Senzor de bătăi ale inimii - funcționare și aplicație

Ce vrei să spui prin Heartbeat?

Bătăile inimii unei persoane sunt sunetul supapelor din inima sa care se contractă sau se extind pe măsură ce forțează sângele dintr-o regiune în alta. De câte ori bate inima pe minut (BPM), este ritmul bătăilor inimii, iar bătăile inimii care pot fi resimțite în orice arteră care se află aproape de piele este pulsul.

Două moduri de a măsura bătăile inimii

• Manual Way : Bătăile inimii pot fi verificate manual prin verificarea impulsurilor în două locații - încheietura mâinii ( presa radială ) și gâtul ( presă carotidă ). Procedura constă în plasarea celor două degete (degetul arătător și mijlociu) pe încheietura mâinii (sau gâtului sub trahee) și numărarea numărului de impulsuri timp de 30 de secunde și apoi înmulțirea acelui număr cu 2 pentru a obține ritmul bătăilor inimii. Cu toate acestea, presiunea trebuie aplicată minim și, de asemenea, degetele ar trebui să fie mișcate în sus și în jos până când se simte pulsul.

• Folosind un senzor : Bătăile inimii pot fi măsurate pe baza variației puterii optice pe măsură ce lumina este împrăștiată sau absorbită în timpul trecerii sale prin sânge pe măsură ce bătăile inimii se schimbă.

Principiul senzorului de bătăi ale inimii

Senzorul bătăilor inimii se bazează pe principiul fotofletismografiei. Măsoară schimbarea volumului de sânge prin orice organ al corpului, ceea ce determină o schimbare a intensității luminii prin acel organ (regiunea avasculară). În cazul aplicațiilor în care inima pulsul urmează să fie monitorizat , sincronizarea impulsurilor este mai importantă. Fluxul volumului de sânge este decis de rata pulsurilor inimii și, din moment ce lumina este absorbită de sânge, impulsurile de semnal sunt echivalente cu pulsurile bătăilor inimii.

Există două tipuri de fotopletismografie:

Transmisie : Lumina emisă de dispozitivul care emite lumină este transmisă prin orice regiune vasculară a corpului, cum ar fi lobul urechii și recepționată de detector.

Reflecţie : Lumina emisă de dispozitivul care emite lumină este reflectată de regiuni.

Funcționarea unui senzor de bătăi ale inimii

Senzorul de bază al bătăilor inimii constă dintr-o diodă emițătoare de lumină și un detector ca un rezistor de detectare a luminii sau o fotodiodă. Pulsurile bătăilor inimii determină o variație a fluxului de sânge în diferite regiuni ale corpului. Când țesutul este iluminat cu sursa de lumină, adică lumina emisă de led, acesta fie reflectă (un țesut deget), fie transmite lumina (lobul urechii). O parte din lumină este absorbită de sânge, iar lumina transmisă sau reflectată este recepționată de detectorul de lumină. Cantitatea de lumină absorbită depinde de volumul de sânge din țesutul respectiv. Ieșirea detectorului este sub formă de semnal electric și este proporțională cu ritmul bătăilor inimii.

Acest semnal este un semnal de curent continuu referitor la țesuturi și volumul de sânge, iar componenta de curent alternativ sincronă cu bătăile inimii și cauzată de modificări pulsatile ale volumului sanguin arterial este suprapusă semnalului de curent continuu. Astfel, cerința majoră este de a izola acea componentă de curent alternativ, deoarece este de primă importanță.

Pentru a realiza sarcina de a obține semnalul de curent alternativ, ieșirea din detector este mai întâi filtrată utilizând un circuit HP-LP în 2 trepte și apoi este convertită în impulsuri digitale utilizând un circuit de comparare sau utilizând ADC simplu. Impulsurile digitale sunt date unui microcontroler pentru calcularea ritmului bătăilor inimii, dat de formula-

BPM (Bătăi pe minut) = 60 * f

Unde f este frecvența impulsului

Senzor practic de bătăi ale inimii

Exemple practice de senzori ai bătăilor inimii sunt Senzor de ritm cardiac (produs nr. PC-3147). Se compune dintr-un led cu infraroșu și un LDR încorporat într-o structură asemănătoare clipului. Clema este atașată la organ (lobul urechii sau degetul) cu partea detectorului pe carne.

Un alt exemplu este TCRT1000 , având 4 pini-

Pin1: Pentru a da tensiunea de alimentare LED-ului

Pinul 2 și 3 sunt împământate. Pinul 4 este ieșirea. Pinul 1 este, de asemenea, pinul de activare și, trăgându-l sus, aprinde LED-ul și senzorul începe să funcționeze. Este încorporat pe un dispozitiv portabil care poate fi purtat pe încheietura mâinii și pe ieșire poate fi trimis fără fir (prin Bluetooth) la computer pentru procesare.

Aplicație Dezvoltarea sistemului dvs. de bătăi ale inimii

Un sistem de bază al senzorului bătăilor inimii poate fi, de asemenea, construit folosind componente de bază, cum ar fi un LDR, un comparator IC LM358 și un microcontroler, așa cum este prezentat mai jos.

Așa cum s-a descris mai sus cu privire la principiul unui senzor de bătăi ale inimii, atunci când țesutul degetului sau țesutul lobului urechii este iluminat folosind o sursă de lumină, lumina este transmisă după ce este modulată, adică o parte care este absorbită de sânge și restul fiind transmis. Această lumină modulată este recepționată de detectorul de lumină.

Aici se folosește un rezistor dependent de lumină (LDR) ca detector de lumină. Funcționează pe principiul că atunci când lumina cade pe rezistor, rezistența sa se schimbă. Pe măsură ce intensitatea luminii crește, rezistența scade. Astfel scade căderea de tensiune pe rezistor.

Aici se folosește un comparator care compară tensiunea de ieșire de la LDR cu cea a tensiunii de prag. Tensiunea de prag este căderea de tensiune peste LDR atunci când lumina cu intensitate fixă, de la sursa de lumină, cade direct pe ea. Terminalul inversor al comparatorului LM358 este conectat la aranjamentul divizorului potențial care este setat la tensiunea de prag și terminalul neinversibil este conectat la LDR. Când țesutul uman este iluminat folosind sursa de lumină, intensitatea luminii se reduce. Pe măsură ce această intensitate redusă a luminii cade pe LDR, rezistența crește și ca urmare a căderii de tensiune crește. Când căderea de tensiune pe LDR sau intrarea neinversibilă o depășește pe cea a intrării inversoare, la ieșirea comparatorului se dezvoltă un semnal logic ridicat și în caz că scăderea tensiunii este mai mică se dezvoltă o ieșire logică scăzută. Astfel, ieșirea este o serie de impulsuri. Aceste impulsuri pot fi alimentate către microcontroler care procesează în consecință informațiile pentru a obține ritmul bătăilor inimii și acesta este afișat pe afișajul interfațat cu microcontrolerul.

Explicație video pe diagrama circuitului senzorului de bătăi ale inimii