว่าสำหรับรังสีที่จะผ่าน แต่ให้ความต้านทานค่อนข้างต่ำ สำหรับรังสีในระหว่างสภาวะ deoxygenated ของเลือด สิ่งนี้ทำให้ opamp แยกแยะระหว่างจังหวะการเต้นของหัวใจได้ง่ายขึ้น

ทำได้ง่ายๆโดยการปรับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า 470 โอห์ม

ให้ปลายนิ้วชี้ของคุณอยู่เหนือคู่ D1 / D2 เปิดเครื่องและปรับค่าที่ตั้งไว้ไปเรื่อย ๆ จนกว่า LED ที่เอาต์พุตจะเริ่มมีเอฟเฟกต์การกะพริบที่แตกต่างกัน

ปิดผนึกค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเมื่อทำได้

การจัดตำแหน่งนิ้วชี้เหนือไดโอดภาพถ่ายที่แนบมา

อาจทำได้โดยการบัดกรีไดโอดบน PCB โดยเว้นระยะห่างที่คำนวณได้ซึ่งจะเหมาะสำหรับปลายนิ้วชี้เพื่อปกปิดปลายการแผ่ของไดโอดอย่างสมบูรณ์

เพื่อการตอบสนองที่เหมาะสมไดโอดจะต้องอยู่ภายในท่อพลาสติกทึบแสงที่มีขนาดเหมาะสมดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

ในส่วนต่อไปนี้เราจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจและวงจรเตือนภัยที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับผู้สูงอายุเพื่อติดตามอัตราวิกฤตของหัวใจ

ในที่นี้จะสำรวจวงจรง่ายๆซึ่งอาจใช้ในการตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจขั้นวิกฤตของผู้ป่วย (ผู้สูงอายุ) วงจรนี้ยังรวมถึงสัญญาณเตือนเพื่อระบุสถานการณ์ ความคิดนี้ได้รับการร้องขอจาก Mr. Raj Kumar Mukherji

ข้อกำหนดทางเทคนิค

หวังว่าคุณสบายดี.

จุดประสงค์ของการเขียนที่นี่คือเพื่อแบ่งปันแนวคิดเกี่ยวกับโครงการกับคุณ - เพื่อออกแบบ 'สัญญาณเตือนอัตราการเต้นของหัวใจ' ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ส่วนประกอบราคาประหยัดที่หาได้ทั่วไปและจะส่งเสียงเตือนเมื่อใดก็ตามที่อัตราชีพจรของใครก็ตาม พบว่ามีความผิดปกติ ควรเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้เช่นกัน:

ก. กะทัดรัดและน้ำหนักเบาจึงพกพาได้

ข. ใช้พลังงานขั้นต่ำดังนั้นควรทำงาน 24x7 เป็นเวลาหนึ่งหรือสองเดือนจากแบตเตอรี่ AA สองก้อนหรือแพ็ค 9 โวลต์

ค. ควรมีความแม่นยำพอสมควรในประสิทธิภาพ

ฉันรู้ว่ามีวงจรดังกล่าวมากมายบนเน็ต แต่ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือนั้นน่าสงสัย หน่วยนี้มีประโยชน์มากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้สูงอายุ (ที่มี / ไม่มีโรคหัวใจ) สำหรับผู้ป่วยที่ต้องนอนบนเตียงเป็นต้น เมื่อหัวใจเต้นในอัตราที่สูงขึ้น / ต่ำกว่าค่าเกณฑ์เฉลี่ยที่กำหนดไว้สัญญาณเตือนจะดังพอที่จะเตือนคนรอบข้างผู้ป่วย

ฉันหวังว่าข้อเสนอของฉันจะชัดเจนสำหรับคุณ อย่างไรก็ตามหากคุณมีข้อสงสัยโปรดส่งอีเมลถึงฉัน

ขอบคุณ,

ขอแสดงความนับถือ,
Raj Kumar Mukherji

การออกแบบ

ในโพสต์ก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้วิธีสร้างวงจรเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจพร้อมโปรเซสเซอร์ซึ่งสามารถนำไปใช้อย่างเหมาะสมในวงจรเตือนอัตราการเต้นของหัวใจวิกฤตที่นำเสนอ

แอปพลิเคชันที่นำเสนอนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการออกแบบอ้างอิงเท่านั้นและไม่ได้มีไว้สำหรับการช่วยชีวิตหรือการตรวจสอบทางการแพทย์ใด ๆ

แผนภูมิวงจรรวม

จากแผนภาพด้านบนเราสามารถเห็นขั้นตอนวงจรสองสามขั้นตอนแรกคือเซ็นเซอร์ / โปรเซสเซอร์อัตราการเต้นของหัวใจที่มีตัวคูณความถี่ในตัวในขณะที่ตัวที่สองอยู่ในรูปแบบของตัวรวมตัวเปรียบเทียบ

การออกแบบตัวประมวลผลสัญญาณด้านบนได้รับการอธิบายอย่างครอบคลุม ในย่อหน้าก่อนหน้า ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมซึ่งรวมเข้ากับโปรเซสเซอร์ใช้ IC 4060 สำหรับการคูณอัตราการเต้นของหัวใจที่ค่อนข้างช้าลงในอัตราความถี่สูงที่แตกต่างกันตามสัดส่วน

อัตราชีพจรหัวใจความถี่สูงที่แตกต่างกันตามสัดส่วนข้างต้นจากพิน 7 ของ IC 4060 จะถูกป้อนเข้ากับอินพุตของอินทิเกรเตอร์ที่มีหน้าที่ในการแปลงความถี่ที่แตกต่างกันแบบดิจิทัลให้เป็นสัญญาณอนาล็อกแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลที่แตกต่างกันตามสัดส่วน

ในที่สุดแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกนี้จะถูกนำไปใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้านของตัวเปรียบเทียบ Ic 741 ตัวเปรียบเทียบถูกตั้งค่าผ่านค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 10k ที่แนบมาเพื่อให้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ขา 3 อยู่ต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงที่พิน 2 เมื่ออัตราการเต้นของหัวใจอยู่ใกล้กับพื้นที่ปลอดภัย

อย่างไรก็ตามหากอัตราการเต้นของหัวใจมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในบริเวณที่สำคัญระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นตามสัดส่วนจะถูกพัฒนาขึ้นที่พิน 3 ซึ่งข้ามระดับอ้างอิงพิน 2 ทำให้เอาต์พุตของ opamp สูงขึ้นและส่งเสียงเตือน

ข้างต้นตั้งค่าเฉพาะจอภาพและสัญญาณเตือนเกี่ยวกับอัตราการเต้นของหัวใจวิกฤตที่สูงขึ้นเพื่อให้สามารถตรวจสอบได้สองทางหมายถึงได้รับสัญญาณเตือนสำหรับอัตราการเต้นของหัวใจวิกฤตที่สูงขึ้นและต่ำลง ... วงจรที่สองซึ่งประกอบด้วย IC555 และ IC741 อาจเป็น ตัดออกทั้งหมดและแทนที่ด้วยชุดวงจร IC LM567 มาตรฐานเพื่อให้เอาต์พุตต่ำที่อัตราชีพจรที่ปลอดภัยและไปสูงที่อัตราวิกฤตขึ้นหรือลง

วงจรปรับสภาพสัญญาณประกอบด้วยตัวกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานเหมือนกันสองตัวที่มีความถี่ตัดประมาณ 2.5 เฮิรตซ์

ซึ่งหมายความว่าอัตราการเต้นของหัวใจสูงสุดที่วัดได้คือประมาณ 150 ครั้งต่อนาที IC เครื่องขยายเสียงที่ใช้ในวงจรนี้คือ MCP602 ซึ่งเป็นชิป OpAmp คู่จาก Microchip

มันทำงานที่แหล่งจ่ายไฟเดียวและมีการแกว่งเอาท์พุทแบบรางถึงราง จำเป็นต้องมีการกรองเพื่อป้องกันเสียงความถี่สูงที่มีอยู่ในสัญญาณ

การตั้งค่ากำไรของเครื่องขยายเสียง

อัตราขยายของแต่ละขั้นตอนการกรองถูกตั้งค่าเป็น 101 โดยให้กำลังขยายทั้งหมดประมาณ 10,000 ตัวต้องใช้ตัวเก็บประจุ 1 uF ที่อินพุตของแต่ละขั้นตอนเพื่อบล็อกส่วนประกอบ dc ในสัญญาณ

สมการสำหรับการคำนวณอัตราขยายและความถี่ตัดของตัวกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานอยู่จะแสดงในแผนภาพวงจร

แอมพลิฟายเออร์ / ฟิลเตอร์สองขั้นตอนให้อัตราขยายที่เพียงพอเพื่อเพิ่มสัญญาณอ่อนที่มาจากชุดเซ็นเซอร์ภาพถ่ายและแปลงเป็นพัลส์

ไฟ LED ที่เชื่อมต่อที่เอาต์พุตจะกะพริบทุกครั้งที่ตรวจพบการเต้นของหัวใจ

วงจรปรับสภาพสัญญาณประกอบด้วยตัวกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานเหมือนกันสองตัวที่มีความถี่ตัดประมาณ 2.5 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายความว่าอัตราการเต้นของหัวใจสูงสุดที่วัดได้คือประมาณ 150 ครั้งต่อนาที

IC เครื่องขยายเสียงที่ใช้ในวงจรนี้คือ MCP602 ซึ่งเป็นชิป OpAmp คู่จาก Microchip ทำงานที่แหล่งจ่ายไฟเดียวและมีการแกว่งเอาต์พุตแบบรางต่อราง จำเป็นต้องมีการกรองเพื่อป้องกันเสียงความถี่สูงที่มีอยู่ในสัญญาณ

อัตราขยายของแต่ละขั้นตอนการกรองถูกตั้งค่าไว้ที่ 101 โดยให้กำลังขยายทั้งหมดประมาณ 10,000 ตัวต้องใช้ตัวเก็บประจุ 1 uF ที่อินพุตของแต่ละขั้นตอนเพื่อบล็อกส่วนประกอบ dc ในสัญญาณ

สมการสำหรับการคำนวณอัตราขยายและความถี่ตัดของตัวกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานอยู่จะแสดงในแผนภาพวงจร แอมพลิฟายเออร์ / ฟิลเตอร์สองขั้นตอนให้อัตราขยายเพียงพอที่จะเพิ่มสัญญาณอ่อนที่มาจากชุดเซ็นเซอร์ภาพถ่ายและแปลงเป็นพัลส์

ไฟ LED ที่เชื่อมต่อที่เอาต์พุตจะกะพริบทุกครั้งที่ตรวจพบการเต้นของหัวใจ เอาต์พุตจากตัวปรับสัญญาณไปที่อินพุต T0CKI ของ PIC16F628A

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: แม้ว่าวงจรข้างต้นจะได้รับการทดสอบ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการรับรองทางการแพทย์ดังนั้นผู้ชมจึงควรดำเนินการด้วยความระมัดระวังในขณะที่สร้างและใช้วงจรเหล่านี้

บทความนี้นำเสนอเพื่อจุดประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้นโดยไม่มีเจตนาที่จะให้คำแนะนำหรือข้อเสนอแนะทางการแพทย์ ผู้เขียนบทความนี้และเว็บไซต์นี้ไม่สามารถรับผิดชอบต่อความสูญเสียในรูปแบบใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นกับผู้ใช้ในขณะที่ใช้วงจรเหล่านี้เนื่องจากสาเหตุที่ไม่คาดคิด




คู่ของ: วงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์ ถัดไป: การเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตนเอง