Cardio Data Logger: 7 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Hozirgi vaqtda yurak urish tezligini (HR) aniqlaydigan va izlarni tahlil qila oladigan ko'plab portativ qurilmalar (aqlli tasmalar, aqlli soatlar, smartfonlar, …) mavjud bo'lsa-da, ko'krak kamarlariga asoslangan tizimlar (rasmning yuqori qismidagi kabi) hali ham mavjud. keng tarqalgan va ishlatilgan, lekin o'lchov izlarini qayd etish va eksport qilish imkoniyati yo'q.

Oldingi "Instructable Cardiosim" da men ko'krak bezi kamarini (kardio) simulyatorini taqdim qildim, bu mening keyingi qadamlarimdan biri yurak urish tezligi ma'lumotlarini yozish moslamasini ishlab chiqish ekanligini tushuntirib berdi. Men hozir uni ushbu ko'rsatmada ko'rsatishga tayyorman. Ushbu ko'chma qurilmaning vazifasi trening paytida (mashg'ulot/velosipedda yugurish, yugurish paytida) ko'krak bezi kamari (yoki Cardiosim simulyatori) tomonidan yuborilgan HR signalini qabul qilish va izni SD -kartaga yozib olishdir. mashg'ulotdan keyingi ish faoliyatini tahlil qilish (oxirgi bobdagi tafsilotlarga qarang).

Qurilma qayta zaryadlanuvchi batareya tizimi bilan jihozlangan, zaryadlash davri va doimiy quvvat regulyatori.

Ishlatilmagan materiallarning "omboridan" men kerakli plastik qutini (135x45x45 mm x 20 mm) topdim va unga mos keladigan sxemani moslashtirdim, bu mening ehtiyojlarimni qondiradigan ishchi prototipni yaratdi (lekin uni amalga oshirish uchun joy qoladi) yaxshilash:-))

1 -qadam: Qisqacha tavsif

Iltimos, ushbu turdagi qurilmalarda ishlatiladigan LFMC (past chastotali magnitli aloqa) texnologiyasi haqida tezkor ma'lumot olish uchun Cardiosim Instructable -ning 1 -bosqichiga qarang.

Mening birinchi niyatim Sparkfun RMCM01 modulini qabul qilgich interfeysi sifatida ishlatish edi, lekin bu mahsulot endi mavjud emas (u baribir juda qimmat edi).

Ammo, WEB -ni ko'rib, men RMCM01 -ni almashtirishning ba'zi muqobil echimlarini ko'rsatadigan qiziqarli darslikni topdim. Men uchinchi variantni tanladim ("Piter Borst Dizayn", Piterga rahmat!), Shu bilan parallel rezonansli tank sifatida ulangan Cardiosim -ning bir xil L/C komponentlari yordamida ajoyib natijaga erishdim. Aniqlangan signal kuchaytiriladi, "tozalanadi", dekodlanadi va Arduino Pro Mini mikrokontrolleriga uzatiladi. Dastur qabul qilingan pulslarni tasdiqlaydi, yurak urish tezligini o'lchaydi (yoki ketma -ket keladigan ikkita puls orasidagi intervalni yaxshilaydi) va barcha o'lchangan intervallarni ASCII matnli faylida saqlaydi (har bir impuls uchun bitta satr, har biri 16 belgidan iborat interval, vaqt tamg'asi va LF/CR) microSD kartasida. O'rtacha soatiga 80 kadr tezligini hisobga oladigan bo'lsak, bir soatlik yozuvga faqat (4800 matnli satr x 16 ta belgi) = 76800/1024 = 75kBayt kerak, shuning uchun ham arzon 1 Gb SD -karta yozib olish imkoniyatlarini taklif qiladi.

Yozib olish paytida siz izlarni ajratish va alohida seans bosqichlarini alohida baholash uchun marker chiziqlarini kiritishingiz mumkin.

2 -qadam: LiPo quvvat manbai - sxemalar, ehtiyot qismlar va montaj

Quvvat manbai korpusning pastki qismini egallaydi. Trimpotdan tashqari, hech qanday komponent balandligi 7 mm dan oshmaydi, bu esa HR qabul qiluvchisi va mikrokontroller zanjirini quvvat manbaiga o'rnatish imkoniyatini beradi.

Men quyidagi qismlardan foydalandim:

• 3.7V LiPo batareyasi (har qanday telefon batareyasini qayta ishlash mumkin, bu erda quvvatni pasaytirish muammo emas)
• USB TP4056 zaryadlovchi moduli, men uni shu erdan sotib oldim
• SX1308 DC kuchaytirgichi, men uni shu erdan sotib oldim
• Kichik prototip taxtasi 40 x 30 mm
• JST ulagichi 2, 54 mm 2 pinli kabel, shunga o'xshash
• (ixtiyoriy) 2 mm 2 pinli JST ulagichi, shunga o'xshash

• (ixtiyoriy) JST ulagichi 2 mm 2 pinli kabel, shunga o'xshash

Oxirgi ikkita elementdan foydalanish siz foydalanadigan batareyaga va uni zaryadlovchi moduliga ulash usulingizga bog'liq. Men 2 mm JST ulagichini taklif qilaman, chunki ko'plab batareyalar allaqachon ulangan simi va 2 mm vilkasi bilan ta'minlanadi, agar kerak bo'lsa, batareyani osongina almashtirish imkonini beradigan boshqa echim etarli. Qanday bo'lmasin, yig'ish paytida batareya qutblari orasidagi qisqa tutashuvlardan saqlaning.

TP4056 moduli mikro USB portidan quvvatlanadi va zaryadlanuvchi lityum batareyalarni doimiy oqim / doimiy kuchlanish (CC / CV) zaryadlash usuli yordamida zaryad qilish uchun mo'ljallangan. Lityum batareyani xavfsiz zaryad qilishdan tashqari, modul lityum batareyalar uchun zarur bo'lgan himoyani ham ta'minlaydi.

SX1308 - bu yuqori kuchlanishli DC/DC Step Up sozlanishi konvertor bo'lib, u chiqish voltajini +5V da, minimal kirish voltaji 3V bo'lgan holda ushlab turadi va shu bilan batareya quvvati to'liq ishlatilishiga imkon beradi. Chiqish kuchlanishini trimpot bilan +5V da mikrokontroller sxemasini ulashdan oldin sozlang!

Ma'lumotlarni yozish qurilmasining umumiy iste'moli 20mA atrofida, shuning uchun ham 200 mA / soat quvvatga ega bo'lgan ishlatilgan batareya (yangi telefon batareyasining boshlang'ich sig'imining <20%) 10 soat yozib olish imkonini beradi. Yagona kamchilik shundaki, SX1308 sokin oqimi 2 mA atrofida, shuning uchun agar siz Data Logger -dan uzoq vaqt foydalanmasangiz, batareyani uzib qo'yganingiz ma'qul.

Kichik o'lchamli bo'lgani uchun, ikkala modulni ham mis simlarning qisqa bo'laklari orqali prototiplash paneli bilan elektr va mexanik ulanish uchun ulanish teshiklari yordamida mahkamlash kerak. O'z navbatida, taxta korpus tagiga 3 mm x 15 mm vint bilan mahkamlanadi (uzunligi bir xil vint bilan yuqoridagi mikrokontroller zanjirini mahkamlash uchun etarli). Kengash akkumulyator uchun JST 2 mm ulagichga ega (faqat SMD versiyasida mavjud, lekin pimlarni vertikal buklab, uni PTH versiyasida "burish" mumkin) va barcha simlar sxemaga muvofiq. Ishonchim komilki, men ulagichning korpusini taxtaga yopishtirib, yaxshi mexanik muhrga erishdim.

Batareya korpus tagining qolgan qismiga tekis joylashtirilgan va uning orqasida batareyaning yuqori qismi (baribir izolyatsiya qilinmagan) va pastki qismi o'rtasida aloqa qilmaslik uchun 3 mm x 15 mm uzunlikdagi 8 mm vertikal ajratgichli vint o'rnatilgan. yuqori sxema.

3 -qadam: HR qabul qiluvchisi va ma'lumotlarni qayd qilish - sxemalar, ehtiyot qismlar va yig'ish

Asosiy panel quyidagilardan iborat:

• Prototip taxtasi 40 mm x 120 mm
• Endüktans 39mH, men BOURNS RLB0913-393K dan foydalanardim
• 2 x 22nF kondansatör
• Kondensator 4.7nF
• Kondensator 47nF
• Kondensator 39 pF
• Elektrolitik kondansatör 10uF/25V
• Elektrolitik kondansatör 1uF/50V
• 3 x rezistor 10K
• 2 x rezistor 100K
• 3 x rezistor 1K
• 4 x rezistor 220R
• Qarshilik 1M
• Rezistor 47K
• Qarshilik 22K
• Trimpot 50K
• Diod 1N4148
• LED 3 mm ko'k
• 2 x LED 3 mm yashil
• LED 3 mm sariq
• LED 3 mm qizil
• Ikkita past shovqinli JFET-kirish operatsion kuchaytirgichlari TL072P
• Olti burchakli teskari Shmitt Trigger 74HC14
• JST ulagichi 2,54 mm 2 pinli, shunga o'xshash
• 2 x mikrosxemalar, Alcoswitch turi
• Arduino Pro Mini mikrokontroller, 16 MGts 5V
• DFRobots -dan SPI 5V Micro SD karta moduli

L1 va C1 dan tashkil topgan parallel rezonansli tankning rezonans chastotasi 5,4 kHz atrofida bo'lib, u uzatilgan signalning magnit maydon tashuvchisining 5,3 kHz chastotasiga mos keladi va uni kuchlanishga aylantiradi. Shuni yodda tutingki, aksariyat hollarda tashuvchi oddiy OOK (On-OFF Keying) formati asosida modulyatsiya qilinadi, bu erda har bir yurak urishi tashuvchini taxminan 10ms "ON" ga o'zgartiradi. Aniqlangan signal juda kuchsiz (manbadan 60-80 sm masofada, odatda, 1 mV to'lqinli to'lqin, agar indüktans o'qi magnit maydon bilan to'g'ri moslashtirilgan bo'lsa), shuning uchun uni shovqin va soxtalikka yo'l qo'ymaslik uchun ehtiyotkorlik bilan kuchaytirish kerak. aniqlashlar. Taklif etilgan sxema - bu mening barcha sa'y -harakatlarim va har xil sharoitlarda soatlab o'tkazilgan sinovlar natijasidir. Agar siz ushbu jihatni chuqurlashtirishni xohlasangiz - va ehtimol uni takomillashtirsangiz - keyingi bosqichga qarang, aks holda uni o'tkazib yuborishingiz mumkin.

Quyidagi Schmitt Trigger eshiklari raqamlashtirish va tepalikni aniqlash funktsiyasini bajarib, Arduino Pro Mini -ga uzatiladigan asl modulyatsion signalni tiklaydi.

Pro Mini mikrokontroller taxtasi bu loyiha uchun juda mos keladi, chunki bortdagi kristall o'lchovlarning yuqori aniqligini ta'minlaydi ("tibbiy" nuqtai nazardan juda muhim, oxirgi bosqichga qarang) va shu bilan birga u boshqa hech qanday ma'lumotdan xoli. kerak bo'lmagan qurilma, bu esa kam quvvat sarflanishiga olib keladi. Bitta kamchilik shundaki, kodni yuklash uchun sizga Pro Mini -ni kompyuteringizning USB portiga ulash uchun FTDI interfeysi kerak bo'ladi. Pro Mini ulanadi:

• S1 tugmasi: Yozishni boshlang
• S2 almashtirish: Markerni joylashtiring
• Moviy LED: to'g'ri puls aniqlanganda yonadi
• Yashil LED: Yozib olish boshlandi
• Sariq LED: marker o'rnatilgan
• MicroSD karta moduli (SPI avtobus orqali)

3.3V kuchlanishli ko'plab SD -karta modullaridan farqli o'laroq, DFRobot moduli 5V da ishlaydi, shuning uchun darajani o'zgartirishga hojat yo'q.

Yig'ilishga kelsak, men prototip taxtasini ikkita bo'lakka ajratganimni payqadim, ular ikkita 1 mm qattiq mis simli "ko'priklar" bilan bog'langan. Bu MicroSD karta modulini uchinchi "qurilish darajasiga" ko'tarish va uni USB porti teshigining tepasida, korpusda o'yilgan chuqurchaga moslashtirish uchun kerak bo'ldi. Bundan tashqari, men taxtaning o'zida uchta chuqurchani o'yib topdim, biri shahar/shahar konvertorining potentsiometriga, ikkinchisi Arduino Pro Mini ketma -ket avtobus ulagichiga kirish uchun (uchi pastga qaragan holda). indüktans.

4 -qadam: HR qabul qiluvchisi - ziravorlar simulyatsiyasi

Men ilgari aytib o'tgan Piter Borstning dizaynidan boshlab, mening maqsadim aniqlanish oralig'ini iloji boricha kengaytirishga harakat qilish, shu bilan birga, shovqinlarga sezgirlikni va soxta impulslar hosil bo'lishini cheklash edi.

Men bitta yagona Op-Amp echimini o'zgartirishga qaror qildim, chunki u shovqinlarga juda sezgir ekanligi isbotlangan, ehtimol 10M teskari aloqa rezistorining qiymati juda yuqori va umumiy daromadni ikki bosqichga bo'lish.

Ikkala bosqichda ham G = 100 shahar oqimi bor, u taxminan 70 @5.4KHz ga kamayadi, lekin sezgirlikni optimallashtirish uchun har xil kirish empedansi bilan.

Shunday qilib, LC tanki tomonidan ishlab chiqarilgan eng zaif signalning kuchlanishi 1 mV deb taxmin qilaylik.

Agar biz butun qabul qilgich sxemasini Ziravorlar muhitida o'tkazsam (men ADIsimPE dan foydalanaman), LC parallel zanjirini bir xil kuchlanish va chastotali (5.4KHz) sinus generatoriga almashtirsak va simulyatsiyani ishga tushirsak, biz V1 chiqish voltajining 1 -chi. Kuchaytirgich hali ham to'lqinli to'lqin (shkala faktori tufayli kirish to'lqinlari sezilmaydi), kuchaytirgich chiziqli zonada ishlaydi. Ammo ikkinchi bosqichdan so'ng, V2 chiqish zo'riqishi shuni ko'rsatadiki, biz hozir to'yinganlikka (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V) etib boryapmiz. Darhaqiqat, TL07x oilasi temir yo'l orqali temir yo'lga chiqish uchun mo'ljallanmagan, lekin bu Schmitt Trigger darvozasining ikki barobar sathidan xavfsiz chegara bilan o'tish va toza kvadrat to'lqinni (V3) yaratish uchun etarli.

5 -qadam: dasturiy ta'minot

Qabul qilgich bosqichining yuqori daromadliligi va asosan past o'tkazgichli filtr vazifasini bajaruvchi detektorning yuqori bosqichiga qaramay, Arduino Pro Mini-ning D3 pinidagi kirish signali hali ham buzilishi mumkin va uni raqamli usulda oldindan qayta ishlash kerak. noto'g'ri aniqlashdan haqiqiyligini tekshirish. Kod pulsni haqiqiy deb hisoblash uchun ikkita shart bajarilishini ta'minlaydi:

1. Puls kamida 5 ms bo'lishi kerak
2. Ikki ketma -ket pulslar orasidagi minimal qabul qilinadigan interval - 100 ms (shiddatli taxikardiya chegarasidan ancha yuqori 600 zarba / min)!

Puls tekshirilgandan so'ng, oldingi vaqt oralig'i (msda) o'lchanadi va SD -kartada "datalog.txt" faylida saqlanadi, vaqt belgisi bilan soat: mm: ss formatida, 00:00: 00 mikrokontrolderning oxirgi tiklanish vaqtini bildiradi. Agar SD -karta yo'q bo'lsa, qizil LED yonadi, bu xato haqida xabar beradi.

S1 -ni ishga tushirish/to'xtatish tugmachasi yordamida yangi yozuv izini boshlash/to'xtatish mumkin va u matn faylining boshida va oxirida mos ravishda "; Ishga tushirish" va "; To'xtatish" marker chizig'i bilan aniqlanadi.

Agar 2400 milodiy (25 aylanish tezligi) dan ortiq vaqt davomida puls aniqlanmasa, faylga "; Vaqt tugashi" belgisi qo'yiladi va sariq LED D4 yoqiladi.

Agar qo'shimcha marker chizig'ini yozish paytida Marker Switch S2 bosilsa, "; MarkerNumber" marker raqamini 0 dan boshlab avtomatik ravishda ko'paytirib, faylga yoziladi va qisqa vaqt ichida sariq LED yonadi.

To'liq Arduino kodi biriktirilgan.

6-qadam: Dastlabki sozlash va sinov

7 -qadam: Foydalanish - tibbiy signallarni tahlil qilish

Men ishlatgan korpusning shakli smartfonga juda yaqin, shuning uchun uni bozorda kiyish yoki mashq uskunasiga o'rnatish uchun ko'plab aksessuarlarni topishingiz mumkin. Ayniqsa, velosiped uchun men Avstriyaning Bike Citizen kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilgan "Finn" nomli universal smartfon moslamasini taklif qila olaman. Arzon (15, 00 evro) va o'rnatish oson, bu haqiqatan ham universal va rasmda ko'rib turganingizdek, Cardio Data Logger uchun juda mos keladi.

Ma'lumotlar yozuvchisi tomonidan yozilgan ma'lumotlarni ishlatishning eng oddiy usuli - ularni kompyuterda standart dasturlar (masalan, Excel) yordamida grafikda chizish. Xuddi shu mashqni takrorlash natijasida olingan grafiklarni taqqoslash yoki HR o'zgarishi va jismoniy harakatlar o'rtasidagi bog'liqlikni tahlil qilish orqali siz mashg'ulot davomida kuchlar dozasini optimallashtirishingiz mumkin.

Tibbiy maqsadlar uchun kadrlar, xususan, kadrlar o'zgaruvchanligini (HRV) o'rganish katta qiziqish uyg'otadi. EKG trekidan farqli o'laroq, HR izida yurak mushaklarining ishlashi haqida to'g'ridan -to'g'ri ma'lumotlar mavjud emas. Biroq, statistik nuqtai nazardan uning tahlili klinik qiziqtirgan boshqa ma'lumotlarni olish imkonini beradi.

HRV haqidagi eng keng ma'lumot manbai Finlyandiyaning KUBIOS kompaniyasi. Ularning saytida siz Biotibbiy signallar haqida juda ko'p ma'lumotlarni topishingiz mumkin va siz "KUBIOS HRV Standard" ni, notijorat tadqiqotlari va shaxsiy foydalanish uchun pulsning o'zgaruvchanligini tahlil qilish uchun bepul dasturni yuklab olishingiz mumkin. Bu vosita nafaqat oddiy matnli fayldan grafiklar tuzishga (vaqt tamg'alarini olib tashlashingiz kerak), balki statistik va matematik baholarni (shu jumladan, FFT) bajarishga va quyida ilova qilinganidek, nihoyatda batafsil va qimmatli hisobotni yaratishga imkon beradi.

Shuni esda tutingki, faqat ixtisoslashgan shifokor har qanday darajadagi sport mashg'ulotlari uchun qanday imtihonlar kerakligini hal qilishi va ularning natijalarini baholashi mumkin.

Bu yo'riqnoma faqat elektronikani sog'liqni saqlash sohasida qo'llashda qiziqish va qiziqish yaratish maqsadida yozilgan.

Umid qilamanki, sizga yoqdi, sharhlar xush kelibsiz!