информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Ольга Панова
  • Сергей Посохов
  • Roman Polostnikov
  • Абдусаламов Магом...
  • Комиссаров Мэлор ...
аватар: Al-ghaili Mohammed Ahmed

 Данный проект демонстрирует технику измерения частоты сердечных сокращений (пульса) по изменению объема крови в артерии пальца. В статье мы рассмотрим все основные моменты в аппаратной и программной реализации устройства.

Измеритель пульса на микроконтроллере PIC

рис.1.
Пульс – это количество ударов сердца в единицу времени, и обычно измеряется в ударах в минуту. Для взрослых нормальный пульс составляет 60-100 ударов в минуту при отсутствии нагрузок. Пульс, измеренный в отсутствии физических нагрузок, является важным показателем здоровья человека.

Для измерения пульса используется датчик, который состоит из инфракрасного светодиода, который передает ИК сигнал на палец человека, и фотодиода, который принимает отраженный от клеток крови сигнал. Светодиод и фотодиод должны быть расположены близко друг к другу, как показано на рисунке ниже.

ИК сенсор для измерителя пульса на микроконтроллере

 

Надписи на рисунке
IR diode ИК светодиод
Fingertip Кончик пальца
Photodiode Фотодиод

 

рис.2.

Интенсивность отраженного сигнала зависит от объема крови в кончике пальца. Следовательно, с каждым ударом сердца немного изменяется интенсивность отраженного ИК сигнала, которая фиксируется фотодиодом.

Изменяющийся с биением сердца человека объем крови в пальце вызывает появление импульсов на выходе фотодиода, однако величина их слишком мала для непосредственной подачи на микроконтроллер с целью обработки. Для решения этой задачи применена схема усиления и фильтрации сигнала на операционном усилителе. Вывод измеренного значения пульса осуществляется на 3-х разрядный семисегментный индикатор. Примененный микроконтроллер PIC16F628A производства компании Microchip.

Принципиальная схема

Схема нормализации сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальное измеряемое значение пульса составляет 150 ударов в минуту. Операционный усилитель, используемый в схеме MCP602 – сдвоенный операционный усилитель, работающий от однополярного источника напряжения. Выходной сигнал имеет размах, равный напряжению питания. Фильтрация сигнала необходима для блокирования высокочастотного шума.

 ИК сенсор и схема усиления/фильтрации сигнала
рис.3.

Коэффициент усиления каждой ступени равен 101, а итоговое усиление 10000. Входной конденсатор каждой ступени необходим для блокирования постоянной составляющей сигнала. Выражения для расчета коэффициента усиления и частоты среза фильтра приведены на рисунке. Такая схема обладает достаточными возможностями для повышения уровня сигнала с фотодиода, его фильтрации и преобразования в импульсы для дальнейшего подсчета микроконтроллером.

Светодиод Led (см. схему выше) на выходе фильтра мигает каждый раз, как определяется удар сердца.

Управление, подсчет импульсов и вычисления, вывод измеренного значения на индикатор выполняет микроконтроллер. Примененный индикатор – 3-хразрядный семисегментный, с общим анодом. Выводы сегментов a-g индикатора подключены к порту B микроконтроллера (RB0 – RB6, соответственно). Управление разрядами осуществляется посредством транзисторов BC557, подключенных к линиям ввода/вывода RA0-RA2 (сотни, десятки, единицы).

Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц, в качестве источника тактовой частоты применен кварцевый резонатор. Кнопка «Start» подключена к порту RB7 (вывод 13 микроконтроллера).

Расположение и назначение выводов микроконтроллера PIC16F628A
рис.4.Расположение и назначение выводов микроконтроллера PIC16F628A

По нажатию этой кнопки начинается измерение пульса, микроконтроллер активизирует передачу ИК импульсов на время 15 секунд. ИК светодиод, через управляющий транзистор BC547, подключен к порту RA3 (вывод 2 микроконтроллера). В течении этого времени осуществляется подсчет импульсов приходящих на вход TOCK1 таймера, встроенного в микроконтроллер (Timer0). Полученное количество импульсов умножается на 4, чтобы получить количество ударов сердца в минуту.

 микроконтроллер и управление
рис.5.

Величина пульса по окончанию измерения отображается на индикаторе. Для сброса результатов необходимо нажать на кнопку «Clear».

 Программное обеспечение микроконтроллера осуществляет управление и вычисление данных. С целью экономии ресурса батареи (в случае питания от батареи) модуль ИК сенсора активируется только при запуске измерения, включаясь на 15 секунд после нажатия кнопки «Start».

Импульсы, поступающие на вывод TOCK1 микроконтроллера, подсчитываются таймером Timer0, который работает в режиме счетчика без предделителя.

Программа для микроконтроллера полностью написана с использованием компилятора mikroC, разработанного компанией mikroElectronica, текст программы снабжен подробными комментариями.

Прибор очень прост в использовании. При включении питания на дисплее появится значение «000». Необходимо подождать несколько секунд, пока показания не исчезнут. Теперь необходимо поместить указательный палец на ИК сенсор и нажать кнопку «Start». Во время измерения нужно держать палец неподвижно до тех пор, пока на дисплее не появится измеренное значение пульса. Вы заметите, что светодиод будет мигать при ударе сердца (т.е. при определении удара сердца сенсором), и по истечению 15 секунд на дисплее отобразится значение пульса.

Измеритель пульса на микроконтроллере PICрис.6. 

 

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

13 + 2 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии