Cardio Data Logger: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Edhe pse në ditët e sotme janë të disponueshme shumë pajisje portative (breza të mençur, orë të mençura, smartphone,…) që mund të zbulojnë Rrahjet e Zemrës (HR) dhe të kryejnë analiza të gjurmëve, sistemet e bazuara në rripa të gjoksit (si ai në pjesën e sipërme të figurës) janë ende e përhapur dhe e përdorur, por që mungon mundësia për të regjistruar dhe eksportuar gjurmën e matjeve.

Në Cardiosim tim të mëparshëm Instructable kam paraqitur një imitues të rripit të kraharorit (Cardio) duke shpjeguar se një nga hapat e mi të ardhshëm ishte të zhvilloja një regjistrues të të dhënave të rrahjeve të zemrës. Tani jam gati ta paraqes atë në këtë Udhëzues. Funksioni i kësaj njësie portative është të marrë sinjalin HR të dërguar nga rripi i rripit të gjoksit (ose imituesi Cardiosim) gjatë një sesioni traning (stërvitje/çiklizëm/vrapim,…) dhe të regjistrojë gjurmët në një kartë SD, në mënyrë që të kryeni një analizë të performancës pas trajnimit (shihni detajet në kapitullin e fundit).

Njësia mundësohet nga një sistem i rimbushshëm i baterive, duke përfshirë qarkun e karikimit dhe rregullatorin e nxitjes DC.

Nga "magazina" ime e materialit të papërdorur gjuaja një kuti plastike të përshtatshme (135mm x 45mm x 20mm) dhe përshtata me të paraqitjen e qarkut që të përshtatet së bashku, duke bërë një prototip pune që plotëson nevojat e mia (por realizimi i të cilit lë hapësirë për përmirësim:-))

Hapi 1: Përshkrim i shkurtër

Ju lutemi referojuni Hapit 1 të Cardiosim Instructable për një hyrje të shpejtë në lidhje me teknologjinë LFMC (Komunikim magnetik me frekuencë të ulët) të përdorur nga këto lloj pajisjesh.

Synimi im i parë ishte të përdorja modulin Sparkfun RMCM01 si ndërfaqe të marrësit, por ky produkt nuk është më i disponueshëm (e lëre më se ishte gjithsesi mjaft i shtrenjtë).

Sidoqoftë, duke kërkuar në WEB, gjeta këtë Tutorial interesant, i cili tregon disa zgjidhje alternative për të zëvendësuar RMCM01. Zgjodha opsionin e 3 -të ("Dizajni Peter Borst", faleminderit Peter!), Duke arritur një rezultat të shkëlqyeshëm duke përdorur të njëjtët përbërës L/C të Cardiosim, megjithatë të lidhur këtu si rezervuar paralel rezonant. Sinjali i zbuluar amplifikohet, "pastrohet", deshifrohet dhe përcillet në një mikrokontrollues Arduino Pro Mini. Programi vërteton pulset e marra, mat rrahjet e zemrës (ose më mirë intervalin midis dy pulseve të njëpasnjëshme) dhe ruan të gjitha intervalet e matura në një skedar teksti ASCII (një rresht për impuls të vlefshëm, 16 karaktere secila duke përfshirë intervalin, vulën kohore dhe LF/CR) në kartën microSD. Duke supozuar një HR mesatare prej 80 rpm, një orë regjistrimi kërkon vetëm (4800 rreshta teksti x 16 karaktere) = 76800 /1024 = 75 kbajt, prandaj edhe një kartë SD e lirë 1 GB ofron shumë kapacitet regjistrimi.

Gjatë regjistrimit ju mund të futni vija shënuese për të ndarë gjurmën dhe për të vlerësuar veçmas faza të ndryshme sesioni.

Hapi 2: Furnizimi me energji LiPo - Skemat, Pjesët & Montimi

Furnizimi me energji elektrike zë pjesën e poshtme të kutisë. Përveç trimpotit asnjë përbërës nuk kalon 7 mm lartësi, gjë që i jep hapësirë montimit të marrësit HR dhe qarkut të mikrokontrolluesit mbi furnizimin me energji.

Kam përdorur pjesët e mëposhtme:

• 3.7V LiPo bateri (çdo bateri e telefonit mund të riciklohet, kapaciteti i reduktuar nuk është problem këtu)
• Moduli i karikimit USB TP4056, e bleva këtu
• SX1308 Konvertuesi i rritjes DC, e bleva këtu
• Pllakë e vogël prototipimi 40 x 30 mm
• Kabllo me lidhës JST 2, 54mm 2 pin, si ky
• (opsional) Lidhës JST 2mm 2 kunj, si ky

• (opsionale) Kabllo me lidhës JST 2mm 2 kunj, si ky

Përdorimi i dy artikujve të fundit varet nga bateria që do të përdorni dhe mënyra se si keni ndërmend ta lidhni atë me modulin e karikuesit. Unë sugjeroj lidhësin 2mm JST sepse shumë bateri dorëzohen me kabllo tashmë të bashkangjitur dhe prizë 2mm, çdo zgjidhje tjetër është e përshtatshme për aq kohë sa lejon një zëvendësim të lehtë të baterisë nëse është e nevojshme. Në çdo rast, kini kujdes që të shmangni qarqet e shkurtra midis shtyllave të baterisë gjatë montimit.

Moduli TP4056 mundësohet nga një portë mikro USB dhe është projektuar për karikimin e baterive litium të rimbushshme duke përdorur metodën e karikimit me rrymë konstante / tension të vazhdueshëm (CC / CV). Përveç ngarkimit të sigurt të një baterie litiumi, moduli gjithashtu siguron mbrojtjen e nevojshme të kërkuar nga bateritë litium.

SX1308 është një konvertues i rregullueshëm me efikasitet të lartë DC/DC Step Up që mban tensionin e daljes konstant në +5V me një tension minimal të hyrjes 3V, duke lejuar kështu shfrytëzimin e plotë të kapacitetit të baterisë. Rregulloni tensionin dalës me trimpot në +5V para se të lidhni qarkun e mikrokontrolluesit!

Konsumi i përgjithshëm i Data Logger është rreth 20mA, kështu që edhe një bateri e përdorur me një kapacitet të mbetur prej 200mAh (<20% e kapacitetit fillestar të një baterie të re të telefonit) do të lejojë 10 orë regjistrim. E vetmja pengesë është se rryma e qetë SX1308 është rreth 2mA, kështu që më mirë shkëputeni baterinë nëse nuk përdorni Data Logger për një kohë të gjatë.

Për shkak të madhësisë së vogël, të dy modulet duhet të fiksohen duke përdorur vrimat e lidhjes si për lidhje elektrike ashtu edhe mekanike me bordin e prototipit, përmes pjesëve të shkurtra të telit të bakrit. Nga ana tjetër, bordi është ngjitur në bazën e kutisë me një vidë 3mm x 15mm (gjatësia është e mjaftueshme për të fiksuar qarkun e mikrokontrolluesit më lart me të njëjtën vidë). Bordi strehon lidhësin JST 2mm për baterinë (e disponueshme vetëm në versionin SMD, por duke i palosur kunjat vertikalisht mund ta "ktheni" atë në një version PTH) dhe të gjitha telat sipas skemave. Vetëm për të qenë të sigurt, unë ngjita trupin e lidhësit në tabelë duke arritur një vulë të mirë mekanike.

Bateria vendoset e sheshtë në zonën e mbetur të pjesës së poshtme të kutisë, dhe pas saj ka një vidë të dytë 3mm x 15mm me një ndarës vertikal 8mm për të shmangur kontaktet midis pjesës së sipërme të baterisë (e cila gjithsesi është e izoluar) dhe pjesës së poshtme të baterisë qarku i sipërm.

Hapi 3: Marrësi i burimeve njerëzore dhe regjistruesi i të dhënave - Skemat, pjesët dhe montimi

Bordi kryesor përbëhet nga:

• Pllakë prototipimi 40mm x 120mm
• Induktancë 39mH, kam përdorur BOURNS RLB0913-393K
• 2 x Kondensator 22nF
• Kondensator 4.7nF
• Kondensator 47nF
• Kondensatori 39pF
• Kondensator elektolitik 10uF/25V
• Kondensator elektrolitik 1uF/50V
• 3 x Rezistencë 10K
• 2 x Rezistencë 100K
• 3 x Rezistencë 1K
• 4 x Rezistor 220R
• Rezistenca 1M
• Rezistenca 47K
• Rezistenca 22K
• Trimpot 50K
• Dioda 1N4148
• LED 3mm Blu
• 2 x LED 3mm E gjelbër
• LED 3mm E verdhë
• LED 3mm e kuqe
• Përforcues të dyfishtë me zhurmë të ulët JFET-hyrëse TL072P
• Hex Inverting Schmitt Trrigger 74HC14
• Lidhës JST 2.54mm 2 Pin, si ky
• 2 x mikroçelësa, lloji Alcoswitch
• Mikrokontrollues Arduino Pro Mini, 16MHz 5V
• Moduli i kartës Micro SD SPI 5V nga DFRobots

Frekuenca e rezonancës së rezervuarit paralel rezonant të përbërë nga L1 dhe C1 është rreth 5.4kHz, që përputhet mjaftueshëm me 5.3kHz të bartësit të fushës magnetike të sinjalit të transmetuar për ta kthyer atë në tension. Mos harroni se, në shumicën e rasteve, transportuesi modulohet në bazë të një formati të thjeshtë OOK (On-OFF Keying), ku secili puls i zemrës e ndërron transportuesin "ON" për rreth 10ms. Sinjali i zbuluar është shumë i dobët (në mënyrë tipike një valë nyje 1mV në një distancë prej 60-80cm nga burimi, me kusht që boshti i induktancës të jetë i përafruar siç duhet me fushën magnetike), kështu që duhet të amplifikohet me kujdes për të shmangur ndërhyrjet dhe rreme. zbulimet Qarku i propozuar është rezultat i përpjekjeve të mia më të mira dhe i orëve të testimit në kushte të ndryshme. Nëse jeni të interesuar për të thelluar këtë aspekt - dhe ndoshta për ta përmirësuar atë - hidhini një sy hapit tjetër, përndryshe mund ta kaloni.

Portat e mëposhtme Schmitt Trigger kryejnë dixhitalizimin dhe funksionin e zbulimit të pikut, duke rikthyer sinjalin modulues origjinal, i cili përcillet në Arduino Pro Mini.

Bordi i mikrokontrolluesit Pro Mini është i përsosur për këtë projekt sepse kristali në bord lejon një saktësi të lartë të matjeve (të cilat janë thelbësore nën këndvështrimin "mjekësor", shihni hapin e fundit), dhe në të njëjtën kohë është i lirë nga çdo tjetër nuk ka nevojë për pajisje, e cila rezulton në një konsum të ulët të energjisë. E vetmja pengesë është se për të ngarkuar kodin do t'ju duhet një ndërfaqe FTDI për të lidhur Pro Mini me portën USB të kompjuterit tuaj. Pro Mini është i lidhur me:

• Ndërroni S1: filloni Regjistrimin
• Ndërroni S2: futni Shënuesin
• LED LED blu: pulson kur zbulohet një impuls i vlefshëm
• LED i gjelbër: Regjistrimi filloi
• LED i verdhë: Shënuesi është futur (ndezje e shkurtër) / Koha e përfundimit (fikse)
• Moduli i kartës MicroSD (përmes autobusit SPI)

Ndryshe nga shumë module të kartave SD të cilat funksionojnë në 3.3V, moduli DFRobot funksionon në 5V, kështu që nuk nevojitet ndërrues niveli.

Sa i përket montimit, mund të vini re se unë e kam ndarë bordin e prototipit në dy pjesë, të lidhura me dy "ura" të vogla prej tela të ngurtë bakri 1 mm. Kjo ka qenë e nevojshme për të ngritur modulin e kartës MicroSD në një "nivel ndërtimi" të tretë dhe për ta lidhur atë me gropën që kam gdhendur në kasë, pak mbi të çarat për portën USB. Për më tepër, unë gdhenda tre prerje në vetë tabelën, një për të hyrë në potenciometrin e konvertuesit DC/DC, një tjetër për të hyrë në lidhësin e autobusit serik të Arduino Pro Mini (i montuar "me fytyrë poshtë"), dhe i treti për induktancë

Hapi 4: Marrësi i burimeve njerëzore - Simulimi i erëzave

Duke u nisur nga modeli i Peter Borst që kam përmendur më parë, qëllimi im ishte të përpiqesha të zgjasja gamën e zbulimit sa më shumë që të ishte e mundur, duke kufizuar në të njëjtën kohë ndjeshmërinë ndaj ndërhyrjeve dhe gjenerimin e impulseve të rreme.

Vendosa të ndryshoj zgjidhjen origjinale të vetme Op-Amp sepse është vërtetuar se është shumë e ndjeshme ndaj ndërhyrjeve, ndoshta sepse vlera e rezistencës së reagimit 10M është shumë e lartë, dhe për të ndarë fitimin e përgjithshëm në dy faza.

Të dyja fazat kanë një fitim DC G = 100, duke u ulur rreth 70 @5.4KHz, por me rezistencë të ndryshme hyrëse për të optimizuar ndjeshmërinë.

Pra, le të supozojmë se tensioni i sinjalit më të dobët të gjeneruar nga rezervuari LC është 1mV.

Nëse transferojmë të gjithë qarkun e marrësit në një mjedis Spice (unë përdor ADIsimPE) duke zëvendësuar qarkun paralel LC me një gjenerator sinus me të njëjtin tension dhe frekuencë (5.4KHz) dhe drejtojmë simulimin, vërejmë se tensioni i daljes V1 nga 1 amplifikatori është akoma një valë sine (për shkak të faktorit të shkallës, vala valore e hyrjes nuk është e vlerësueshme), ti amplifikatori po punon në zonën lineare. Por pas fazës së dytë, tensioni i daljes V2 tregon se tani jemi duke arritur ngopjen (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). Në fakt, familja TL07x nuk është projektuar për intervalin e daljes hekurudhore në hekurudhë, por kjo është e mjaftueshme për të tejkaluar me një diferencë të sigurt të dy nivelet e pragut të portës Schmitt Trigger dhe për të gjeneruar një valë katrore të pastër (V3).

Hapi 5: Softuer

Për shkak të fitimit të lartë të fazës së marrësit, dhe pavarësisht se faza e pikut të detektorit vepron në thelb si një filtër me kalim të ulët, sinjali i hyrjes në pin D3 të Arduino Pro Mini mund të shqetësohet akoma dhe duhet të përpunohet në mënyrë dixhitale përmes një kontroll i vlefshmërisë kundër zbulimeve të rreme. Kodi siguron që janë plotësuar dy kushte për ta konsideruar një puls si të vlefshëm:

1. Pulsi duhet të zgjasë të paktën 5ms
2. Intervali minimal i pranueshëm midis dy pulseve të njëpasnjëshme është 100ms (që korrespondon me 600 rrahje në minutë, shumë përtej kufirit të një takikardie të rëndë!)

Pasi të jetë vërtetuar pulsi, intervali (në ms) nga ai i mëparshmi matet dhe ruhet në kartën SD në një skedar "datalog.txt", së bashku me një etiketë kohore në formatin hh: mm: ss, ku 00:00: 00 paraqet kohën e rivendosjes së fundit të mikrokontrolluesit. Nëse karta SD mungon, LED e kuqe ndizet duke treguar gabim.

Një gjurmë e re regjistrimi mund të fillohet/ndalet me çelësin Start/Stop S1, dhe do të identifikohet me një linjë shënues "; Start" dhe "; Stop" përkatësisht në fillim dhe në fund të skedarit tekst.

Nëse asnjë impuls nuk zbulohet për një kohë më të gjatë se 2400 ms (25 rrahje në minutë), një vijë shënuese "; Timeout" vendoset në skedar dhe LED i verdhë D4 ndizet.

Nëse Marker Switch S2 shtypet gjatë regjistrimit të një linje shtesë shënuesi në formatin "; MarkerNumber", me rritje automatike të numrit të shënuesit duke filluar nga 0, është shkruar në skedar dhe LED i verdhë pulson së shpejti.

Bashkangjitur kodin e plotë Arduino.

Hapi 6: Konfigurimi dhe testimi fillestar

Hapi 7: Përdorimi - Analiza e Sinjalit Mjekësor

Forma e rrethimit që kam përdorur është mjaft e afërt me atë të një smartphone, kështu që mund të gjeni në treg shumë pajisje për ta veshur ose për ta montuar në një pajisje stërvitore. Në veçanti për biçikletën mund të sugjeroj montimin universal të smartphone -ve të quajtur "Finn", prodhuar nga kompania austriake Bike Citizens. I lirë (15 €, 00) dhe i lehtë për tu montuar, është vërtet universal dhe siç mund ta shihni në foto e përsosur edhe për Cardio Data Logger

Mënyra më e thjeshtë për të përdorur të dhënat e papërpunuara të regjistruara nga Data Logger është t'i vendosni ato në një grafik duke përdorur programe standarde të PC (p.sh. Excel). Duke krahasuar grafikët e marrë duke përsëritur të njëjtin ushtrim, ose duke analizuar korrelacionin midis variacioneve të HR dhe përpjekjeve fizike, ju mund të optimizoni dozën e forcave gjatë aktivitetit.

Por me interes më të madh është studimi i BNJ, dhe në veçanti i Ndryshueshmërisë së HR (HRV), për qëllime mjekësore. Ndryshe nga gjurmët e EKG -së, gjurma e HR nuk përmban informacion të drejtpërdrejtë në lidhje me funksionimin e muskujve kardiak. Sidoqoftë, analiza e tij nga pikëpamja statistikore ju lejon të merrni informacione të tjera me interes klinik.

Burimi më gjithëpërfshirës i njohurive për HRV është kompania finlandeze KUBIOS. Në faqen e tyre ju mund të gjeni shumë informacion në lidhje me Sinjalet Biomjekësore dhe mund të shkarkoni "KUBIOS HRV Standard", një softuer pa pagesë i analizës së ndryshueshmërisë së rrahjeve të zemrës për kërkime jo-komerciale dhe përdorim personal. Ky mjet jo vetëm që ju lejon të vizatoni grafikë nga një skedar teksti i thjeshtë (ju duhet të hiqni afatet kohore), por edhe të kryeni vlerësime statistikore dhe matematikore (përfshirë FFT) dhe të prodhoni një raport tepër të detajuar dhe të vlefshëm, si ai i bashkangjitur më poshtë.

Mos harroni se vetëm një mjek i specializuar është në gjendje të vendosë se cilat provime janë të nevojshme për praktikën sportive në çdo nivel dhe të vlerësojë rezultatet e tyre.

Ky udhëzues është shkruar me qëllimin e vetëm për të krijuar interes dhe argëtim në aplikimin e pajisjeve elektronike në kujdesin shëndetësor.

Shpresoj se ju ka pëlqyer, komentet janë të mirëseardhura!