Cardio Data Logger: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Қазіргі уақытта жүрек соғу жиілігін (HR) анықтай алатын және микроэлементтерді талдай алатын көптеген портативті құрылғылар (ақылды жолақтар, ақылды сағаттар, смартфондар,…) қол жетімді болса да, кеудеге арналған белдіктерге негізделген жүйелер (суреттің жоғарғы бөлігіндегі сияқты) әлі де бар. кең таралған және қолданылған, бірақ өлшеулердің ізін тіркеу және экспорттау мүмкіндігі жоқ.

Алдыңғы нұсқаулық Cardiosim -де мен келесі қадамдарымның бірі - жүрек соғу жиілігі туралы мәліметтерді тіркеу құралы екенін түсіндіретін кеудеге арналған белбеу (Cardio) тренажерын ұсындым. Мен қазір оны осы нұсқаулықта ұсынуға дайынмын. Бұл портативті қондырғының функциясы - жаттығу кезінде (жаттығу/велосипедпен жүгіру,…) кеудеге арналған белбеу (немесе Cardiosim тренажері) жіберетін HR сигналын қабылдау және ізді SD картасына жазу. жаттығудан кейінгі өнімділікті талдауды орындау (соңғы тараудағы мәліметтерді қараңыз).

Құрылғы зарядтау тізбегі мен тұрақты ток күшейту реттегішін қоса, қайта зарядталатын батарея жүйесінен қуат алады.

Қолданылмаған материалдардың «қоймасынан» мен қолайлы пластикалық корпусты (135 мм x 45 мм х 20 мм) ауладым және оған сәйкес схеманың орналасуын бейімдеп, менің қажеттіліктерімді қанағаттандыратын жұмыс прототипін жасадым (бірақ оны іске асыру үшін орын қалдырады) жақсарту:-))

1 -қадам: қысқаша сипаттама

Осы типтегі құрылғыларда қолданылатын LFMC (төмен жиілікті магниттік байланыс) технологиясы туралы қысқаша мәлімет алу үшін Cardiosim Instructable нұсқаулығының 1 -қадамын қараңыз.

Менің бірінші ниетім - Sparkfun RMCM01 модулін қабылдағыш интерфейсі ретінде қолдану, бірақ бұл өнім енді қол жетімді емес (бәрібір өте қымбат болғанын айтпағанда).

Алайда, WEB -ке қарап, мен RMCM01 ауыстырудың балама шешімдерін көрсететін қызықты оқулықты таптым. Мен 3 -ші нұсқаны таңдадым («Питер Борст Дизайн», Питерге рахмет!), Сол жерде параллель резонансты резервуар ретінде қосылған Cardiosim -дің сол салқындатқыш компоненттерін қолдана отырып тамаша нәтижеге қол жеткіздім. Анықталған сигнал күшейтіледі, «тазартылады», декодталады және Arduino Pro Mini микроконтроллеріне жіберіледі. Бағдарлама қабылданған импульстарды тексереді, жүрек соғу жиілігін өлшейді (немесе екі қатарлы импульстар арасындағы интервалды жақсартады) және барлық өлшенген интервалдарды ASCII мәтіндік файлында сақтайды (жарамды импульстің бір жолы, әрқайсысы 16 таңбадан интервалды, уақыт белгісін және LF/CR) microSD картасында. Орташа жылдамдық 80 кадр / мин деп есептесек, бір сағаттық жазбаға (4800 мәтіндік жол х 16 таңба) = 76800 /1024 = 75 кБайт қажет, сондықтан арзан 1 ГБ SD картасы да жазудың мол мүмкіндіктерін ұсынады.

Жазу кезінде ізді бөлу және әр түрлі сеанс кезеңдерін бағалау үшін маркер сызықтарын енгізуге болады.

2 -қадам: LiPo қуат көзі - схемалар, бөлшектер және құрастыру

Қуат көзі қораптың төменгі жағын алады. Тримпоттан басқа ешбір компонент биіктігі 7 мм -ден аспайды, бұл HR қабылдағыш пен микроконтроллер тізбегін қуат көзінен жоғары орнатуға мүмкіндік береді.

Мен келесі бөліктерді қолдандым:

• 3.7V LiPo аккумуляторы (кез келген телефон батареясын қайта өңдеуге болады, қуаттылықтың төмендеуі бұл жерде мәселе емес)
• USB TP4056 зарядтау модулі, мен оны осы жерден сатып алдым
• SX1308 DC күшейткіш түрлендіргіші, мен оны осы жерден сатып алдым
• Шағын прототип тақтасы 40х30 мм
• JST коннекторы 2, 54 мм 2 істікшелі кабель, осы сияқты
• (міндетті емес) JST коннекторы 2 мм 2 істікшелі, ұқсас

• (міндетті емес) JST коннекторы бар 2 мм 2 істікшелі кабель

Соңғы екі элементті пайдалану сіз пайдаланатын аккумуляторға және оны зарядтағыш модуліне қосу жолына байланысты. Мен 2 мм JST коннекторын ұсынамын, себебі көптеген батареялар бекітілген кабельмен және 2 мм штепсельмен жеткізіледі, қажет болған жағдайда батареяны оңай ауыстыруға мүмкіндік беретін жағдайда, кез келген басқа шешім жеткілікті. Қалай болғанда да, жинақтау кезінде батарея тіректері арасында қысқа тұйықталудан сақ болыңыз.

TP4056 модулі микро USB портынан қуат алады және тұрақты ток / тұрақты кернеу (CC / CV) зарядтау әдісімен зарядталатын литий батареяларын зарядтауға арналған. Литий батареясын қауіпсіз зарядтаудан басқа, модуль литий батареялары үшін қажетті қорғауды қамтамасыз етеді.

SX1308 - бұл кіріс кернеуі 3В минималды болғанда +5В тұрақты кернеуді тұрақты ұстап тұратын жоғары тиімді DC/DC Step Up реттелетін түрлендіргіші, осылайша батарея сыйымдылығын толық пайдалануға мүмкіндік береді. Микроконтроллер тізбегін қоспас бұрын +5В кернеуі бар шығыс кернеуін реттеңіз!

Деректер тіркеушісінің жалпы шығыны шамамен 20 мА құрайды, сондықтан қалдық сыйымдылығы 200 мАч (тіпті жаңа телефон батареясының бастапқы сыйымдылығының <20%) бар пайдаланылған батарея 10 сағат жазуға мүмкіндік береді. Жалғыз кемшілігі - SX1308 тыныш токының шамасы шамамен 2мА, сондықтан ұзақ уақыт бойы Деректер тіркеушісін пайдаланбасаңыз, батареяны ажыратқан жөн.

Шағын өлшемді болғандықтан, екі модульді мыс сымының қысқа бөліктері арқылы прототиптеу тақтасымен электрлік және механикалық қосылу үшін қосылу тесіктері арқылы бекіту қажет. Өз кезегінде тақта корпустың негізіне 3 мм х 15 мм бұрандамен бекітілген (ұзындығы сол бұранда көмегімен жоғарыдағы микроконтроллер тізбегін бекіту үшін жеткілікті). Тақтада аккумуляторға арналған JST 2мм коннекторы бар (тек SMD нұсқасында болады, бірақ түйреуіштерді тігінен бүктеп, оны PTH нұсқасында «айналдыруға» болады) және барлық сымдар схемаға сәйкес. Мен сенімді болу үшін коннектордың корпусын тақтаға жабыстырып, жақсы механикалық тығыздағышқа қол жеткіздім.

Батарея корпустың қалған бөлігіне тегіс орналастырылған, ал оның артында батареяның жоғарғы жағы (ол оқшауланбаған) мен оның түбінің арасындағы байланыстарды болдырмау үшін 8 мм тік аралықпен 3 мм х 15 мм екінші бұранда бар. жоғарғы тізбек.

3 -қадам: HR қабылдағышы мен деректерді тіркеуші - схемалар, бөлшектер және құрастыру

Негізгі тақта мыналардан тұрады:

• Прототип тақтасы 40 мм х 120 мм
• Индуктивтілік 39mH, мен BOURNS RLB0913-393K қолдандым
• 2 x 22nF конденсаторы
• Конденсатор 4.7nF
• Конденсатор 47nF
• Конденсатор 39pF
• 10uF/25V электролиттік конденсатор
• Электролиттік конденсатор 1uF/50V
• 3 x резистор 10K
• 2 x 100K резисторы
• 3 x 1K резисторы
• 4 x 220R резисторы
• Резистор 1М
• Резистор 47K
• Резистор 22K
• Trimpot 50K
• Диод 1N4148
• Жарық диодты 3 мм көк
• 2 х жарықдиодты 3 мм жасыл
• Светодиод 3 мм сары
• LED 3 мм қызыл
• TL072P қосарлы төмен шуыл JFET-кіріс операциялық күшейткіштері
• Hex Inverting Schmitt Trrigger 74HC14
• JST қосқышы 2.54 мм 2 түйреуіш, осы сияқты
• 2 x микроқосқыш, Alcoswitch түрі
• Arduino Pro Mini микроконтроллері, 16 МГц 5 В
• DFRobots SPI 5V Micro SD картасының модулі

L1 және C1 құрайтын параллель резонанстық резервуардың резонанстық жиілігі шамамен 5,4 кГц құрайды, ол берілген сигналдың магнит өрісінің тасымалдаушысының 5,3 кГц -ке сәйкес келеді, оны кернеуге айналдырады. Есіңізде болсын, көп жағдайда тасымалдаушы қарапайым OOK (On-OFF Keying) форматында модуляцияланады, онда әрбір жүрек импульсі тасымалдаушыны шамамен 10 мс «ON» күйіне ауыстырады. Анықталған сигнал өте әлсіз (индуктивтіліктің осі магнит өрісімен дұрыс тураланған жағдайда, көзден 60-80см қашықтықта 1мВ кернеу) анықтаулар. Ұсынылған схема - бұл менің барлық күш -жігерімнің және әр түрлі жағдайларда тестілеудің нәтижесі. Егер сіз осы аспектіні тереңдетуге мүдделі болсаңыз және оны жақсартсаңыз - келесі қадамды қараңыз, әйтпесе оны өткізіп жіберуге болады.

Келесі Schmitt Trigger қақпалары цифрландыру мен шыңды анықтау функциясын орындайды, Arduino Pro Mini -ге жіберілетін бастапқы модуляциялық сигналды қалпына келтіреді.

Pro Mini микроконтроллерлік тақтасы бұл жоба үшін өте қолайлы, себебі борттағы кристалл өлшеулердің жоғары дәлдігіне мүмкіндік береді (олар «медициналық» көзқарас бойынша өте маңызды, соңғы қадамды қараңыз), сонымен қатар ол кез келген басқа қондырғыдан бос. қажет емес құрылғы, бұл энергияны аз тұтынуға әкеледі. Жалғыз кемшілігі - кодты жүктеу үшін сізге Pro Mini -ді компьютердің USB портына қосу үшін FTDI интерфейсі қажет болады. Pro Mini келесіге қосылады:

• S1 ауыстыру: Жазуды бастаңыз
• S2 қосқышы: Маркерді енгізіңіз
• Көк жарық диоды: жарамды импульс анықталған кезде жыпылықтайды
• Жасыл жарық диоды: жазу басталды
• Сары жарық диоды: маркер енгізілген (қысқа жыпылықтайды) / күту уақыты (бекітілген)
• MicroSD картасы модулі (SPI шинасы арқылы)

3.3 В кернеуінде жұмыс істейтін көптеген SD карталар модульдерінен өзгеше, DFRobot модулі 5 В -да жұмыс істейді, сондықтан деңгей ауыстырғыш қажет емес.

Жинауға келер болсақ, мен прототиптеу тақтасын қатаң 1 мм мыс сымнан тұратын екі кішкентай «көпірмен» екіге бөлгенімді байқайсыз. Бұл MicroSD картасының модулін үшінші «құрылыс деңгейіне» көтеру және оны USB портына арналған саңылаудың дәл үстінде корпуста ойылған ойыққа туралау үшін қажет болды. Сонымен қатар, мен тақтаға үш ойық жасадым, біреуі DC/DC түрлендіргішінің потенциометріне қол жеткізу үшін, екіншісі Arduino Pro Mini сериялық шинасының коннекторына кіру үшін («төмен қаратылған») индуктивтілік.

4 -қадам: HR қабылдағыш - дәмдеуіштерді модельдеу

Мен бұрын айтқан Питер Борсттың дизайнынан бастап, менің мақсатым - диапазонды мүмкіндігінше кеңейтуге тырысу, сонымен қатар кедергілер мен жалған импульстардың сезімталдығын шектеу.

Мен Op-Amp түпнұсқалық шешімін өзгертуге шешім қабылдадым, себебі ол кедергіге өте сезімтал екені дәлелденді, мүмкін 10M кері байланыс резисторының мәні тым жоғары болғандықтан және жалпы табысты екі кезеңге бөлуге болады.

Екі сатыда да G = 100 тұрақты ток күші бар, ол шамамен 5.4 кГц 70 төмендейді, бірақ сезімталдығын оңтайландыру үшін әр түрлі кіріс импедансымен.

Сонымен, LC резервуарынан шығарылатын ең әлсіз сигналдың кернеуі 1мВ деп есептейік.

Егер біз барлық қабылдағыш тізбегін Spice ортасында ауыстыратын болсақ (мен ADIsimPE қолданамын) LC параллель тізбегін синусогенератормен кернеуі мен жиілігі бірдей (5,4 кГц) алмастырып, имитацияны іске қоссақ, біз V1 шығыс кернеуі 1 -ден бастап байқаймыз. күшейткіш әлі де толқын болып табылады (масштабтық фактордың әсерінен сіңірдің толқыны елеусіз), сондықтан күшейткіш сызықты аймақта жұмыс істейді. Бірақ екінші кезеңнен кейін V2 шығыс кернеуі біздің қанықтылыққа жеткенімізді көрсетеді (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). Шын мәнінде, TL07x отбасы рельске дейін шығатын жолдарға арналмаған, бірақ бұл Schmitt Trigger қақпасының екі деңгейлі деңгейлерінен қауіпсіз маржамен асып, таза шаршы толқынды (V3) жасау үшін жеткілікті.

5 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

Қабылдағыш сатысының жоғары пайда болуына байланысты және детектордың шыңы негізінен төмен өту сүзгісі ретінде жұмыс жасайтынына қарамастан, Arduino Pro Mini D3 пиніндегі кіріс сигналы әлі де қатты бұзылуы мүмкін және оны сандық түрде алдын ала өңдеу қажет. жалған анықтауларға қарсы жарамдылықты тексеру. Код импульсті жарамды деп санау үшін екі шарттың орындалуын қамтамасыз етеді:

1. Импульс кем дегенде 5 мс созылуы керек
2. Келесі екі импульстің ең аз рұқсат етілген аралығы - 100 мс (сәйкес келетін минутына 600 соққы, ауыр тахикардия шегінен асып кетеді!)

Импульс расталғаннан кейін, алдыңғы интервал (мс -мен) SD картасында «datalog.txt» файлында сақталады, сағ: мм: ss форматындағы уақыт белгісімен бірге, 00:00: 00 микроконтроллердің соңғы қалпына келтіру уақытын білдіреді. Егер SD картасы жоқ болса, қызыл жарық диоды жанады.

S1 Start/Stop қосқышының көмегімен жаңа жазба ізін бастауға/тоқтатуға болады және ол мәтіндік файлдың басында және соңында сәйкесінше «; Бастау» және «; Тоқтату» маркерлі жолмен анықталады.

Егер импульс 2400 мс -тен (25 айн / мин) артық уақыт ішінде анықталмаса, файлға «; Тайм -аут» белгісі қойылады және сары жарықдиодты D4 қосылады.

Егер файлға «2» маркер қосқышы қосылатын «; MarkerNumber» форматындағы қосымша маркер жолын жазу кезінде басылса, онда қысқа уақыт ішінде сары жарық диоды жыпылықтайды.

Толық Arduino кодын тіркеді.

6-қадам: Бастапқы орнату және тестілеу

{«контекст»: {«орналасуы»: {«href»: «https://www.instructables.com/editInstructable/edit/E4N91WXJDYUVMKV», «шығу тегі»: «https://www.instructables.com», « протокол «:» https: «,» host «:» www.instructables.com «,» hostname «:» www.instructables.com «,» port «:» «,» pathname «:»/editInstructable/edit/E4N91WXJDYUVMKV «,» іздеу «:» «,» хэш «:» «},» jQuery11240941698885590256 «: 1},» селектор «:»#редактор-Объект-64 «}

7 -қадам: Қолдану - медициналық сигналды талдау

Мен қолданған корпустың формасы смартфонға өте жақын, сондықтан сіз оны киюге немесе жаттығу жабдығына орнатуға арналған көптеген керек -жарақтарды таба аласыз. Атап айтқанда, велосипед үшін австриялық Bike Citizen компаниясы шығаратын «Finn» атты әмбебап смартфон қондырғысын ұсына аламын. Арзан (€ 15, 00) және монтаждау оңай, бұл әмбебап және суретте көріп тұрғаныңыздай Cardio Data Logger үшін өте қолайлы

Деректерді тіркеуші жазған шикі деректерді пайдаланудың қарапайым әдісі - оларды компьютердің стандартты бағдарламаларын (мысалы, Excel) қолдана отырып, графикке салу. Бір жаттығуды қайталау арқылы алынған графиктерді салыстыру немесе HR вариациясы мен физикалық күш арасындағы корреляцияны талдау арқылы сіз жаттығулар кезінде күштердің мөлшерін оңтайландыра аласыз.

Ең үлкен қызығушылық - бұл HR -ді, әсіресе HR Variablity (HRV) медициналық мақсатта зерттеу. ЭКГ жолынан айырмашылығы, HR ізінде жүрек бұлшықетінің қызметі туралы тікелей ақпарат жоқ. Дегенмен, оны статистикалық тұрғыдан талдау клиникалық қызығушылық тудыратын басқа ақпаратты алуға мүмкіндік береді.

HRV туралы ең толық ақпарат көзі - финдік KUBIOS компаниясы. Олардың сайтында сіз биомедициналық сигналдар туралы көптеген ақпаратты таба аласыз және сіз «KUBIOS HRV Standard», коммерциялық емес зерттеулерге және жеке пайдалануға арналған ақысыз жүрек соғу жиілігінің өзгеруін талдау бағдарламасын жүктей аласыз. Бұл құрал қарапайым мәтіндік файлдан графиктерді құруға мүмкіндік береді (уақыт белгілерін алып тастау керек), сонымен қатар статистикалық және математикалық бағалауды (соның ішінде FFT) орындауға және төмендегідей керемет егжей -тегжейлі және құнды есепті шығаруға мүмкіндік береді.

Есіңізде болсын, кез келген деңгейдегі спорттық жаттығулар үшін қандай емтихандар қажет екенін тек мамандандырылған дәрігер шеше алады және олардың нәтижелерін бағалайды.

Бұл нұсқаулық электрониканы денсаулық сақтауға қолдану қызығушылығы мен қызығушылығын тудыру үшін ғана жазылған.

Сізге ұнады деп үміттенемін, пікірлер қабылданады!