CardioSim: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι το πρώτο μου εκπαιδευτικό και δεν είμαι εγγενής αγγλικός (ή συγγραφέας), επομένως ζητώ συγνώμη εκ των προτέρων για τη συνολική χαμηλή ποιότητα. Ωστόσο, ελπίζω ότι αυτό το σεμινάριο μπορεί να είναι χρήσιμο για άτομα που χρησιμοποιούν σύστημα παρακολούθησης καρδιακών παλμών (HR) (αποτελείται από πομπό ιμάντα στήθους και ρολόι δέκτη) και οι οποίοι είτε:

Θέλετε να μάθετε ποια μπαταρία πρέπει να αντικατασταθεί (στο εσωτερικό του ιμάντα ή στο ρολόι του δέκτη), όταν το σύστημα σταματήσει να λειτουργεί σωστά. Συνήθως, για να είστε σίγουροι ότι ο χρήστης καταλήγει να αλλάζει και τις δύο μπαταρίες, παρόλο που αυτή στη ζώνη υπόκειται σε μεγαλύτερο φορτίο και ως εκ τούτου αποφορτίζεται γρηγορότερα από την άλλη

ή

ενδιαφέρονται (όπως και εγώ) να αναπτύξω έναν καταγραφέα δεδομένων καρδιακών παλμών για περαιτέρω αξιολογήσεις - για παράδειγμα για τη στατιστική ανάλυση του HRV (Παραλλαγές καρδιακού ρυθμού) σε στατικές συνθήκες ή για μελέτες συσχέτισης μεταξύ HR και φυσικών προσπαθειών σε δυναμικές συνθήκες - και προτιμήστε να χρησιμοποιήσετε προσομοιωτή ιμάντα στήθους (Cardio) και όχι να φοράτε πραγματικό συνεχώς κατά τη διάρκεια των δοκιμαστικών φάσεων

Για τους παραπάνω λόγους κάλεσα το Instructable μου "CardioSim"

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί

Η ασύρματη μετάδοση των παλμών του καρδιακού ρυθμού μεταξύ του πομπού (ζώνη ιμάντα στήθους) και του δέκτη (ειδικό ρολόι, καθώς και διάδρομοι, συσκευές προπόνησης κ.λπ.) βασίζεται σε μαγνητική επικοινωνία χαμηλής συχνότητας (LFMC) και όχι μια παραδοσιακή ραδιοσυχνότητα.

Η τυπική συχνότητα για αυτόν τον τύπο (αναλογικών) συστημάτων παρακολούθησης είναι 5,3kHz. Τα νέα ψηφιακά συστήματα βασίζονται στην τεχνολογία Bluetooth, αλλά αυτό δεν εμπίπτει στο πεδίο αυτού του σεμιναρίου.

Για όσους ενδιαφέρονται να εμβαθύνουν το θέμα, μια ολοκληρωμένη περιγραφή της τεχνολογίας LFMC, συμπεριλαμβανομένων των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων έναντι του RF, μπορεί να βρεθεί σε αυτήν τη σημείωση εφαρμογής

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

Ωστόσο, για χάρη αυτού του έργου, αρκεί να γνωρίζετε ότι ένας φορέας μαγνητικού πεδίου 5,3 kHz που παράγεται από ένα κύκλωμα συντονισμού LC (σειρά) διαμορφώνεται με βάση μια απλή μορφή OOK (On-OFF Keying), όπου κάθε παλμός καρδιάς ενεργοποιεί το φορέα για περίπου 10ms. Το σήμα ανιχνεύεται από μια (παράλληλη) δεξαμενή συντονισμού LC (με την ίδια συχνότητα συντονισμού του μαγνητικού πεδίου και υπό την προϋπόθεση ότι και τα δύο πηνία είναι σωστά ευθυγραμμισμένα), ενισχύεται και αποστέλλεται στη μονάδα μέτρησης.

Παρόλο που στο WEB μπορούν να βρεθούν ορισμένα παραδείγματα του κυκλώματος δέκτη, δεν μπόρεσα να βρω ένα μοντέλο για τον πομπό, έτσι αποφάσισα να αναλύσω το σήμα που δημιουργείται από τη ζώνη του στήθους μου και να δημιουργήσω ένα κύκλωμα που μπορεί να το προσομοιώσει, με παρόμοιο πεδίο ισχύος, συχνότητας και μορφής.

Βήμα 2: Σχηματικό και μέρη

Τα κυκλώματα αποτελούνται από πολύ λίγα εξαρτήματα που μπορούν να τοποθετηθούν σε μια μικρή θήκη:

• Θήκη με σανίδα λωρίδας, όπως αυτή
• Λωρίδα αφρού υψηλής πυκνότητας, 50x25x10mm (όπως αυτή που χρησιμοποιείται για τη συσκευασία των IC)
• Μικροελεγκτής ATTiny85-20
• Πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα L293
• Ρυθμιστής τάσης 5V, typ 7805 ή LD1117V50
• 2x ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10uF/25V
• Πυκνωτής 22n/100V
• Trimpot με άξονα, 10K, 1 στροφή, (όπως στο Arduino Starter Kit)
• Αντίσταση 22Κ
• Αντίσταση 220R
• LED κόκκινο 5mm
• Επαγωγή 39mH, χρησιμοποίησα ένα BOURNS RLB0913-393K
• Μπαταρία 9V
• μίνι διακόπτης SPDT (ανακύκλωσα τον διακόπτη AM/FM από ένα παλιό ραδιόφωνο τρανζίστορ)

Το πιο σημαντικό συστατικό είναι η επαγωγή, ένας πυρήνας φερρίτη υψηλής ποιότητας και χαμηλή αντίσταση είναι υποχρεωτικοί για να διατηρηθεί μικρός και για να ληφθεί ένας καλός συντελεστής ποιότητας του κυκλώματος συντονισμού.

Βήμα 3: Περιγραφή και κωδικός κυκλώματος

Εφαρμόζοντας τον τύπο του κυκλώματος LC που φαίνεται στο σχέδιο, με L = 39mH και C = 22nF η συχνότητα που προκύπτει είναι περίπου 5,4 kHz, η οποία είναι αρκετά κοντά στην τυπική τιμή των 5,3 kHz. Το ρεζερβουάρ LC κινείται από έναν μετατροπέα γέφυρας Η που αποτελείται από τις 2 μισές γέφυρες 1 και 2 του οδηγού κινητήρα IC L293. Η συχνότητα του φορέα παράγεται από τον μικροελεγκτή TINY85, ο οποίος επίσης οδηγεί το διαμορφωτικό σήμα που προσομοιώνει το HR. Μέσα από το Trimpot που είναι προσαρτημένο στην αναλογική είσοδο A1, ο καρδιακός ρυθμός μπορεί να αλλάξει από περίπου 40 σε 170 bmp (παλμοί ανά λεπτό) - που σε πραγματικές συνθήκες θεωρείται επαρκής για τους περισσότερους ερασιτέχνες αθλητές. Δεδομένου ότι η γέφυρα πρέπει να οδηγείται από δύο αντίθετα τετραγωνικά κύματα (και με περιορισμένη γνώση του κώδικα ATTiny's Assembler κατάφερα να δημιουργήσω μόνο ένα), χρησιμοποίησα το μισό brige 3 ως μετατροπέα.

Για αυτές τις απλές εργασίες το εσωτερικό ρολόι @ 16MHz είναι επαρκές, ωστόσο προηγουμένως μέτρησα τον απαιτούμενο συντελεστή βαθμονόμησης για το τσιπ μου και το έβαλα στη γραμμή εντολών "OSCCAL" στην ενότητα εγκατάστασης. Για να κατεβάσω το σκίτσο στο ATTiny χρησιμοποίησα ένα Arduino Nano φορτωμένο με τον κωδικό ArduinoISP. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με αυτά τα δύο βήματα, υπάρχουν πολλά παραδείγματα στον Ιστό, εάν κάποιος ενδιαφέρεται, ανέπτυξα τις δικές μου εκδόσεις που μπορώ να παρέχω κατόπιν αιτήματος. Επισυνάπτεται ο κωδικός για το ATTiny:

Βήμα 4: Συναρμολόγηση του κυκλώματος

Η θήκη είχε ήδη μια τρύπα 5 χιλιοστών στο επάνω κάλυμμα που ήταν ιδανική για το Led και έπρεπε μόνο να ανοίξω μια δεύτερη τρύπα 6 χιλιοστών, ευθυγραμμισμένη με την πρώτη, για τον άξονα του τρίποτ. Τακτοποίησα τη διάταξη των εξαρτημάτων με τέτοιο τρόπο ώστε η μπαταρία να κρατιέται στη θέση της μεταξύ του trimpot και του ρυθμιστή τάσης TO-220, και να μπλοκάρεται σταθερά στη θέση της από τη λωρίδα αφρού κολλημένη στο επάνω κάλυμμα.

Όπως μπορείτε να παρατηρήσετε, η επαγωγή είναι τοποθετημένη οριζόντια, t.i. με τον άξονά του παράλληλο προς τον πίνακα. Αυτό γίνεται υπό την παραδοχή ότι η επαγωγή του δέκτη βρίσκεται επίσης προς την ίδια κατεύθυνση. Σε κάθε περίπτωση, για βέλτιστη μετάδοση, βεβαιωθείτε πάντα ότι και οι δύο άξονες είναι παράλληλοι (όχι απαραίτητα στο ίδιο χωρικό επίπεδο) και όχι κάθετοι μεταξύ τους.

Στο τέλος της συναρμολόγησης ελέγξτε προσεκτικά με έναν ελεγκτή κυκλώματος όλες τις συνδέσεις με έναν ελεγκτή κυκλώματος.

Βήμα 5: Δοκιμάστε το κύκλωμα

Το καλύτερο εργαλείο δοκιμής για το κύκλωμα είναι ένα ρολόι δέκτη παρακολούθησης HR:

1. Τοποθετήστε το ρολόι δίπλα στο CardioSim.
2. Ρυθμίστε το trimpot στη μεσαία θέση και ενεργοποιήστε τη μονάδα.
3. Η κόκκινη λυχνία LED θα πρέπει να αρχίσει να αναβοσβήνει σε διαστήματα περίπου 1 δευτερολέπτου (60 bmp). Αυτό υποδεικνύει ότι η δεξαμενή αντηχείων LC είναι σωστά ενεργοποιημένη και λειτουργεί. Εάν αυτό δεν συμβαίνει, ελέγξτε ξανά όλες τις συνδέσεις και τα σημεία συγκόλλησης.
4. Εάν δεν είναι ήδη αυτόματα ενεργοποιημένο, ενεργοποιήστε το ρολόι χειροκίνητα.
5. Το ρολόι πρέπει να αρχίσει να λαμβάνει το σήμα που δείχνει το μετρημένο HR.
6. Γυρίστε το trimpot στην τελική θέση και προς τις δύο κατευθύνσεις για να ελέγξετε ολόκληρο το εύρος HR (+/- 5% ανοχή στα όρια εύρους είναι ανεκτή)

Όλα τα βήματα φαίνονται στο συνημμένο βίντεο

Βήμα 6: Προειδοποίηση

Ως τελική συμβουλή ασφάλειας, να γνωρίζετε ότι το LFMC που εφαρμόζεται σε αυτήν την απλή μορφή δεν επιτρέπει την αντιμετώπιση διαφορετικών μονάδων στο ίδιο εύρος πεδίου, αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση που τόσο το CardioSim όσο και ένας πραγματικός ιμάντας μέτρησης στέλνουν τα σήματά τους στον ίδιο δέκτη μονάδας, ο δέκτης θα μπλοκάρει, με απρόβλεπτα αποτελέσματα.

Αυτό μπορεί να είναι επικίνδυνο σε περίπτωση που πρόκειται να αυξήσετε τη φυσική σας απόδοση και να μεγιστοποιήσετε τις προσπάθειές σας με βάση το μετρημένο HR. Το CardioSim προορίζεται για χρήση μόνο για δοκιμές άλλων μονάδων και όχι για προπόνηση!

Αυτό είναι όλο, ευχαριστώ που διαβάσατε το Instructable μου, κάθε feedabck είναι ευπρόσδεκτη!