Cardio Data Logger: 7 Adım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

İndiki vaxtda Ürək Nəbzini (İK) təyin edə bilən və iz analizi apara bilən bir çox portativ cihaz (ağıllı bantlar, ağıllı saatlar, smartfonlar,…) mövcud olsa da, sinə kəməri əsaslı sistemlər (şəklin yuxarı hissəsindəki kimi) hələ də geniş yayılmış və istifadə edilmiş, lakin ölçülərin izini qeyd etmək və ixrac etmək imkanı yoxdur.

Əvvəlki Instructable Cardiosim -də növbəti addımlarımdan birinin nəbz məlumatı qeyd cihazını hazırlamaq olduğunu izah edən bir sinə kəməri (Cardio) simulyatoru təqdim etdim. İndi bu Təlimat kitabında təqdim etməyə hazıram. Bu portativ qurğunun funksiyası, təlim zamanı (məşq/velosiped sürmə/qaçış, …) sinə kəməri (və ya Cardiosim simulyatoru) tərəfindən göndərilən İK siqnalını almaq və izi SD karta yazmaqdır. təlimdən sonra performans təhlili aparmaq (son fəsildə detallara baxın).

Cihaz, şarj dövrəsi və DC gücləndirici tənzimləyicisi də daxil olmaqla təkrar doldurulan bir batareya sistemi ilə təchiz edilmişdir.

İstifadə olunmamış materiallardan ibarət "anbarımdan" uyğun bir plastik qutu (135mm x 45mm x 20mm) tutdum və ona uyğun olaraq sxemin sxemini uyğunlaşdıraraq ehtiyaclarımı ödəyən işçi bir prototip hazırladım. təkmilləşdirmə:-))

Addım 1: Qısa Təsvir

Zəhmət olmasa bu cür cihazların istifadə etdiyi LFMC (Aşağı Frekanslı Maqnitli Rabitə) texnologiyası haqqında qısa bir məlumat üçün Cardiosim Instructable -in 1 -ci addımına baxın.

İlk niyyətim Sparkfun RMCM01 modulunu alıcı interfeysi kimi istifadə etmək idi, lakin bu məhsul artıq mövcud deyil (hər halda olduqca bahalı olduğunu bir yana qoyaq).

Ancaq WEB -ə baxaraq, RMCM01 -in əvəz edilməsi üçün bəzi alternativ həlləri göstərən bu maraqlı Dərsliyi tapdım. 3 -cü variantı seçdim ("Peter Borst Dizaynı", Peterə təşəkkürlər!), Burada paralel rezonanslı bir tank olaraq bağlanan Cardiosim -in eyni L/C komponentlərindən istifadə edərək əla nəticə əldə etdim. Tapılan siqnal gücləndirilir, "təmizlənir", deşifr olunur və Arduino Pro Mini mikro nəzarətçisinə göndərilir. Proqram, alınan nəbzləri təsdiqləyir, nəbzini ölçür (və ya iki ardıcıl nəbz arasındakı fasiləni daha yaxşı) və bütün ölçülmüş aralıqları ASCII mətn sənədində saxlayır (hər bir etibarlı nəbz üçün bir sətir, hər biri interval, zaman damgası və LF/CR daxil olmaqla 16 simvol) microSD kartında. Orta hesabla 80 saniyədə bir insan saatı olduğunu düşünsək, bir saatlıq qeydə yalnız (4800 mətn xətti x 16 simvol) = 76800 /1024 = 75kBayt, buna görə də ucuz 1GB SD kart çoxlu qeyd qabiliyyəti təklif edir.

Qeyd zamanı izi bölmək və ayrı -ayrı seans mərhələlərini qiymətləndirmək üçün marker xətləri daxil edə bilərsiniz.

Addım 2: LiPo Güc Təchizatı - Şemalar, Parçalar və Montaj

Güc Təchizatı işin alt hissəsini tutur. Trimpot istisna olmaqla, heç bir komponent 7 mm hündürlüyü aşmır, bu da HR qəbuledicisini və mikrokontrolör sxemini enerji təchizatı üzərində quraşdırmağa imkan verir.

Aşağıdakı hissələrdən istifadə etdim:

• 3.7V LiPo batareyası (hər hansı bir telefon batareyası geri çevrilə bilər, azaldılmış tutum burada problem deyil)
• USB TP4056 şarj modulu, buradan aldım
• SX1308 DC gücləndirici çeviricisi, buradan aldım
• Kiçik prototip lövhəsi 40 x 30 mm
• JST konnektoru 2, 54 mm 2 pinli kabel, buna bənzəyir
• (isteğe bağlı) JST konnektoru 2 mm 2 pin, buna bənzəyir

• (isteğe bağlı) JST konnektoru olan 2 mm 2 pinli kabel, bunun kimi

Son iki maddənin istifadəsi, istifadə edəcəyiniz batareyadan və onu şarj cihazının moduluna bağlamaq niyyətindən asılıdır. 2 mm JST konnektorunu təklif edirəm, çünki bir çox batareya artıq qoşulmuş kabel və 2 mm fiş ilə təchiz olunmuşdur, lazım olduqda batareyanın asanlıqla dəyişdirilməsinə imkan verdiyi müddətdə başqa hər hansı bir həll kifayətdir. Hər halda, montaj zamanı batareya dirəkləri arasında qısa qapanmaların qarşısını almaq üçün diqqətli olun.

TP4056 modulu mikro USB portundan işləyir və sabit cərəyan / sabit gərginlik (CC / CV) şarj üsulu ilə doldurulan lityum batareyaları doldurmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. Lityum batareyanı etibarlı şəkildə doldurmağa əlavə olaraq, modul lityum batareyalar üçün lazım olan qorumanı da təmin edir.

SX1308, çıxış voltajını minimum 5V giriş gərginliyi ilə +5V -də sabit saxlayan, beləliklə batareya tutumunun tam istismarına imkan verən yüksək səmərəli DC/DC Step Up Ayarlanabilir Konvertordur. Trimpot ilə +5V -də mikrokontrolör dövrəsini bağlamadan əvvəl çıxış gərginliyini tənzimləyin!

Data Logger -in ümumi istehlakı təxminən 20mA -dır, buna görə də 200mAh qalıq tutumu olan yeni bir batareya (yeni bir telefon batareyasının ilkin tutumunun <20% -i) hətta 10 saat qeyd etməyə imkan verəcəkdir. Yeganə çatışmazlıq, SX1308 sakit cərəyanının təxminən 2mA olmasıdır, buna görə də Data Logger -dən uzun müddət istifadə etməsəniz batareyanı ayırsanız daha yaxşı olar.

Kiçik ölçülərə görə, hər iki modulun prototipləşdirmə lövhəsi ilə həm elektrik, həm də mexaniki birləşmə üçün qısa tel telləri vasitəsi ilə bağlantı deliklərindən istifadə edilməklə düzəldilməsi lazımdır. Öz növbəsində lövhə 3 mm x 15 mm vida ilə korpusun əsasına bərkidilir (uzunluğu eyni vida ilə yuxarıdakı mikrokontrolör sxemini bağlamaq üçün kifayətdir). Lövhədə, batareya üçün JST 2mm konnektoru (yalnız SMD versiyasında mövcuddur, lakin pinləri şaquli olaraq qatlayaraq PTH versiyasında "çevirə bilərsiniz") və bütün tellər sxemə uyğun olaraq yerləşdirilmişdir. Əmin olmaq üçün bağlayıcının gövdəsini lövhəyə yapışdıraraq yaxşı bir mexaniki möhür əldə etdim.

Batareya korpusun dibinin qalan hissəsinə düz şəkildə yerləşdirilir və arxasında batareyanın üstü ilə (hər halda izolyasiya edilməmişdir) və alt tərəfi ilə təmasların qarşısını almaq üçün 8 mm şaquli arakəsməli ikinci 3 mm x 15 mm vida var. yuxarı dövrə.

Addım 3: HR Alıcısı və Məlumat Qeydiyyatçısı - Şemalar, Parçalar və Montaj

Əsas lövhə aşağıdakılardan ibarətdir:

• Prototip lövhəsi 40mm x 120mm
• Endüktans 39mH, BOURNS RLB0913-393K istifadə etdim
• 2 x 22nF kondansatör
• Kondansatör 4.7nF
• Kondansatör 47nF
• Kondansatör 39pF
• Elektolitik kondansatör 10uF/25V
• Elektrolitik kondansatör 1uF/50V
• 3 x Rezistor 10K
• 2 x Rezistor 100K
• 3 x Rezistor 1K
• 4 x Rezistor 220R
• Rezistor 1M
• Rezistor 47K
• Rezistor 22K
• Trimpot 50K
• Diod 1N4148
• LED 3 mm Mavi
• 2 x LED 3mm Yaşıl
• LED 3 mm Sarı
• LED 3 mm Qırmızı
• İkili Aşağı Səsli JFET Girişli Əməliyyat Gücləndiriciləri TL072P
• Hex ters çevirən Schmitt Trrigger 74HC14
• JST konnektoru 2.54mm 2 pin, bunun kimi
• 2 x mikro açar, Alcoswitch növü
• Mikro nəzarətçi Arduino Pro Mini, 16 MHz 5V
• DFRobots -dan SPI 5V Micro SD kart modulu

L1 və C1 -dən ibarət olan paralel rezonanslı tankın rezonans tezliyi, ötürülən siqnalın maqnit sahəsinin daşıyıcısının 5.3 kHz -ni bir gərginliyə çevirmək üçün kifayət qədər yaxın olan 5.4 kHz -dir. Unutmayın ki, əksər hallarda daşıyıcı, hər bir ürək nəbzinin daşıyıcını təxminən 10 ms ərzində "AÇIQ" vəziyyətə gətirdiyi sadə bir OOK (On-OFF Keying) formatı əsasında modulyasiya olunur. Algılanan siqnal çox zəifdir (endüktans oxunun maqnit sahəsi ilə düzgün şəkildə uyğunlaşdırılması şərtilə, mənbədən 60-80 sm məsafədə tipik olaraq 1 mV-lik bir dalğa dalğası), buna görə müdaxilələrin və saxtaların qarşısını almaq üçün diqqətlə gücləndirilməlidir. aşkarlamalar. Təklif olunan dövrə, ən yaxşı səylərimin və müxtəlif şəraitdə sınaqdan keçirdiyim saatların nəticəsidir. Bu aspektin dərinləşməsi və bəlkə də təkmilləşdirilməsi ilə maraqlanırsınızsa, növbəti addıma nəzər salın, əks halda atlaya bilərsiniz.

Aşağıdakı Schmitt Trigger qapıları rəqəmsallaşdırma və pik aşkarlama funksiyasını yerinə yetirərək Arduino Pro Mini -yə göndərilən orijinal modulyasiya siqnalını bərpa edir.

Pro Mini mikrokontrolör lövhəsi bu layihə üçün idealdır, çünki göyərtədəki kristal ölçmələrin yüksək dəqiqliyinə imkan verir ("tibbi" nöqteyi -nəzərdən vacib olan son addıma baxın) və eyni zamanda digərlərindən azaddır cihaza ehtiyac yoxdur, bu da aşağı enerji istehlakı ilə nəticələnir. Yalnız bir çatışmazlıq, kodu yükləmək üçün Pro Mini -ni kompüterinizin USB portuna bağlamaq üçün bir FTDI interfeysinə ehtiyacınız olacaq. Pro Mini qoşulur:

• S1 keçid: Yazmağa başlayın
• S2 keçid: Marker daxil edin
• Mavi LED: etibarlı bir nəbz aşkar edildikdə yanıb -sönür
• Yaşıl LED: Yazı başladı
• Sarı LED: Marker daxil edildi (qısa yanıp sönmə) / Zaman aşımı (sabit)
• MicroSD kart modulu (SPI avtobus vasitəsilə)

3.3V -də işləyən bir çox SD kart modulundan fərqli olaraq, DFRobot modulu 5V -də işləyir, buna görə heç bir səviyyə dəyişdiriciyə ehtiyac yoxdur.

Quraşdırmaya gəldikdə, prototip lövhəsini iki hissəyə ayırdığımı, 1 mm sərt mis telli iki kiçik "körpü" ilə bağladığımı görə bilərsiniz. Bu, MicroSD kart modulunu üçüncü bir "inşaat səviyyəsinə" qaldırmaq və onu USB portu üçün yarığın üstündəki qutuda oyduğum girintiyə uyğunlaşdırmaq üçün lazımdır. Bundan əlavə, lövhənin özündə üç girinti oydum, biri DC/DC çeviricisinin potansiyometrinə, digəri Arduino Pro Mini -nin seriyalı avtobusunun konnektoruna daxil olmaq üçün ("üzü aşağı") endüktans.

Addım 4: HR Alıcısı - Ədviyyat Simulyasiyası

Daha əvvəl qeyd etdiyim Peter Borstun dizaynından başlayaraq məqsədim, aşkarlama aralığını mümkün qədər genişləndirmək, eyni zamanda müdaxilələrə həssaslığı və saxta nəbzlərin yaranmasını məhdudlaşdırmaq idi.

Orijinal tək Op-Amp həllini dəyişdirməyə qərar verdim, çünki müdaxilələrə çox həssas olduğunu sübut etdi, ehtimal ki, 10M geribildirim müqavimətinin dəyəri çox yüksəkdir və ümumi qazancı iki mərhələyə bölmək.

Hər iki mərhələdə 70 @5.4KHz ətrafında azalan, lakin həssaslığı optimallaşdırmaq üçün fərqli giriş empedansı olan G = 100 DC qazancı var.

Beləliklə, LC tankının yaratdığı ən zəif siqnalın gərginliyinin 1mV olduğunu düşünək.

Bütün qəbuledici dövrəni bir ədviyyat mühitində köçürsək (ADIsimPE istifadə edirəm) LC paralel dövrəsini eyni gərginliyə və tezliyə (5.4KHz) bərabər olan bir sinus generatoru ilə əvəz etsək və simulyasiyanı işləsək, 1 -dən V1 çıxış gərginliyinin olduğunu görürük. gücləndirici hələ də bir sinewavedir (miqyas faktoru səbəbiylə giriş sinewave nəzərə çarpmır), ti gücləndirici xətti zonada işləyir. Ancaq ikinci mərhələdən sonra V2 çıxış gərginliyi artıq doyma səviyyəsinə çatdığımızı göstərir (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). Əslində TL07x ailəsi dəmir yolu ilə dəmir yolu çıxış aralığına uyğun deyil, lakin bu, Schmitt Tetik qapısının hər iki səviyyəsini etibarlı bir marjla aşmaq və təmiz bir kvadrat dalğası (V3) yaratmaq üçün kifayətdir.

Addım 5: Proqram təminatı

Alıcı mərhələsinin yüksək qazancı səbəbiylə və əsasən aşağı ötürmə filtri kimi fəaliyyət göstərən pik detektor mərhələsinə baxmayaraq, Arduino Pro Mini-nin D3 pinindəki giriş siqnalı hələ də ciddi şəkildə pozula bilər və rəqəmsal olaraq əvvəlcədən işlənməlidir. saxta təsbitlərə qarşı etibarlılıq yoxlaması. Kod, nəbzi etibarlı hesab etmək üçün iki şərtin yerinə yetirilməsini təmin edir:

1. Nəbz ən az 5 ms olmalıdır
2. Ardıcıl iki nəbz arasındakı minimum icazə verilən interval 100 ms -dir (şiddətli taxikardiya həddindən çox kənarda 600 at / dəqiqəyə bərabərdir!)

Pulse təsdiqləndikdən sonra, əvvəlkindən olan interval (msn) ölçülür və SD kartda "datalog.txt" faylında saxlanılır, saat damgası ilə birlikdə hh: mm: ss formatında, burada 00:00: 00, mikrokontrolörün son sıfırlama vaxtını göstərir. SD kart yoxdursa, qırmızı LED yanır və səhv olduğunu göstərir.

Yeni bir qeyd izi, Başlat/Dur düyməsi S1 ilə başlaya/dayandıra bilər və mətn faylının əvvəlində və sonunda müvafiq olaraq "; Başlat" və "; Durdur" işarəsi xətti ilə tanınacaq.

2400 ms -dən (25 bpm) uzun müddət ərzində heç bir nəbz aşkar edilməzsə, faylda "; Zaman aşımı" işarəsi qoyulur və sarı LED D4 açılır.

Marker Switch S2, "MarkerNumber" formatında əlavə bir marker xətti yazılarkən basılarsa, faylda marker nömrəsinin avtomatik artımı ilə yazılır və sarı LED qısa müddətdə yanıb sönür.

Tam Arduino kodu əlavə edildi.

Addım 6: İlkin Quraşdırma və Test

Addım 7: İstifadə - Tibbi Siqnal Analizi

İstifadə etdiyim korpusun forması bir ağıllı telefona kifayət qədər yaxındır, buna görə də onu geymək və ya məşq avadanlıqlarına quraşdırmaq üçün çoxlu aksesuarlar tapa bilərsiniz. Xüsusilə velosiped üçün Avstriya Bike Vətəndaşları şirkəti tərəfindən istehsal olunan "Finn" adlı universal bir smartfon qurğusu təklif edə bilərəm. Ucuz (€ 15, 00) və montajı asandır, həqiqətən universaldır və şəkildə gördüyünüz kimi Cardio Data Logger üçün də mükəmməldir.

Data Logger tərəfindən qeydə alınan xam məlumatlardan istifadə etməyin ən sadə yolu, onları standart PC proqramlarından (məsələn, Excel) istifadə edərək bir qrafikdə təsvir etməkdir. Eyni məşqi təkrarlamaqla əldə edilən qrafikləri müqayisə edərək və ya İK dəyişiklikləri ilə fiziki səylər arasındakı əlaqəni təhlil edərək, fəaliyyət zamanı qüvvələrin dozasını optimallaşdıra bilərsiniz.

Tibbi məqsədlər üçün İK və xüsusən də İK dəyişkənliyinin (HRV) öyrənilməsi ən çox maraq doğurur. EKQ -dən fərqli olaraq, İK izində ürək əzələsinin işləməsi ilə bağlı birbaşa məlumatlar yoxdur. Bununla birlikdə, statistik baxımdan təhlili klinik maraq doğuran digər məlumatları əldə etməyə imkan verir.

HRV haqqında ən geniş məlumat mənbəyi Finlandiyanın KUBIOS şirkətidir. Saytlarında Biomedikal Siqnallar haqqında çoxlu məlumatlar tapa bilərsiniz və "KUBIOS HRV Standard" ı kommersiya məqsədli olmayan tədqiqatlar və şəxsi istifadə üçün pulsuz bir ürək dərəcəsi dəyişkənliyi təhlili proqramı yükləyə bilərsiniz. Bu alət yalnız sadə bir mətn sənədindən qrafiklər tərtib etməyə imkan vermir (vaxt damgalarını çıxarmalısınız), həm də statistik və riyazi qiymətləndirmələr aparmağa (FFT daxil olmaqla) və aşağıda əlavə olunduğu kimi inanılmaz dərəcədə ətraflı və dəyərli bir hesabat hazırlamağa imkan verir.

Unutmayın ki, yalnız ixtisaslaşmış bir həkim istənilən səviyyədə idman təcrübəsi üçün hansı imtahanlara ehtiyac olduğunu qərar verə bilər və nəticələrini qiymətləndirə bilər.

Bu Təlimat, elektronikanı sağlamlığa tətbiq etməkdə maraq və əyləncə yaratmaq məqsədi ilə yazılmışdır.

Ümid edirəm zövq aldınız, şərhlər xoş gəldiniz!