Cardio Data Logger: 7 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Թեև մեր օրերում առկա են բազմաթիվ դյուրակիր սարքեր (խելացի ժապավեններ, ժամացույցներ, սմարթֆոններ և այլն), որոնք կարող են հայտնաբերել սրտի բաբախյունը (HR) և հետքերի վերլուծություն կատարել, կրծքավանդակի գոտիների վրա հիմնված համակարգերը (ինչպես այն նկարի վերևում) դեռևս պահպանվում են: տարածված և օգտագործված, բայց բացակայում է չափումների հետքը գրանցելու և արտահանելու հնարավորությունը:

Իմ նախորդ Instructable Cardiosim- ում ես ներկայացրել եմ կրծքավանդակի գոտի (Սրտի) սիմուլյատոր, որը բացատրում է, որ իմ հաջորդ քայլերից մեկը սրտի բաբախյունի տվյալների գրանցիչ մշակելն էր: Այժմ ես պատրաստ եմ ներկայացնել այն այս Ուղեցույցում: Այս դյուրակիր միավորի գործառույթն է կրծքագեղձի գոտուց (կամ Cardiosim simulator- ից) ուղարկված HR ազդանշանի ընդունումն անցումային շրջանի ընթացքում (մարզում/հեծանվավազք/վազք,…) և հետքը գրանցել SD քարտի վրա, որպեսզի կատարել վերապատրաստումից հետո կատարողականի վերլուծություն (տե՛ս մանրամասները վերջին գլխում):

Սարքը սնուցվում է վերալիցքավորվող մարտկոցի համակարգով, ներառյալ լիցքավորման սխեման և DC խթանիչ կարգավորիչը:

Չօգտագործված նյութի իմ «պահեստից» ես որսացի համապատասխան պլաստիկ պատյան (135 մմ x 45 մմ x 20 մմ) և դրան հարմարեցրի միացման սխեմայի դասավորությունը ՝ կազմելով իմ կարիքները բավարարող աշխատանքային նախատիպ (բայց որի իրագործումը տեղ է թողնում բարելավում:-))

Քայլ 1: Հակիրճ նկարագրություն

Այս տեսակի սարքերի կողմից օգտագործվող LFMC (Freածր հաճախականությամբ մագնիսական հաղորդակցություն) տեխնոլոգիայի մասին արագ ներածության համար դիմեք Cardiosim Instructable- ի 1 -ին քայլին:

Իմ առաջին մտադրությունն էր օգտագործել Sparkfun RMCM01 մոդուլը որպես ստացողի միջերես, բայց այս ապրանքը այլևս հասանելի չէ (էլ չենք ասում, որ այն, այնուամենայնիվ, բավականին թանկ էր):

Այնուամենայնիվ, նայելով WEB- ին, ես գտա այս հետաքրքիր ձեռնարկը, որը ցույց է տալիս RMCM01- ը փոխարինող որոշ այլընտրանքային լուծումներ: Ես ընտրեցի 3 -րդ տարբերակը («Peter Borst Design», շնորհակալություն Peter!) ՝ հասնելով գերազանց արդյունքի ՝ օգտագործելով Cardiosim- ի նույն L/C բաղադրիչները, որոնք, սակայն, այստեղ միացված են որպես զուգահեռ ռեզոնանսային բաք: Հայտնաբերված ազդանշանը ուժեղացվում է, «մաքրվում», վերծանվում և փոխանցվում Arduino Pro Mini միկրոկառավարիչին: Programրագիրը վավերացնում է ստացված իմպուլսները, չափում է սրտի բաբախյունը (կամ ավելի լավ է երկու հաջորդական զարկերակների միջև ընկած ժամանակահատվածը) և պահում է բոլոր չափված միջակայքերը ASCII տեքստային ֆայլում (մեկ տող վավեր զարկերակի համար, յուրաքանչյուրը 16 նիշ, ներառյալ միջակայքը, ժամանակային նշանը և LF/CR) microSD քարտում: Ենթադրելով միջինում 80 ռիթմ / րոպե, մեկ ժամ ձայնագրման համար անհրաժեշտ է միայն (4800 տեքստային տող x 16 նիշ) = 76800 /1024 = 75 կԲայթ, հետևաբար նույնիսկ էժան 1 ԳԲ SD քարտը առաջարկում է ձայնագրման մեծ հզորություն:

Ձայնագրման ընթացքում դուք կարող եք տեղադրել նշիչ տողեր ՝ հետքը բաժանելու և առանձին նիստերի տարբեր փուլեր գնահատելու համար:

Քայլ 2. LiPo էլեկտրամատակարարում - սխեմաներ, մասեր և հավաքում

Էներգամատակարարումը զբաղեցնում է պատյանի հատակը: Բացառությամբ տրիմպոտի, ոչ մի բաղադրիչ չի գերազանցում 7 մմ բարձրությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս HR ընդունիչին և միկրոկոնտրոլերային սխեման տեղադրել էլեկտրասնուցումից վերև:

Ես օգտագործել եմ հետևյալ մասերը.

• 3.7V LiPo մարտկոց (հեռախոսի ցանկացած մարտկոց կարող է վերամշակվել, հզորության նվազումը այստեղ խնդիր չէ)
• USB TP4056 լիցքավորման մոդուլ, ես այն գնել եմ այստեղ
• SX1308 DC խթանման փոխարկիչ, ես այն գնել եմ այստեղ
• Փոքր նախատիպի տախտակ 40 x 30 մմ
• Մալուխ JST միակցիչով 2, 54 մմ 2 պինով, ինչպես այս մեկը
• (ըստ ցանկության) JST միակցիչ 2 մմ 2 փին, ինչպես այս մեկը

• (ըստ ցանկության) Մալուխ JST միակցիչով 2 մմ 2 փինով, ինչպես այս մեկը

Վերջին երկու տարրերի օգտագործումը կախված է ձեր օգտագործած մարտկոցից և այն լիցքավորիչի մոդուլին միացնելու եղանակից: Ես առաջարկում եմ 2 մմ JST միակցիչ, քանի որ շատ մարտկոցներ առաքվում են արդեն ամրացված մալուխով և 2 մմ վարդակով, ցանկացած այլ լուծում համարժեք է, քանի դեռ անհրաժեշտության դեպքում թույլ է տալիս մարտկոցի հեշտ փոխարինում: Ամեն դեպքում, զգույշ եղեք, որպեսզի հավաքման ընթացքում խուսափեք մարտկոցի սյուների միջև կարճ միացումներից:

TP4056 մոդուլը սնուցվում է միկրո USB պորտից և նախատեսված է վերալիցքավորվող լիթիումի մարտկոցներ լիցքավորելու համար `օգտագործելով մշտական / ընթացիկ / լարման (CC / CV) լիցքավորման եղանակ: Բացի լիթիումի մարտկոցի անվտանգ լիցքավորումից, մոդուլը նաև ապահովում է լիթիումի մարտկոցների պահանջվող անհրաժեշտ պաշտպանությունը:

SX1308- ը բարձր արդյունավետություն ունեցող DC/DC Step Up կարգավորելի փոխարկիչ է, որը ելքային լարումը հաստատուն է պահում +5V- ում ՝ նվազագույն մուտքի 3 Վ լարման դեպքում, ինչը թույլ է տալիս մարտկոցի հզորության լիարժեք շահագործում: Կարգավորեք ելքային լարումը եռակցիչով +5V- ի վրա, նախքան միկրոկառավարիչի միացումը միացնելը:

Data Logger- ի ընդհանուր սպառումը մոտ 20 մԱ է, հետևաբար նույնիսկ օգտագործված մարտկոցը ՝ 200 մԱ / ժ մնացորդային հզորությամբ (նոր հեռախոսի մարտկոցի սկզբնական հզորության <20%), թույլ կտա 10 ժամ ձայնագրել: Միակ թերությունն այն է, որ SX1308 հանգիստ հոսանքը մոտ 2 մԱ է, այնպես որ ավելի լավ է անջատեք մարտկոցը, եթե երկար ժամանակ չօգտագործեք Data Logger- ը:

Փոքր չափերի պատճառով երկու մոդուլներն էլ պետք է ամրացվեն `օգտագործելով միացման անցքերը` նախատիպերի տախտակի հետ էլեկտրական և մեխանիկական միացման համար `պղնձե մետաղալարերի կարճ կտորների միջոցով: Իր հերթին տախտակը կցվում է պատյանի հիմքին 3 մմ x 15 մմ պտուտակով (երկարությունը բավական է միկրոկոնտրոլերի վերևի սխեման նույն պտուտակով ամրացնելու համար): Տախտակը տեղակայված է մարտկոցի համար JST 2 մմ միակցիչով (հասանելի է միայն SMD տարբերակով, սակայն կապումներն ուղղահայաց ծալելով կարող եք այն «շրջել» PTH տարբերակով) և բոլոր լարերը `ըստ սխեմայի: Պարզապես վստահ լինելու համար, ես միակցիչի մարմինը սոսնձեցի տախտակին ՝ հասնելով լավ մեխանիկական կնիքի:

Մարտկոցը տեղադրված է տուփի ներքևի մնացած հատվածում, իսկ դրա հետևում կա երկրորդ 3 մմ x 15 մմ պտուտակ ՝ 8 մմ ուղղահայաց հեռավորությամբ ՝ մարտկոցի վերևի (այն, ինչևէ, մեկուսացված) և ներքևի միջև շփումներից խուսափելու համար: վերին միացում:

Քայլ 3. Կադրերի ընդունիչ և տվյալների գրանցիչ - սխեմաներ, մասեր և հավաքում

Հիմնական խորհուրդը բաղկացած է.

• Նախատիպավորման տախտակ 40 մմ x 120 մմ
• Inductance 39mH, ես օգտագործել եմ BOURNS RLB0913-393K
• 2 x կոնդենսատոր 22nF
• Կոնդենսատոր 4.7nF
• Կոնդենսատոր 47nF
• Կոնդենսատոր 39pF
• Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր 10uF/25V
• Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր 1uF/50V
• 3 x Resistor 10K
• 2 x Resistor 100K
• 3 x Resistor 1K
• 4 x Resistor 220R
• Ռեզիստոր 1 Մ
• 47K դիմադրություն
• Դիմադրություն 22K
• Trimpot 50K
• Դիոդ 1N4148
• LED 3 մմ կապույտ
• 2 x LED 3 մմ կանաչ
• LED 3 մմ դեղին
• LED կարմիր 3 մմ
• Երկակի ցածր աղմուկ JFET- ներածման գործառնական ուժեղացուցիչներ TL072P
• Hex Inverting Schmitt Trrigger 74HC14
• JST միակցիչ 2.54 մմ 2 կապ, ինչպես այս մեկը
• 2 x միկրո անջատիչներ, Alcoswitch տիպի
• Միկրոկառավարիչ Arduino Pro Mini, 16 ՄՀց 5 Վ
• Միկրո SD քարտի մոդուլ SPI 5V DFRobots- ից

L1- ից և C1- ից կազմված զուգահեռ ռեզոնանսային բաքի ռեզոնանսային հաճախականությունը կազմում է մոտ 5.4 կՀց, ինչը բավական մոտ է փոխանցվող ազդանշանի մագնիսական դաշտի 5.3 կՀց հաճախականությանը `այն լարման վերածելու համար: Հիշեք, որ շատ դեպքերում կրիչը մոդուլացվում է պարզ OOK (On-OFF Keying) ձևաչափի հիման վրա, որտեղ սրտի յուրաքանչյուր զարկերակը կրիչը «ON» է միացնում մոտ 10 ms: Հայտնաբերված ազդանշանը շատ թույլ է (տիպիկ 1 մՎ լարման ալիք ՝ աղբյուրից 60-80 սմ հեռավորության վրա, պայմանով, որ ինդուկտիվության առանցքը ճիշտ է հավասարեցված մագնիսական դաշտին), ուստի այն պետք է ուշադիր ուժեղացնել ՝ միջամտություններից և կեղծումից խուսափելու համար: հայտնաբերումներ: Առաջարկվող սխեման իմ լավագույն ջանքերի և տարբեր պայմաններում փորձարկումների արդյունք է: Եթե ձեզ հետաքրքրում է այս ասպեկտը խորացնելը և գուցե այն բարելավելը, ապա նայեք հաջորդ քայլին, այլապես կարող եք բաց թողնել այն:

Հետևյալ Schmitt Trigger դարպասները կատարում են թվայնացման և գագաթնակետի հայտնաբերման գործառույթը ՝ վերականգնելով սկզբնական մոդուլացնող ազդանշանը, որն ուղարկվում է Arduino Pro Mini- ին:

Pro Mini միկրոկառավարիչի տախտակը կատարյալ է այս նախագծի համար, քանի որ ինքնաթիռի բյուրեղը թույլ է տալիս չափումների բարձր ճշգրտություն (որոնք էական են «բժշկական» տեսանկյունից, տես վերջին քայլը), և միևնույն ժամանակ այն զերծ է ցանկացած այլ բանից: սարքի կարիք չկա, ինչը հանգեցնում է էներգիայի ցածր սպառման: Միակ թերությունն այն է, որ ծածկագիրը բեռնելու համար ձեզ հարկավոր կլինի FTDI ինտերֆեյս ՝ Pro Mini- ն ձեր համակարգչի USB պորտին միացնելու համար: Pro Mini- ն միացված է.

• Անջատիչ S1. Սկսեք ձայնագրումը
• Անջատիչ S2. Տեղադրեք նշիչ
• Կապույտ LED: առկայծում է, երբ հայտնաբերվում է վավեր զարկերակ
• Կանաչ LED. Ձայնագրումը սկսված է
• Դեղին LED. Նշիչը տեղադրված է (կարճ թարթում) / outամկետը (ամրագրված է)
• MicroSD քարտի մոդուլ (SPI ավտոբուսի միջոցով)

3.3V- ով աշխատող SD քարտի շատ մոդուլներից տարբերվող, DFRobot մոդուլը գործում է 5V- ով, ուստի մակարդակի փոխարկիչի կարիք չկա:

Ինչ վերաբերում է հավաքմանը, ապա կարող եք նկատել, որ ես նախատիպի տախտակը բաժանել եմ երկու մասի ՝ կապված 1 մմ հաստությամբ պղնձե մետաղալարով երկու փոքր «կամուրջների» հետ: Սա անհրաժեշտ էր MicroSD քարտի մոդուլը երրորդ «շինարարական մակարդակի» բարձրացնելու և այն հարթեցնելու համար, որը ես փորագրել եմ պատյանում, անմիջապես USB պորտի անցքից վերև: Բացի այդ, ես տախտակի վրա փորել եմ երեք խորշ, մեկը ՝ DC/DC փոխարկիչի պոտենցիոմետր մուտք գործելու համար, մյուսը ՝ Arduino Pro Mini- ի սերիական ավտոբուսի միակցիչին (տեղադրված «դեմքով դեպի ներքև»), իսկ երրորդը ՝ ինդուկտիվություն

Քայլ 4. Կադրերի ընդունիչ - համեմունքների մոդելավորում

Սկսած իմ նշած Պիտեր Բորստի նախագծից ՝ իմ նպատակն էր հնարավորինս ընդլայնել հայտնաբերման տիրույթը ՝ միևնույն ժամանակ սահմանափակելով միջամտությունների նկատմամբ զգայունությունը և կեղծ իմպուլսների առաջացումը:

Ես որոշեցի փոխել Op-Amp- ի միայնակ լուծումը, քանի որ այն ապացուցեց, որ չափազանց զգայուն է միջամտությունների նկատմամբ, հավանաբար այն պատճառով, որ 10M հետադարձ ռեզիստորի արժեքը չափազանց բարձր է և ընդհանուր շահույթը երկու փուլով բաժանել:

Երկու փուլերն էլ ունեն DC- ի շահույթ G = 100 ՝ նվազելով շուրջ 70 @5.4KHz, բայց զգայունությունն օպտիմալացնելու համար մուտքային տարբեր դիմադրությամբ:

Այսպիսով, ենթադրենք, որ LC բաքի կողմից առաջացած ամենաթույլ ազդանշանի լարումը 1 մՎ է:

Եթե մենք փոխանցում ենք ընդունիչի ամբողջ սխեման Spice միջավայրում (ես օգտագործում եմ ADIsimPE), որը փոխարինում է LC զուգահեռ սխեման նույն լարվածությամբ և հաճախականությամբ սինուսային գեներատորով (5.4 ԿՀց) և գործարկում ենք սիմուլյացիան, նկատում ենք, որ ելքային լարումը V1- ից 1 -ինից: ուժեղացուցիչը դեռևս սինվիլիվ է (մասշտաբի գործոնի պատճառով մուտքային ալիքը գնահատելի չէ), ti ուժեղացուցիչն աշխատում է գծային գոտում: Բայց երկրորդ փուլից հետո ելքային լարումը V2 ցույց է տալիս, որ մենք այժմ հասնում ենք հագեցվածության (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V): Իրականում, TL07x ընտանիքը նախատեսված չէ երկաթուղուց դեպի ելք ելքի միջակայքի համար, բայց դա բավական է ապահով լուսանցքով գերազանցելու Schmitt Trigger դարպասի երկու շեմային մակարդակները և առաջացնելու մաքուր քառակուսի ալիք (V3):

Քայլ 5: Softwareրագրակազմ

Ստացողի փուլի բարձր շահույթի պատճառով և չնայած գագաթնակետային դետեկտորի փուլին, որը հիմնականում գործում է որպես ցածր փոխանցման զտիչ, Arduino Pro Mini- ի D3 կապում մուտքային ազդանշանը դեռ կարող է խիստ խախտվել և պետք է թվայնորեն նախապես մշակվի կեղծ բացահայտումների դեմ վավերականության ստուգում: Օրենսգիրքը երաշխավորում է, որ երկու պայման է բավարարված ՝ զարկերակը վավեր համարելու համար.

1. Իմպուլսը պետք է տևի առնվազն 5 ms
2. Երկու հաջորդական իմպուլսների միջև նվազագույն ընդունելի միջակայքը 100ms է (համապատասխանում է 600 րոպե / րոպեին, խիստ տախիկարդիայի սահմանից շատ ավելի հեռու):

Երբ զարկերակը վավերացվում է, նախորդից ստացված միջակայքը (ms) չափվում և պահվում է SD քարտի վրա «datalog.txt» ֆայլում ՝ ժամացույցի հետ միասին hh: mm: ss ձևաչափով, որտեղ 00:00: 00 -ը ներկայացնում է միկրոկառավարիչի վերջին վերակայման ժամանակը: Եթե SD քարտը բացակայում է, կարմիր LED լուսարձակը ցույց է տալիս սխալը:

Նոր ձայնագրման հետքը կարող է սկսվել/դադարեցվել Start/Stop անջատիչով S1, և կճանաչվի տեքստային ֆայլի սկզբում և վերջում համապատասխանաբար «; Start» և «; Stop» նշագծերով:

Եթե 2400 ms (25 bpm) ավելի երկար ժամանակ զարկերակ չի հայտնաբերվում, ֆայլում նշվում է «; Timeout» նշիչը, և դեղին LED D4- ը միացված է:

Եթե Marker Switch S2- ը սեղմվում է «; MarkerNumber» ձևաչափով լրացուցիչ նշիչ տող ձայնագրելու ժամանակ, ֆայլում գրված է նշիչի թվի ավտոմատ ավելացմամբ `0 -ից, և դեղին LED լուսարձակը կարճ ժամանակում բռնկվում է:

Կցված է Arduino- ի ամբողջական ծածկագիրը:

Քայլ 6: Նախնական կարգավորում և փորձարկում

Քայլ 7. Օգտագործում - Բժշկական ազդանշանի վերլուծություն

Իմ օգտագործած պարիսպի ձևը բավական մոտ է սմարթֆոնի մեկին, այնպես որ շուկայում կարող եք գտնել բազմաթիվ աքսեսուարներ այն հագնելու կամ մարզման սարքավորման վրա ամրացնելու համար: Մասնավորապես հեծանիվի համար կարող եմ առաջարկել սմարթֆոնի ունիվերսալ լեռ «Finn» անվամբ, որն արտադրվել է ավստրիական Bike Citizens ընկերության կողմից: Էժան (€ 15, 00) և հեշտ է տեղադրվել, այն իսկապես ունիվերսալ է և, ինչպես տեսնում եք նկարում, կատարյալ է նաև Cardio Data Logger- ի համար

Տվյալների գրանցիչի կողմից գրանցված հում տվյալների օգտագործման ամենապարզ միջոցը դրանք գրաֆիկի մեջ գծելն է `օգտագործելով ստանդարտ համակարգչային ծրագրեր (օրինակ` Excel): Համեմատելով նույն վարժությունը կրկնող գրաֆիկները կամ վերլուծելով մարդկային ռեսուրսների տատանումների և ֆիզիկական ջանքերի միջև փոխկապվածությունը, կարող եք օպտիմալացնել ուժերի չափաբաժինը գործունեության ընթացքում:

Բայց ամենամեծ հետաքրքրությունը ԲԿ -ի և, մասնավորապես, ՄՌ փոփոխականության (ՄՌԻ) ուսումնասիրությունն է բժշկական նպատակներով: Ի տարբերություն ԷՍԳ ուղու, ՄՌ հետքը չի պարունակում անմիջական տեղեկատվություն սրտի մկանների աշխատանքի մասին: Այնուամենայնիվ, վիճակագրական տեսանկյունից դրա վերլուծությունը թույլ է տալիս ձեռք բերել կլինիկական հետաքրքրություն ներկայացնող այլ տեղեկություններ:

HRV- ի վերաբերյալ գիտելիքների ամենաընդգրկուն աղբյուրը ֆիննական KUBIOS ընկերությունն է: Նրանց կայքում դուք կարող եք գտնել բազմաթիվ տեղեկություններ Կենսաբժշկական ազդանշանների մասին և կարող եք ներբեռնել «KUBIOS HRV Standard» ՝ սրտի զարկերի փոփոխականության անալիզի անվճար ծրագրակազմ ՝ ոչ առևտրային հետազոտությունների և անձնական օգտագործման համար: Այս գործիքը ոչ միայն թույլ է տալիս գծագրել գրաֆիկներ պարզ տեքստային ֆայլից (դուք պետք է հեռացնեք ժամանակային նշանները), այլև կատարել վիճակագրական և մաթեմատիկական գնահատումներ (ներառյալ FFT) և պատրաստել անհավատալիորեն մանրամասն և արժեքավոր զեկույց, ինչպես ստորև կցվածը:

Հիշեք, որ միայն մասնագիտացված բժիշկը կարող է որոշել, թե որ քննություններն են անհրաժեշտ ցանկացած մակարդակի սպորտային պրակտիկայի համար և գնահատել դրանց արդյունքները:

Այս Instructable- ը գրվել է միակ նպատակով `հետաքրքրություն և զվարճություն ստեղծելու առողջապահության ոլորտում էլեկտրոնիկայի կիրառման մեջ:

Հուսով եմ ձեզ դուր եկավ, մեկնաբանությունները ողջունելի են: