CardioSim: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

În primul rând, acesta este primul meu instructabil și nu sunt vorbitor nativ de engleză (sau scriitor), prin urmare îmi cer scuze în avans pentru calitatea generală scăzută. Cu toate acestea, sper că acest tutorial poate fi util pentru persoanele care utilizează un sistem de monitorizare a ritmului cardiac (HR) (compus dintr-un transmițător cu curea toracică și un ceas receptor) și care fie:

doresc să știu exact ce baterie trebuie înlocuită (în interiorul centurii sau în interiorul ceasului receptor), atunci când sistemul nu mai funcționează corect. De obicei, doar pentru a fi sigur că utilizatorul ajunge să schimbe ambele baterii, chiar dacă cel din centură este supus unei sarcini mai mari și, prin urmare, se descarcă mai repede decât celălalt

sau

sunteți interesați (așa cum sunt eu) de a dezvolta un data logger al ritmului cardiac pentru evaluări ulterioare - de exemplu pentru analiza statistică a HRV (variații ale ritmului cardiac) în condiții statice sau pentru studii de corelație între HR și eforturile fizice în condiții dinamice - și preferați să folosiți un simulator cu curea toracică (Cardio) mai degrabă decât să purtați unul real tot timpul în timpul fazelor de testare

Din motivele de mai sus, am apelat la „CardioSim” instructabil

Pasul 1: Cum funcționează

Transmiterea fără fir a pulsurilor de frecvență cardiacă între emițător (curea de curea toracică) și receptor (ceas dedicat, precum și benzile de alergare, dispozitive de antrenament etc.) se bazează pe o comunicație magnetică de joasă frecvență (LFMC) și nu o radiofrecvență tradițională.

Frecvența standard pentru acest tip de sisteme de monitorizare (analogică) este de 5,3 kHz. Noile sisteme digitale se bazează pe tehnologia Bluetooth, dar acest lucru nu intră în sfera acestui tutorial.

Pentru cei care sunt interesați să aprofundeze subiectul, o descriere cuprinzătoare a tehnologiei LFMC, inclusiv avantajele și dezavantajele vs. RF, poate fi găsită în această notă a aplicației

ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/002…

Cu toate acestea, în scopul acestui proiect, fiți suficient să știți că un purtător de câmp magnetic de 5,3 kHz generat de un circuit rezonant LC (serie) este modulat pe baza unui format simplu OOK (On-OFF Keying), unde fiecare puls cardiac pornește suportul pentru aproximativ 10 ms. Semnalul este detectat de un rezervor rezonant LC (paralel) (cu aceeași frecvență rezonantă a câmpului magnetic și cu condiția ca ambele bobine să fie aliniate corect), amplificat și trimis la unitatea de măsurare.

Deși pe WEB pot fi găsite câteva exemple ale circuitului receptorului, nu am putut găsi un model pentru transmițător, așa că am decis să analizez semnalul generat de centura toracică și să construiesc un circuit care să îl poată simula, cu o forță, o frecvență și un format de câmp similare.

Pasul 2: Schemă și piese

Circuitele sunt compuse din foarte puține componente care pot fi încadrate într-o carcasă mică:

• Carcasă cu placă de benzi, ca aceasta
• Banda de spumă de înaltă densitate, 50x25x10mm (ca cea utilizată pentru ambalarea IC-urilor)
• Microcontroler ATTiny85-20
• Driver motor L293
• Regulator de tensiune 5V, tip 7805 sau LD1117V50
• 2x condensator electrolitic 10uF / 25V
• Condensator 22n / 100V
• Trimpot cu ax, 10K, 1 tura, (ca în Arduino Starter Kit)
• Rezistor 22K
• Rezistor 220R
• LED roșu 5mm
• Inductanță 39mH, am folosit un BOURNS RLB0913-393K
• Baterie de 9V
• comutator mini SPDT (am reciclat comutatorul AM / FM de la un vechi radio cu tranzistor)

Cea mai importantă componentă este inductanța, un miez de ferită de înaltă calitate și rezistență scăzută sunt obligatorii pentru a-l menține mic și pentru a obține un factor de calitate bun al circuitului rezonant.

Pasul 3: Descrierea și codul circuitului

Aplicând formula circuitului LC prezentat în desen, cu L = 39mH și C = 22nF frecvența rezultată este de aproximativ 5,4 kHz, care este suficient de apropiată de valoarea standard de 5,3 kHz. Rezervorul LC este acționat de un invertor cu punte H compus din cele 2 jumătăți de poduri 1 și 2 ale motorului IC L293. Frecvența purtătoare este generată de microcontrolerul TINY85, care, de asemenea, acționează semnalul de modulare care simulează HR. Prin Trimpot atașat la intrarea analogică A1, ritmul cardiac poate fi schimbat de la aproximativ 40 la 170 bmp (bătăi pe minut) - ceea ce în condiții reale este considerat adecvat pentru majoritatea sportivilor amatori. Deoarece podul trebuie să fie condus de două unde pătrate opuse (și cu cunoștințele mele limitate despre codul ATTiny's Assembler am putut genera doar unul singur), am folosit jumătatea brige 3 ca invertor.

Pentru aceste sarcini simple, ceasul intern @ 16MHz este adecvat, totuși am măsurat în prealabil factorul de calibrare necesar pentru cipul meu și l-am pus pe linia de comandă „OSCCAL” în secțiunea de configurare. Pentru a descărca schița în ATTiny am folosit un Arduino Nano încărcat cu codul ArduinoISP. Dacă nu sunteți familiarizați cu acești doi pași, există o mulțime de exemple pe web, dacă cineva este interesat, am dezvoltat propriile mele versiuni pe care le pot furniza la cerere. Atașat codul pentru ATTiny:

Pasul 4: Asamblarea circuitului

Carcasa avea deja o gaură de 5 mm pe capacul superior, care era perfectă pentru Led și am fost nevoită doar să forez o a doua gaură de 6 mm, aliniată cu prima, pentru arborele trimpotului. Am aranjat aspectul componentelor în așa fel încât bateria să fie menținută între trimpot și regulatorul de tensiune TO-220 și blocată ferm în poziția sa de banda de spumă lipită de capacul superior.

După cum ați putea observa, inductanța este montată orizontal, t.i. cu axa sa paralelă cu placa. Aceasta se presupune că și inductanța receptorului se află în aceeași direcție. În orice caz, pentru o transmisie optimă, asigurați-vă întotdeauna că ambele axe sunt paralele (nu neapărat pe același plan spațial) și nu sunt perpendiculare una pe cealaltă.

La sfârșitul asamblării verificați cu atenție cu un tester de circuit toate conexiunile cu un tester de circuit.

Pasul 5: Testați circuitul

Cel mai bun instrument de testare pentru circuit este un ceas receptor de monitorizare HR:

1. Așezați ceasul lângă CardioSim.
2. Puneți trimpotul în poziția de mijloc și porniți unitatea.
3. LED-ul roșu ar trebui să înceapă să clipească la intervale de aproximativ 1 sec (60bmp). Acest lucru indică faptul că rezervorul rezonatorului LC este alimentat și funcționează corespunzător. Dacă nu este cazul, verificați dublu toate conexiunile și punctele de sudare.
4. Dacă nu este deja pornit automat, porniți ceasul manual.
5. Ceasul ar trebui să înceapă să primească semnalul care arată HR-ul măsurat.
6. Întoarcerea trimpotului în poziția finală în ambele direcții pentru a verifica gama completă de HR (toleranță de +/- 5% a limitelor domeniului este tolerabilă)

Toți pașii sunt afișați în videoclipul atașat

Pasul 6: Avertisment

Ca sfat de siguranță final, rețineți că LFMC implementat în acest format simplu nu permite adresarea diferitelor unități din același domeniu de câmp, ceea ce înseamnă că în cazul în care atât CardioSim, cât și o curea de măsurare reală își trimit semnalele către același receptor unitatea, receptorul va fi blocat, cu rezultate imprevizibile.

Acest lucru poate fi periculos în cazul în care veți crește performanța fizică și vă veți maximiza eforturile pe baza HR-ului măsurat. CardioSim este destinat să fie utilizat numai pentru testarea altor unități și nu pentru antrenament!

Asta-i tot, mulțumesc pentru citirea mea Instructable, orice feedabck este binevenit!