Circuit de moniteur de fréquence cardiaque

Dans cet article, nous discutons en détail d'un circuit de capteur de fréquence cardiaque électronique relativement précis traité par quelques étages de circuit opamp câblés discrètement, et par la suite, nous apprendrons comment cela peut être modifié pour créer un circuit d'alarme de moniteur de fréquence cardiaque.

Utilisation de capteurs à photodiode infrarouge

La détection des impulsions cardiaques est essentiellement effectuée par deux photodiodes IR, l'une étant l'émetteur d'IR tandis que l'autre accepteur.

Les rayons IR émis par la diode émettrice sont réfléchis par le contenu sanguin du bout du doigt d'une personne et sont reçus par la diode réceptrice.

L'intensité des rayons réfléchis varie à une proportion déterminée par la fréquence de pompage cardiaque et par la différence des taux sanguins oxygénés à l'intérieur du contenu sanguin.

Les signaux détectés par les diodes infrarouges sont traités par les étages d'amplification optique représentés qui sont en fait un couple de circuits de filtre passe-bas actifs identiques déterminés à couper à environ 2,5 Hz. Cela implique que le maximum atteignable mesure de la fréquence cardiaque serait limité à environ 150 bpm.

Nous utilisons l'IC MCP602 pour le traitement sous la forme de IC1a et IC1b dans la conception proposée du capteur de fréquence cardiaque et du processeur. L'IC est un double opamp fabriqué par micropuce.

Fonctionnement du circuit

Il est conçu pour fonctionner avec des alimentations uniques et devient donc extrêmement favorable pour le circuit discuté qui est censé fonctionner à partir d'une seule cellule 9V.

Cela signifie également que la sortie de l'amplificateur opérationnel serait capable de produire des oscillations de tension positives à négatives complètes correspondant aux signaux de fréquence cardiaque détectés par les diodes IR.

Étant donné que les conditions ambiantes peuvent être polluées avec beaucoup de signaux parasites, les amplificateurs opérationnels doivent être immunisés contre toutes ces perturbations électriques parasites, par conséquent des condensateurs de blocage sous la forme des condensateurs 1 uF illustrés sont positionnés aux entrées de chaque amplificateur opérationnel.

Le premier opamp est réglé pour produire un gain de 101, le second étant identique à la première configuration IC1a est également réglé sur un gain de 101.

Cependant, cela implique que le gain total ou final du circuit à la sortie est rendu à un impressionnant 101 x 101 = 10201, un gain aussi élevé garantit une détection et un traitement parfaits des impulsions de fréquence cardiaque d'entrée extrêmement faibles et obscures délivrées par l'IR. diodes.

Une LED peut être vue attachée à la sortie du deuxième ampli-op IC1b qui clignote en réponse aux impulsions de fréquence cardiaque reçues de l'étage de diode IR.

L'application présentée ici est uniquement à des fins de conception de référence et n'est pas destinée à une utilisation de sauvetage ou de surveillance médicale.

Schéma

Comment configurer le circuit du capteur de fréquence cardiaque

La configuration du capteur de fréquence cardiaque proposé, le processeur est en fait très facile.

Comme nous le comprendrons tous, la différence entre le sang oxygéné et le sang désoxygéné pourrait être difficilement distinguable et nécessiter une extrême précision à tous égards afin de permettre au processeur de juger les différences subtiles dans la circulation sanguine tout en étant capable de se convertir en un changement de tension oscillant à la sortie.

Afin d'assurer un faisceau IR parfaitement optimisé de la diode IR Tx, le courant qui la traverse doit être limité à une proportion bien calculée de sorte que le sang oxygéné offre une résistance relativement plus élevée au passage des rayons mais permet une résistance relativement plus faible. pour les rayons pendant l'état désoxygéné du sang. Cela permet à l'ampli-op de distinguer plus facilement les pulsations cardiaques.

Cela se fait simplement en ajustant le préréglage de 470 ohms donné.

Gardez votre index sur la paire D1 / D2, mettez sous tension et continuez à ajuster le préréglage jusqu'à ce que la LED à la sortie commence à développer un effet de clignotement distinct.

Scellez le préréglage une fois que cela est réalisé.

Disposition de positionnement de l'index sur les photodiodes fournies

Cela peut être fait en soudant les diodes sur le PCB à une distance calculée l'une de l'autre, ce qui devient tout simplement bon pour que le bout de l'index recouvre complètement les pointes rayonnantes des diodes.

Pour une réponse optimale, les diodes doivent être enfermées dans des tuyaux en plastique opaque de taille appropriée, comme illustré dans la figure suivante:

Dans la section suivante, nous découvrirons un simple moniteur de fréquence cardiaque et un circuit d'alarme spécialement conçus pour les personnes âgées pour garder une trace de leur fréquence cardiaque critique.

Ici explore un circuit simple qui peut être utilisé pour surveiller la fréquence cardiaque critique d'un patient (personne âgée), le circuit comprend également une alarme pour indiquer la situation. L'idée a été demandée par M. Raj Kumar Mukherji

Spécifications techniques

J'espère que tu vas bien.

Le but d'écrire ici est de partager avec vous une idée de projet - de concevoir une `` alarme de moniteur de fréquence cardiaque '' qui peut être réalisée en utilisant des composants à faible coût couramment disponibles et qui produira une alarme sonore chaque fois que la fréquence cardiaque de quelqu'un est trouvé anormal. Il doit également remplir les conditions suivantes:

une. Compact et léger, donc portable

b. Consommez un minimum d'énergie, donc devrait fonctionner 24x7 pendant un mois ou deux avec deux piles AA ou un pack de 9 volts

c. Devrait être assez précis dans ses performances

Je sais qu'il existe de nombreux circuits de ce type disponibles sur le net, mais leurs performances et leur fiabilité sont discutables. L'unité peut être très utile en particulier pour les personnes âgées (avec / sans maladie cardiaque), pour les patients alités et ainsi de suite. Lorsque le cœur bat à une fréquence supérieure / inférieure à une valeur de seuil moyenne définie, l'alarme retentit suffisamment fort pour alerter les personnes autour du patient.

J'espère que ma proposition est claire pour vous. Cependant, si vous avez le moindre doute, envoyez-moi un e-mail.

Merci,

Sincères amitiés,
Raj Kumar Mukherji

La conception

Dans l'article précédent, nous avons appris à créer un circuit de capteur de fréquence cardiaque avec processeur, qui peut être utilisé de manière appropriée dans le circuit d'alarme de fréquence cardiaque critique proposé.

L'application présentée ici est uniquement à des fins de conception de référence et n'est pas destinée à une utilisation de sauvetage ou de surveillance médicale.

Schéma

En se référant aux schémas ci-dessus, nous pouvons voir un couple d'étages de circuit, le premier étant le capteur / processeur de fréquence cardiaque avec un multiplicateur de fréquence intégré, tandis que le second sous la forme d'un intégrateur, comparateur.

La conception du processeur de signal supérieur a été expliquée en détail dans le paragraphe précédent , le multiplicateur de tension supplémentaire qui est intégré au processeur utilise l'IC 4060 pour multiplier les fréquences cardiaques relativement plus lentes en une fréquence haute fréquence variant proportionnellement.

La fréquence cardiaque haute fréquence variant proportionnellement ci-dessus à partir de la broche 7 de l'IC 4060 est appliquée à l'entrée d'un intégrateur dont le travail est de convertir la fréquence variant numériquement en un signal analogique exponentiel variant proportionnellement.

Enfin cette tension analogique est appliquée à l'entrée non inverseuse d'un comparateur Ic 741. Le comparateur est réglé via le préréglage 10k attaché de telle sorte que le niveau de tension à la broche3 reste juste en dessous de la tension de référence à la broche2 lorsque la fréquence cardiaque est à proximité de la région de sécurité.

Cependant, si la fréquence cardiaque a tendance à augmenter au-dessus de la région critique, un niveau de tension proportionnellement plus élevé est développé à la broche3 qui croise le niveau de référence de la broche2, ce qui fait que la sortie de l'amplificateur opérationnel devient élevée et déclenche l'alarme.

La configuration ci-dessus ne met en place que des moniteurs et des alarmes concernant la fréquence cardiaque critique plus élevée, afin d'obtenir une surveillance bidirectionnelle, ce qui signifie obtenir une alarme pour les fréquences cardiaques critiques supérieures et inférieures ... le deuxième circuit comprenant l'IC555 et l'IC741 pourrait être entièrement éliminé et remplacé par un circuit IC LM567 standard réglé pour maintenir sa sortie basse à la fréquence d'impulsion sûre, et monter à des taux critiques à la hausse ou à la baisse.

Le circuit de conditionnement du signal se compose de deux filtres passe-bas actifs identiques avec une fréquence de coupure d'environ 2,5 Hz.

Cela signifie que la fréquence cardiaque maximale mesurable est d'environ 150 bpm. L'amplificateur opérationnel IC utilisé dans ce circuit est MCP602, une double puce OpAmp de Microchip.

Il fonctionne avec une seule alimentation électrique et permet une rotation de sortie rail à rail. Le filtrage est nécessaire pour bloquer les bruits de fréquence plus élevée présents dans le signal.

Configuration du gain de l'amplificateur

Le gain de chaque étage de filtre est réglé à 101, ce qui donne l'amplification totale d'environ 10 000. Un condensateur de 1 uF à l'entrée de chaque étage est nécessaire pour bloquer la composante continue du signal.

Les équations de calcul du gain et de la fréquence de coupure du filtre passe-bas actif sont indiquées dans le schéma de circuit.

L'amplificateur / filtre à deux étages fournit un gain suffisant pour amplifier le signal faible provenant de l'unité de capteur photo et le convertir en une impulsion.

Une LED connectée à la sortie clignote chaque fois qu'un battement cardiaque est détecté.

Le circuit de conditionnement du signal se compose de deux filtres passe-bas actifs identiques avec une fréquence de coupure d'environ 2,5 Hz. Cela signifie que la fréquence cardiaque maximale mesurable est d'environ 150 bpm.

L'amplificateur opérationnel IC utilisé dans ce circuit est MCP602, une double puce OpAmp de Microchip. Il fonctionne avec une seule alimentation électrique et permet une rotation de sortie rail à rail. Le filtrage est nécessaire pour bloquer les bruits de fréquence plus élevée présents dans le signal.

Le gain de chaque étage de filtre est réglé à 101, ce qui donne l'amplification totale d'environ 10 000. Un condensateur de 1 uF à l'entrée de chaque étage est nécessaire pour bloquer la composante continue du signal.

Les équations de calcul du gain et de la fréquence de coupure du filtre passe-bas actif sont indiquées dans le schéma de circuit. L'amplificateur / filtre à deux étages fournit un gain suffisant pour amplifier le signal faible provenant de l'unité de capteur photo et le convertir en une impulsion.

Une LED connectée à la sortie clignote à chaque fois qu'un battement cardiaque est détecté. La sortie du conditionneur de signal va à l'entrée T0CKI du PIC16F628A.

Avis de non-responsabilité: bien que le circuit ci-dessus soit testé, ils ne sont pas médicalement approuvés, il est donc conseillé aux téléspectateurs de procéder avec prudence lors de la création et de l'utilisation de ces circuits.

Cet article est présenté à des fins purement informatives, sans intention de fournir des conseils médicaux ou des suggestions. L'auteur de cet article, et ce site Internet ne peuvent être tenus pour responsables de quelque forme de perte que ce soit, qui pourrait survenir à l'utilisateur lors de l'utilisation de ces circuits, pour des raisons imprévues.