Circuitul monitorului ritmului cardiac

În acest articol discutăm în mod cuprinzător despre un circuit electronic senzor de ritm cardiac relativ precis, procesat de câteva etape ale circuitului opamp cu fir discret, și ulterior vom afla cum poate fi modificat acest lucru pentru a crea un circuit de alarmă pentru monitorul ritmului cardiac.

Utilizarea senzorilor fotodiodă IR

Detectarea pulsurilor inimii este practic realizată de două diode foto IR, una fiind transmițătorul IR, în timp ce celălalt acceptor.

Razele IR aruncate de dioda transmițătoare se reflectă din conținutul de sânge al vârfului degetului unei persoane și este recepționată de dioda receptorului.

Intensitatea razelor reflectate variază la o proporție determinată de rata de pompare a inimii și de diferența dintre nivelurile de sânge oxigenate din conținutul sanguin.

Semnalele detectate de diodele cu infraroșu sunt procesate de etapele opamp prezentate, care sunt de fapt câteva circuite identice de filtru trece jos activ, determinate să se întrerupă la aproximativ 2,5 Hz. Aceasta implică maximul realizabil măsurarea ritmului cardiac ar fi limitat la aproximativ 150 bpm.

Utilizăm IC MCP602 pentru procesarea sub formă de IC1a și IC1b în senzorul de ritm cardiac și designul procesorului propuse. IC este un opamp dual fabricat de microcip.

Funcționarea circuitului

Este proiectat să funcționeze cu surse unice și astfel devine extrem de favorabil pentru circuitul discutat care ar trebui să funcționeze dintr-o singură celulă de 9V.

Acest lucru înseamnă, de asemenea, că ieșirea opampului ar putea produce o oscilație completă de tensiune pozitivă până la negativă corespunzătoare semnalelor de ritm cardiac detectate de diodele IR.

Deoarece condițiile ambientale pot fi poluate cu o mulțime de semnale rătăcite, opamps-urile trebuie imunizate împotriva tuturor acestor perturbații electrice false, prin urmare condensatorii de blocare sub forma condensatorilor 1uF arătați sunt poziționați la intrările fiecărui opamps.

Primul opamp este setat să producă un câștig de 101, cel de-al doilea fiind identic cu prima configurație IC1a este, de asemenea, setat la un câștig de 101.

Cu toate acestea, acest lucru implică faptul că câștigul total sau final al circuitului la ieșire este redat la un impresionant 101 x 101 = 10201, un astfel de câștig ridicat asigură o detectare și procesare perfectă a impulsurilor de frecvență cardiacă de intrare extrem de slabe și obscure livrate de IR diode.

Un LED poate fi văzut atașat la ieșirea celui de-al doilea opamp IC1b care clipește ca răspuns la impulsurile de ritm cardiac recepționate din etapa diodei IR.

Aplicația prezentată aici are doar scopuri de referință și nu este destinată utilizării de salvare sau de monitorizare medicală.

Diagrama circuitului

Cum se configurează circuitul senzorului de ritm cardiac

Configurarea senzorului de ritm cardiac propus, procesorul este de fapt foarte ușor.

După cum vom înțelege cu toții că diferența dintre sângele oxigenat și sângele dezoxigenat ar putea fi greu de distins și ar necesita o precizie extremă din toate punctele de vedere pentru a permite procesorului să judece diferențele subtile din fluxul sanguin și totuși să poată fi transformat în o schimbare de tensiune oscilantă la ieșire.

Pentru a asigura un fascicul IR perfect optimizat din dioda IR Tx, curentul prin acesta trebuie limitat la o proporție bine calculată, astfel încât sângele oxigenat să ofere o rezistență relativ mai mare pentru trecerea razelor, dar permite o cantitate relativ mai mică de rezistență pentru raze în timpul stării deoxigenate a sângelui. Acest lucru face mai ușor pentru opamp să facă distincția între pulsurile cardiace care bat.

Acest lucru se face pur și simplu prin ajustarea presetării date de 470 ohmi.

Păstrați vârful degetului arătător peste perechea D1 / D2, porniți alimentarea și continuați să reglați presetarea până când LED-ul de la ieșire începe să dezvolte un efect intermitent distinct.

Sigilați presetarea odată ce acest lucru este atins.

Aranjarea poziționării degetului arătător peste diodele foto închise

Se poate face prin lipirea diodelor peste PCB la o anumită distanță calculată, ceea ce devine bun pentru ca vârful degetului arătător să acopere complet vârfurile radiante ale diodelor.

Pentru un răspuns optim, diodele trebuie să fie închise într-o țeavă de plastic opacă de dimensiuni adecvate, așa cum se arată în figura următoare:

În secțiunea următoare vom afla despre un monitor simplu de ritm cardiac și un circuit de alarmă special conceput pentru cetățenii vârstnici pentru a ține evidența ritmului cardiac.

Aici explorează un circuit simplu care poate fi utilizat pentru monitorizarea ritmului cardiac critic al unui pacient (cetățean în vârstă), circuitul include și o alarmă pentru indicarea situației. Ideea a fost cerută de domnul Raj Kumar Mukherji

Specificatii tehnice

Sper că ești bine.

Scopul scrierii aici este de a vă împărtăși o idee despre un proiect - de a proiecta o „alarmă de monitorizare a ritmului cardiac”, care poate fi realizată prin utilizarea componentelor disponibile în mod obișnuit cu costuri reduse și care va produce o alarmă sonoră ori de câte ori rata pulsului este constatat a fi anormal. Ar trebui să îndeplinească și următoarele condiții:

A. Compact și ușor, prin urmare portabil

b. Consumați putere minimă, prin urmare ar trebui să funcționeze 24x7 pentru o lună sau două de la câteva baterii AA sau un pachet de 9 volți

c. Ar trebui să fie destul de exacte în ceea ce privește performanța

Știu că există multe astfel de circuite disponibile pe net, dar performanța și fiabilitatea lor sunt discutabile. Unitatea poate fi foarte utilă mai ales pentru persoanele în vârstă (cu / fără boli de inimă), pentru pacienții care sunt în pat și așa mai departe. Când inima bate fie cu o rată mai mare / mai mică decât valoarea pragului mediu stabilit, alarma va suna suficient de tare pentru a alerta oamenii din jurul pacientului.

Sper că propunerea mea vă este clară. Cu toate acestea, dacă aveți vreo îndoială, vă rog să-mi trimiteți un e-mail.

Mulțumesc,

Salutări calde,
Raj Kumar Mukherji

Design-ul

În postarea anterioară am învățat cum să realizăm un circuit senzor de ritm cardiac cu procesor, care poate fi utilizat în mod corespunzător în circuitul de alarmă critic al ritmului cardiac propus.

Aplicația prezentată aici are doar scopuri de referință și nu este destinată utilizării de salvare sau de monitorizare medicală.

Diagrama circuitului

Referindu-ne la diagramele de mai sus, putem vedea câteva etape de circuit, primul fiind senzorul / procesorul de ritm cardiac cu un multiplicator de frecvență integrat, în timp ce al doilea sub forma unui integrator, comparator.

Designul procesorului de semnal superior a fost explicat în mod cuprinzător în paragraful anterior , multiplicatorul de tensiune suplimentar care a fost integrat procesorului folosește IC 4060 pentru multiplicarea ritmului cardiac relativ mai lent într-o rată de frecvență înaltă care variază proporțional.

Frecvența pulsului cardiac de înaltă frecvență proporțional de mai sus de la pinul 7 al IC 4060 este alimentată la intrarea unui integrator a cărui sarcină este de a converti frecvența care variază digital într-un semnal analog exponențial care variază proporțional.

În cele din urmă, această tensiune analogică se aplică intrării fără inversare a unui comparator Ic 741. Comparatorul este setat prin presetarea atașată de 10k astfel încât nivelul de tensiune la pinul 3 să rămână chiar sub tensiunea de referință la pinul 2 atunci când ritmul cardiac este în vecinătatea regiunii sigure.

Cu toate acestea, dacă ritmul cardiac tinde să crească peste regiunea critică, se dezvoltă un nivel de tensiune proporțional mai ridicat la pinul 3, care traversează nivelul de referință pin2, determinând ieșirea opampului să crească și să sune alarma.

Cele de mai sus configurează doar monitoare și alarme cu privire la ritmul cardiac critic mai mare, pentru a realiza o monitorizare bidirecțională, adică pentru a obține o alarmă atât pentru ritmul cardiac critic mai mare, cât și pentru cel mai mic ... al doilea circuit care cuprinde IC555 și IC741 ar putea fi complet eliminat și înlocuit cu un circuit standard IC LM567 setat pentru a-și menține ieșirea scăzută la o rată de impuls sigură și pentru a merge la o rată ridicată în sus sau în jos.

Circuitul de condiționare a semnalului constă din două filtre active trec identice cu o frecvență de întrerupere de aproximativ 2,5 Hz.

Aceasta înseamnă că ritmul cardiac maxim măsurabil este de aproximativ 150 bpm. Amplificatorul operațional IC utilizat în acest circuit este MCP602, un cip dual OpAmp de la Microchip.

Funcționează la o singură sursă de alimentare și asigură oscilație de ieșire șină-șină. Filtrarea este necesară pentru a bloca orice zgomot de frecvență mai mare prezent în semnal.

Configurarea câștigului amplificatorului

Câștigul fiecărei trepte de filtrare este setat la 101, oferind amplificarea totală de aproximativ 10000. Un condensator de 1 uF la intrarea fiecărei trepte este necesar pentru a bloca componenta de curent continuu în semnal.

Ecuațiile pentru calcularea câștigului și a frecvenței de întrerupere a filtrului activ de trecere jos sunt prezentate în diagrama circuitului.

Amplificatorul / filtrul cu două trepte oferă un câștig suficient pentru a crește semnalul slab provenit de la unitatea de senzor foto și a-l converti într-un impuls.

Un LED conectat la ieșire clipește de fiecare dată când este detectată o bătăi de inimă.

Circuitul de condiționare a semnalului constă din două filtre active trec identice cu o frecvență de întrerupere de aproximativ 2,5 Hz. Aceasta înseamnă că ritmul cardiac maxim măsurabil este de aproximativ 150 bpm.

Amplificatorul operațional IC utilizat în acest circuit este MCP602, un cip dual OpAmp de la Microchip. Funcționează la o singură sursă de alimentare și asigură oscilație de ieșire șină-șină. Filtrarea este necesară pentru a bloca orice zgomot de frecvență mai mare prezent în semnal.

Câștigul fiecărei trepte de filtrare este setat la 101, oferind amplificarea totală de aproximativ 10000. Un condensator de 1 uF la intrarea fiecărei trepte este necesar pentru a bloca componenta de curent continuu în semnal.

Ecuațiile pentru calcularea câștigului și a frecvenței de întrerupere a filtrului activ de trecere jos sunt prezentate în diagrama circuitului. Amplificatorul / filtrul cu două trepte oferă un câștig suficient pentru a crește semnalul slab provenit de la unitatea de senzor foto și a-l converti într-un impuls.

Un LED conectat la ieșire clipește de fiecare dată când este detectată o bătăi de inimă. Ieșirea de la condiționatorul de semnal merge la intrarea T0CKI a PIC16F628A.

Declinare de responsabilitate: Deși circuitul de mai sus este testat, acesta nu este aprobat din punct de vedere medical, de aceea spectatorii sunt sfătuiți să procedeze cu prudență în timp ce realizează și utilizează aceste circuite.

Acest articol este prezentat în scopuri pur informative, fără intenția de a oferi sfaturi sau sugestii medicale. Autorul acestui articol și al acestui site web nu poate fi tras la răspundere pentru orice formă de pierdere, care ar putea apărea utilizatorului în timpul utilizării acestor circuite, din motive neprevăzute.