Circuit de monitor de ritme cardíac

En aquest article analitzem de manera exhaustiva un circuit electrònic de sensor de freqüència cardíaca relativament precís processat per unes quantes etapes de circuits opamp cablejats discretament i, posteriorment, aprendrem com es pot modificar per fer un circuit d'alarma de monitor de ritme cardíac.

Ús de sensors de fotodiode IR

La detecció dels polsos cardíacs es fa bàsicament mitjançant dos díodes fotogràfics IR que un són el transmissor d’IR mentre que l’altre accepta.

Els rajos IR llançats pel díode transmissor es reflecteixen a partir del contingut sanguini de la punta dels dits d’una persona i són rebuts pel díode receptor.

La intensitat dels rajos reflectits varia en una proporció determinada per la freqüència de bombament del cor i per la diferència en els nivells de sang oxigenats dins del contingut sanguini.

Els senyals detectats pels díodes infrarojos són processats per les etapes opamp mostrades que són de fet un parell de circuits actius de filtre de pas baix idèntics determinats a tallar-se al voltant de 2,5 Hz. Això implica que el màxim assolible mesura de la freqüència cardíaca es restringiria a uns 150 ppm.

Utilitzem l’IC MCP602 per al processament en forma d’IC1a i IC1b en el disseny de processador i sensor de freqüència cardíaca proposat. El CI és un opamp dual fabricat per microxip.

Funcionament del circuit

Està dissenyat per funcionar amb subministraments individuals i, per tant, esdevé extremadament favorable per al circuit discutit que se suposa que funciona des d’una sola cel·la de 9V.

Això també significa que la sortida de l'opamp seria capaç de produir un oscil·lació de tensió total positiva a negativa corresponent als senyals de freqüència cardíaca detectats pels díodes IR.

Atès que les condicions ambientals es poden contaminar amb molts senyals perduts, cal optar per l’opamps contra totes aquestes pertorbacions elèctriques falses, de manera que els condensadors de bloqueig en forma de condensadors 1uF mostrats es posicionen a les entrades de cada opamps.

El primer opamp està configurat per produir un guany de 101, el segon idèntic a la primera configuració IC1a també es defineix en un guany de 101.

Tanmateix, això implica que el guany total o final del circuit a la sortida es produeix a un impressionant 101 x 101 = 10201, un guany tan elevat assegura una perfecta detecció i processament dels polsos de freqüència cardíaca d’entrada extremadament febles i obscurs lliurats des de l’IR díodes.

Es pot veure un LED connectat a la sortida del segon opamp IC1b que parpelleja en resposta als polsos de freqüència cardíaca rebuts de l’etapa del díode IR.

L'aplicació que es presenta aquí només té finalitats de disseny de referència i no està pensada per a cap ús que permeti salvar vides ni fer control mèdic.

Esquema de connexions

Com configurar el circuit del sensor de freqüència cardíaca

Configurar el sensor de freqüència cardíaca proposat, el processador és realment molt fàcil.

Com tots entendrem que la diferència entre la sang oxigenada i la sang desoxigenada difícilment es pot distingir i requereixen una precisió extrema en tots els aspectes per permetre al processador jutjar les subtils diferències dins del flux sanguini i, tot i així, poder convertir-se en un canvi de voltatge oscil·lant a la sortida.

Per tal de garantir uns feixos IR perfectament optimitzats des del díode IR Tx, el corrent a través d’ell s’ha de restringir a una proporció ben calculada, de manera que la sang oxigenada ofereixi una resistència relativament superior perquè puguin passar els raigs, però permet una quantitat de resistència relativament inferior. per als raigs durant l’estat desoxigenat de la sang. Això fa que l’opamp distingeixi més fàcilment els polsos cardíacs que bategen.

Això es fa simplement ajustant el valor predeterminat de 470 ohm.

Mantingueu la punta del dit índex sobre el parell D1 / D2, engegueu l’alimentació i continueu ajustant el valor predefinit fins que el LED de la sortida comenci a desenvolupar un efecte intermitent diferent.

Segelleu el valor predefinit un cop aconseguit.

Disposició del posicionament del dit índex sobre els díodes fotogràfics inclosos

Es pot fer soldant els díodes sobre el PCB a una distància calculada, cosa que fa que la punta del dit índex cobreixi completament les puntes radiants dels díodes.

Per obtenir una resposta òptima, els díodes han d’estar tancats dins d’un tub de plàstic opac de mida adequada, tal com es mostra a la figura següent:

A la secció següent coneixerem un senzill monitor de freqüència cardíaca i un circuit d’alarma especialment dissenyats per a la gent gran per fer un seguiment de la seva freqüència cardíaca.

Aquí s’explora un circuit senzill que es pot utilitzar per controlar la freqüència cardíaca crítica d’un pacient (gent gran), el circuit també inclou una alarma per indicar la situació. La idea va ser sol·licitada pel senyor Raj Kumar Mukherji

Especificacions tècniques

Espero que estiguis bé.

El propòsit d’escriure aquí és compartir amb vosaltres una idea d’un projecte: dissenyar una “alarma del monitor de freqüència cardíaca” que es pugui fer mitjançant l’ús de components de baix cost comunament disponibles i que produeixi una alarma sonora sempre que la es troba anormal. També hauria de complir les condicions següents:

a. Compacte i lleuger, per tant portàtil

b. Consumiu una potència mínima, per tant, hauríeu de funcionar 24x7 durant un mes o dos amb un parell de piles AA o un paquet de 9 volts

c. Ha de ser bastant precís en el seu rendiment

Sé que hi ha molts circuits disponibles a la xarxa, però el seu rendiment i fiabilitat són qüestionables. La unitat pot ser molt útil sobretot per a persones grans (amb o sense malaltia cardíaca), per a pacients que estan muntats al llit, etc. Quan el cor batega a un ritme superior / inferior al valor del llindar mitjà establert, l'alarma sonarà prou fort per alertar la gent del pacient.

Espero que la meva proposta us quedi clara. Tanmateix, si teniu cap dubte, envieu-me un correu electrònic.

Gràcies,

Salutacions cordials,
Raj Kumar Mukherji

El disseny

A la publicació anterior vam aprendre a crear un circuit de sensor de freqüència cardíaca amb processador, que es pot utilitzar adequadament al circuit crític d’alarma de freqüència cardíaca proposat.

L'aplicació que es presenta aquí només té finalitats de disseny de referència i no està pensada per a cap ús que permeti salvar vides ni fer un seguiment mèdic.

Esquema de connexions

En referència als diagrames anteriors, podem veure un parell d’etapes de circuit, la primera és el sensor / processador de freqüència cardíaca amb un multiplicador de freqüència integrat, mentre que la segona en forma d’integrador, comparador.

El disseny del processador de senyal superior s’ha explicat de manera exhaustiva al paràgraf anterior , el multiplicador de voltatge addicional que s'ha integrat al processador utilitza l'IC 4060 per multiplicar les freqüències cardíaques relativament més lentes en una freqüència d'alta freqüència que varia proporcionalment.

La freqüència del pols cardíac d’alta freqüència que varia proporcionalment a partir del pin7 de l’IC 4060 s’alimenta a l’entrada d’un integrador que té com a tasca convertir la freqüència que varia digitalment en un senyal analògic exponencial proporcionalment variable.

Finalment, aquesta tensió analògica s'aplica a l'entrada no inversora d'un comparador Ic 741. El comparador s’estableix mitjançant el valor predeterminat de 10 k adjunt, de manera que el nivell de voltatge del pin3 es mantingui just per sota del voltatge de referència del pin2 quan la freqüència cardíaca es troba a les rodalies de la regió segura.

Tanmateix, si la freqüència cardíaca tendeix a augmentar sobre la regió crítica, es desenvolupa un nivell de tensió proporcionalment més alt al pin3 que creua el nivell de referència pin2 fent que la sortida de l’opamp pugi i faci sonar l’alarma.

Les opcions anteriors només configuren monitors i alarmes sobre la freqüència cardíaca crítica més elevada, per tal d’aconseguir un control bidireccional, és a dir, obtenir una alarma tant per a la freqüència cardíaca crítica més alta com per la inferior ... el segon circuit que comprèn l’IC555 i l’IC741 podria ser completament eliminat i substituït per un conjunt de circuits IC LM567 estàndard per mantenir la seva sortida baixa a la freqüència de pols segura, i pujar a la velocitat crítica cap amunt o cap avall.

El circuit de condicionament del senyal consta de dos filtres actius de pas baix actius idèntics amb una freqüència de tall d’uns 2,5 Hz.

Això significa que la freqüència cardíaca màxima mesurable és d’uns 150 bpm. L’amplificador operatiu IC utilitzat en aquest circuit és MCP602, un xip OpAmp dual de Microchip.

Funciona amb una única font d’alimentació i proporciona una sortida de rail a rail. El filtratge és necessari per bloquejar els sorolls de freqüència més alta presents al senyal.

Configuració del guany de l'amplificador

El guany de cada etapa de filtre s'estableix en 101, donant l'amplificació total d'uns 10000. Es necessita un condensador d'1 uF a l'entrada de cada etapa per bloquejar el component de corrent continu al senyal.

Les equacions per calcular el guany i la freqüència de tall del filtre de pas baix actiu es mostren al diagrama del circuit.

L’amplificador / filtre de dues etapes proporciona un guany suficient per augmentar el senyal feble que prové de la unitat de sensor fotogràfic i convertir-lo en un pols.

Un LED connectat a la sortida parpelleja cada vegada que es detecta un batec del cor.

El circuit de condicionament del senyal consta de dos filtres actius de pas baix actius idèntics amb una freqüència de tall d’uns 2,5 Hz. Això significa que la freqüència cardíaca màxima mesurable és d’uns 150 bpm.

L’amplificador operatiu IC utilitzat en aquest circuit és MCP602, un xip OpAmp dual de Microchip. Funciona amb una única font d’alimentació i proporciona un gir de sortida de ferrocarril a ferrocarril. El filtratge és necessari per bloquejar els sorolls de freqüència més alta presents al senyal.

El guany de cada etapa de filtre s'estableix en 101, donant l'amplificació total d'uns 10000. Es requereix un condensador d'1 uF a l'entrada de cada etapa per bloquejar el component de corrent continu al senyal.

Les equacions per calcular el guany i la freqüència de tall del filtre de pas baix actiu es mostren al diagrama del circuit. L’amplificador / filtre de dues etapes proporciona un guany suficient per augmentar el senyal feble que prové de la unitat de sensor fotogràfic i convertir-lo en un pols.

Un LED connectat a la sortida parpelleja cada vegada que es detecta un batec del cor. La sortida del condicionador de senyal es dirigeix ​​a l'entrada T0CKI de PIC16F628A.

Exempció de responsabilitat: tot i que es prova el circuit anterior, no estan aprovats mèdicament, per la qual cosa es recomana als espectadors procedir amb precaució mentre fabriquen i utilitzen aquests circuits.

Aquest article es presenta amb finalitats purament informatives, sense intenció de proporcionar consells o suggeriments mèdics. L’autor d’aquest article i d’aquest lloc web no es fa responsable de cap tipus de pèrdua que pogués ocórrer a l’usuari mentre utilitza aquests circuits, per motius imprevistos.