Cardio Data Logger: 7 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Азыркы учурда жүрөктүн кагышын (HR) аныктай ала турган жана из анализин жүргүзө турган көптөгөн портативдүү түзмөктөр (смартфондор, акылдуу сааттар, смартфондор, …) бар болсо да, көкүрөк боолоруна негизделген системалар (сүрөттүн жогорку бөлүгүндөй) дагы эле бар кеңири таралган жана колдонулган, бирок өлчөөнүн изин жазуу жана экспорттоо мүмкүнчүлүгү жок.

Мурунку Инструктивдүү Кардиосимде мен кийинки кадамдарымдын бири - жүрөктүн кагышы боюнча маалыматтарды каттоочу программаны иштеп чыгуу экенин түшүндүрүп, көкүрөк боонун курун (Кардио) симуляторун тапшырдым. Мен азыр аны ушул Нускамада көрсөтүүгө даярмын. Бул портативдик блоктун милдети - тренинг учурунда (машыгуу/велосипед тебүү, чуркоо,…) көкүрөк боосу (же Cardiosim тренажери) тарабынан жөнөтүлгөн HR сигналын алуу жана изин SD картага жазуу. тренингден кийинки иштин анализин жүргүзүңүз (акыркы бөлүмдөгү чоо-жайын караңыз).

Бул блок заряддалуучу батарея системасы менен иштейт, анын ичинде кубаттоо схемасы жана DC күчөткүч жөнгө салуучу.

Колдонулбаган материалдардын "кампасынан" мен ылайыктуу пластикалык корпусту (135мм х 45мм х 20мм) бышырдым жана схеманын макетин бири -бирине шайкеш келтирүүгө ылайыкташтырып, менин муктаждыктарымды канааттандыруучу жумушчу прототипти түздүм (бирок анын ишке ашырылышы үчүн орун калтырат) жакшыртуу:-))

1 -кадам: Кыскача баяндама

Сураныч, Cardiosim Instructable 1 -кадамына кайрылып, LFMC (төмөн жыштыктагы магниттик байланыш) технологиясы жөнүндө тезирээк тааныштыруу үчүн ушул типтеги түзүлүштөрдү колдонуңуз.

Менин биринчи ниетим Sparkfun RMCM01 модулун кабыл алуучу интерфейс катары колдонуу болчу, бирок бул продукт мындан ары жеткиликтүү эмес (ал баары бир абдан кымбат болгонун айтпа).

Бирок, WEBти карап, мен RMCM01дин ордуна башка альтернативдүү чечимдерди көрсөткөн бул кызыктуу Окутууну таптым. Мен 3 -вариантын тандап алдым ("Питер Борст Дизайн", Питерге рахмат!), Ошол эле жерде параллелдүү резонанстуу резервуар катары туташкан Cardiosimдин ошол эле С/К компоненттерин колдонуу менен эң сонун натыйжага жетиштим. Табылган сигнал күчөтүлүп, "тазаланат", декоддолот жана Arduino Pro Mini микроконтроллерине жөнөтүлөт. Программа алынган импульстарды ырастайт, жүрөктүн кагышын өлчөйт (же кийинки эки импульстун ортосундагы интервалды жакшыртат) жана ASCII текст файлында бардык өлчөнгөн интервалдарды сактайт (жарактуу импульстун бир сапы, ар бири 16 белгиден турган интервал, убакыт белгиси жана LF/CR) microSD картада. Орточо 80 кадр / саат деп эсептесек, бир сааттык жазууга гана керек (4800 тексттик линия х 16 белгиден) = 76800 /1024 = 75кБайт, демек, арзан 1 ГБ SD карта да көптөгөн жаздыруу мүмкүнчүлүгүн сунуштайт.

Жазуу учурунда сиз изди бөлүү жана өзүнчө ар кандай сеанс фазаларын баалоо үчүн маркер сызыктарын киргизе аласыз.

2 -кадам: LiPo Power Supply - схемалар, тетиктер жана монтаж

Power Supply иштин түбүн ээлейт. Тримпоттон башка эч бир компоненттин бийиктиги 7 ммден ашпайт, бул HR алуучуну жана микроконтроллерди электр менен камсыздоонун үстүнө орнотууга орун берет.

Мен төмөнкү бөлүктөрдү колдондум:

• 3.7V LiPo батарейкасы (каалаган телефондун батареясын кайра иштетүүгө болот, кубаттуулуктун кыскарышы бул жерде маселе эмес)
• USB TP4056 заряддоо модулу, мен аны бул жерден сатып алдым
• SX1308 DC күчөткүч алмаштыргыч, мен аны бул жерден сатып алдым
• Чакан прототипдөөчү такта 40 x 30 мм
• JST туташтыргычы 2, 54мм 2 пин менен кабель, ушул сыяктуу
• (милдеттүү эмес) JST туташтыргычы 2мм 2 пин, ушул сыяктуу

• (милдеттүү эмес) JST туташтыргычы бар 2 мм 2 кабель, ушул сыяктуу

Акыркы эки нерсени колдонуу сиз колдонгон батареяга жана аны заряддагыч модулга туташтырууга ниетиңизге жараша болот. Мен 2мм JST туташтыргычын сунуштайм, анткени көптөгөн батареялар буга чейин тиркелген кабель жана 2мм штепсель менен жеткирилет, эгер керек болсо батарейканы оңой алмаштырууга мүмкүн болгондо башка чечимдер адекваттуу болот. Кандай болгон күндө да, монтаждоо учурунда батарея мамыларынын ортосунда кыска туташуулардан сак болуңуз.

TP4056 модулу микро USB портунан иштейт жана туруктуу ток / туруктуу чыңалуу (CC / CV) кубаттоо ыкмасын колдонуу менен кайра заряддалуучу литий батареяларын кубаттоо үчүн иштелип чыккан. Литий батареясын коопсуз түрдө кубаттоо менен бирге, модуль литий батареялары талап кылган коргоону да камсыздайт.

SX1308 - бул жогорку эффективдүү DC/DC Step Up Adjustable Converter, ал 3В минималдуу кирүү чыңалуусу менен +5Вда туруктуу чыңалуусун сактайт, ошондуктан батарейканын кубаттуулугун толук пайдаланууга мүмкүндүк берет. Микроконтроллердин схемасын туташтыруудан мурун +5V тримпот менен чыгуу чыңалуусун тууралаңыз!

Data Loggerдин жалпы керектөөсү 20 мАга жакын, ошондуктан калдыктары 200 мАч болгон батарейка (жаңы телефондун батареясынын баштапкы кубаттуулугунун <20%) 10 саат жаздырууга мүмкүндүк берет. Бир гана жетишпеген жагы - SX1308 тынымсыз токунун айланасында 2мА, андыктан эгер сиз Data Loggerди көпкө колдонбосоңуз, батареяны ажыратып койгонуңуз жакшы.

Чакан болгондуктан, эки модуль тең жез зымдын кыска бөлүктөрү аркылуу прототиптоочу тактасы менен электрдик жана механикалык туташуу үчүн туташуу тешиктери аркылуу бекитилиши керек. Өз кезегинде, такта 3мм х 15мм бурама менен корпустун түбүнө бекитилет (узундугу жогорудагы микроконтроллердин схемасын ошол бурама менен бекитүү үчүн жетиштүү). Тактада батарейканын JST 2мм туташтыргычы бар (SMD версиясында гана бар, бирок казыктарды тигинен бүктөп, аны PTH версиясында "бурууга" болот) жана схемаларга ылайык. Ишениш үчүн, мен туташтыргычтын корпусун тактайга чаптап, жакшы механикалык мөөргө жетиштим.

Батарея корпустун калган бөлүгүнө тегиз жайгаштырылган жана анын артында батарейканын үстү менен (бирок баары бир изоляцияланган) жана түбүнүн ортосундагы байланыштарды болтурбоо үчүн 8 мм тик аралык менен 3 мм х 15 мм бурама бар. жогорку схема.

3 -кадам: HR алуучу жана маалыматтарды каттоочу - схемалар, бөлүктөр жана монтаж

Негизги такта төмөнкүлөрдөн турат:

• Прототип тактасы 40мм х 120мм
• Индуктивдүүлүк 39mH, мен BOURNS RLB0913-393K колдондум
• 2 х Конденсатор 22nF
• Конденсатор 4.7nF
• Конденсатор 47nF
• Конденсатор 39pF
• Электолитикалык конденсатор 10uF/25V
• Электролиттик конденсатор 1uF/50V
• 3 х резистор 10K
• 2 х резистор 100K
• 3 х резистор 1K
• 4 х резистор 220R
• Резистор 1М
• Резистор 47K
• Резистор 22K
• Trimpot 50K
• Диод 1N4148
• LED 3мм көк
• 2 х LED 3мм жашыл
• LED 3мм сары
• LED 3мм кызыл
• Кош аз ызы-чуу JFET-киргизүү операциялык күчөткүчтөрү TL072P
• Hex Inverting Schmitt Trrigger 74HC14
• JST туташтыргычы 2.54mm 2 Pin, ушул сыяктуу
• 2 x microswitch, Alcoswitch түрү
• Микроконтроллер Arduino Pro Mini, 16МГц 5В
• DFRobotsтен SPI 5V Micro SD карта модулу

L1 жана C1 түзгөн параллелдүү резонанстуу резервуардын резонанстык жыштыгы 5.4 кГц тегерегинде, ал өткөрүлгөн сигналдын магнит талаасы ташуучусунун 5.3 кГц чыңалууга айлануусуна дал келет. Эсиңизде болсун, көпчүлүк учурларда ташуучу жөнөкөй OOK (On-OFF Keying) форматында модуляцияланат, мында ар бир жүрөктүн кагышы ташуучуну "күйгүзөт", болжол менен 10 мс. Аныкталган сигнал өтө алсыз (индуктивдүүлүктүн огу магниттик талаага туура келтирилген шартта, булактан 60-80см аралыкта 1мВ чыңалуу толкуну), андыктан тоскоолдуктардан жана жасалмалуулуктан качуу үчүн аны кылдаттык менен күчөтүү керек. аныктоолор. Сунуш кылынган схема - бул менин эң жакшы аракетимдин жана ар кандай шарттарда тестирлөөнүн саатынын натыйжасы. Эгерде сиз бул жагын тереңдетүүгө кызыкдар болсоңуз - жана балким аны жакшыртыңыз - кийинки кадамды карап көрүңүз, антпесе өткөрүп жибере аласыз.

Төмөнкү Schmitt Trigger дарбазалары санариптештирүүнү жана чокуну аныктоо функциясын аткарып, Arduino Pro Miniге жөнөтүлгөн баштапкы модуляция сигналын калыбына келтирет.

Pro Mini микроконтроллер тактасы бул долбоор үчүн идеалдуу, анткени борттогу кристалл өлчөөлөрдүн жогорку тактыгына мүмкүндүк берет (алар "медициналык" көз карашта маанилүү, акыркы кадамды караңыз) жана ошол эле учурда башка эч нерседен эркин кереги жок түзмөк, бул аз энергия керектөөнү алып келет. Жалгыз кемчилик - бул кодду жүктөө үчүн Pro Miniди компьютериңиздин USB портуна туташтыруу үчүн FTDI интерфейси керек болот. Pro Mini төмөнкүлөргө байланыштуу:

• Switch S1: Жазууну баштаңыз
• S2 которуу: Маркерди салыңыз
• Көк LED: жарактуу импульс аныкталганда жарк этет
• Жашыл LED: Жазуу башталды
• Сары LED: Маркер киргизилген (кыска ирмөө) / Тайм -аут (туруктуу)
• MicroSD карта модулу (SPI шинасы аркылуу)

Көптөгөн SD карта модулдарынан айырмаланып, 3.3V иштейт, DFRobot модулу 5В иштейт, андыктан деңгээлди алмаштыргычтын кереги жок.

Жыйынга келсек, мен прототипдөө тактасын 1 мм жез зымдан турган эки кичинекей "көпүрө" менен байланышкан эки бөлүккө бөлгөнүмдү байкасаңыз болот. Бул MicroSD картасынын модулун үчүнчү "курулуш деңгээлине" көтөрүү жана USB портунун тешигинин үстүндө, корпуста оюп кеткен оюма тууралоо үчүн зарыл болгон. Мындан тышкары, мен тактанын үстүнө үч оюк түшүрдүм, бири DC/DC конвертеринин потенциометрине жетүү үчүн, экинчиси Arduino Pro Mini сериялык автобусунун туташтыргычына кирүү үчүн (үчүн "төмөн каратып"), үчүнчүсү индуктивдүүлүк.

4 -кадам: HR Receiver - Spice Simulation

Мен мурда айткан Питер Борсттун дизайнынан баштап, менин максатым - мүмкүн болушунча аныктоо диапазонун кеңейтүүгө аракет кылуу, ошол эле учурда тоскоолдуктарга жана жалган импульстарга болгон сезимталдыкты чектөө.

Мен баштапкы жалгыз Op-Amp чечимин өзгөртүүнү чечтим, анткени ал кийлигишүүгө өтө сезимтал экени далилденди, балким 10M кайтарым резисторунун баасы өтө жогору болгондуктан жана жалпы кирешени эки этапка бөлүүнү чечтим.

Эки этапта тең DC кирешеси бар G = 100, болжол менен 70 @5.4KHz, бирок сезгичтигин оптималдаштыруу үчүн ар кандай киргизүү импедансы бар.

Ошентип, LC танкы тарабынан чыгарылган эң алсыз сигналдын чыңалуусу 1мВ деп кабыл алалы.

Эгерде биз бүтүндөй кабыл алуучу схеманы Spice чөйрөсүндө (ADIsimPE колдоном) LC параллель чынжырын ошол эле чыңалуудагы жана жыштыктагы синусогенераторго алмаштырып (5.4KHz) жана симуляцияны иштетсек, биз V1 чыгыш чыңалуусун 1ден баштап байкайбыз. күчөткүч дагы эле синус толкуну (масштабдык фактордун таасири менен синус толкуну анча байкалбайт), ti күчөткүч сызыктуу зонада иштеп жатат. Бирок экинчи этаптан кийин, V2 чыгуу чыңалуусу биз азыр каныккандыкка жеткенибизди көрсөтөт (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). Чындыгында, TL07x үй -бүлөсү темир жолдон темир жолго чыгуу үчүн иштелип чыккан эмес, бирок бул Schmitt Trigger дарбазасынын эки деңгээлинен коопсуз маржа менен ашып, таза чарчы толкунду (V3) жаратууга жетиштүү.

5 -кадам: Программалык камсыздоо

Кабыл алуучу этаптын кирешеси жогору болгондуктан жана детектордун эң жогорку стадиясына негизинен аз өтүүчү чыпка катары иштегенине карабастан, Arduino Pro Mini D3 пининдеги кирүү сигналы дагы эле катуу бузулушу мүмкүн жана аны санариптик түрдө алдын ала иштетүү керек. жалган аныктоолорго каршы жарактуулугун текшерүү. Код импульсту жарактуу деп эсептөө үчүн эки шарттын аткарылышын камсыз кылат:

1. Пульс кеминде 5 мс созулушу керек
2. Экинчи эки импульстун ортосундагы минималдуу алгылыктуу интервал 100 мс (катуу согуу тахикардиясынын чегинен алда канча алыс!

Импульс ырасталгандан кийин, мурункудан интервал (мс менен) өлчөнөт жана SD картада "datalog.txt" файлында сакталат, hh: mm: ss форматындагы убакыт белгиси менен бирге, 00:00: 00 микроконтроллердин акыркы калыбына келтирүү убактысын билдирет. Эгерде SD карта жок болсо, анда кызыл LED жанат, бул катаны билдирет.

Жаңы жазуунун изин баштоо/токтотуу S1 менен баштоого/токтотууга болот жана текст файлынын башында жана аягында "; Start" жана "; Stop" маркер сызыгы менен аныкталат.

Эгерде 2400 мс (25 bpm) ашпаган убакытта эч кандай импульс аныкталбаса, файлга "; Timeout" деген маркер сызыгы коюлат жана сары LED D4 күйгүзүлөт.

Эгерде Marker Switch S2 "" форматындагы кошумча маркер линиясын жазуу учурунда басылган болсо, анда файлга маркердин номерин автоматтык түрдө көбөйтүү менен 0;

Толук Arduino коду тиркелди.

6-кадам: Баштапкы орнотуу жана тестирлөө

7 -кадам: Колдонуу - Медициналык сигналдын анализи

Мен колдонгон корпустун формасы смартфонго жакын, андыктан аны базарга кийүүгө же машыгуучу жабдыкка орнотуу үчүн көптөгөн аксессуарларды таба аласыз. Атап айтканда, велосипед үчүн мен австриялык Bike Citizen компаниясы чыгарган "Finn" аттуу универсалдуу смартфонду сунуштай алам. Арзан (€ 15, 00) жана оңой монтаждалат, бул чындыгында универсалдуу жана сүрөттө көрүнүп тургандай Cardio Data Logger үчүн да идеалдуу

Data Logger тарабынан жазылган чийки маалыматтарды колдонуунун эң жөнөкөй жолу - бул аларды стандарттык PC программаларын (мис. Excel) колдонуп, графикке түшүрүү. Ошол эле көнүгүүнү кайталап алынган графиктерди салыштыруу же HR вариациялары менен физикалык аракеттердин ортосундагы байланышты талдоо менен, сиз иш учурунда күчтөрдүн дозасын оптималдаштыра аласыз.

Бирок эң чоң кызыгуу - бул медициналык максаттар үчүн HRди, айрыкча HR Variablity (HRV) изилдөө. ЭКГ тректи айырмаланып, HR изи жүрөк булчуңунун иштеши жөнүндө түз маалыматты камтыбайт. Бирок, статистикалык көз караштан алганда анын анализи клиникалык кызыккан башка маалыматтарды алууга мүмкүндүк берет.

HRV жөнүндө эң кеңири маалымат булагы - Finnish KUBIOS компаниясы. Алардын сайтында сиз Биомедициналык Сигналдар жөнүндө көптөгөн маалыматтарды таба аласыз жана "KUBIOS HRV Standard", коммерциялык эмес изилдөө жана жеке колдонуу үчүн акысыз жүрөктүн кагышынын өзгөрмөлүүлүгүн талдоочу программаны жүктөп алсаңыз болот. Бул курал сизге жөнөкөй текст файлынан графиктерди түзүүгө гана эмес (убакыт белгилерин алып салышыңыз керек), ошондой эле статистикалык жана математикалык баалоолорду (анын ичинде FFT) аткарууга жана төмөндө тиркелгендей укмуштуудай деталдуу жана баалуу отчетту чыгарууга мүмкүндүк берет.

Эсиңизде болсун, адистештирилген врач гана каалаган деңгээлдеги спорттук машыгуу үчүн кандай сынактар керектигин чече алат жана алардын жыйынтыктарын баалайт.

Бул Нускоо саламаттыкты сактоодо электрониканы колдонууда кызыгуу жана көңүл ачуу максатында гана жазылган.

Сизге жакты деп ишенем, комментарийлер кабыл алынат!