CardioSim: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Prije svega, ovo je moj prvi Instructable, a ja nisam izvorni govornik engleskog (ili pisac), pa se unaprijed izvinjavam zbog općenito niske kvalitete. Međutim, nadam se da će ovaj vodič biti od pomoći ljudima koji koriste sistem za praćenje otkucaja srca (HR) (sastavljen od predajnika s pojasom na grudima i prijemnika) i koji:

želite znati tačno koju bateriju je potrebno zamijeniti (unutar pojasa ili unutar sata na prijemniku), kada sistem prestane pravilno raditi. Obično, samo da bi bili sigurni da će korisnik na kraju promijeniti obje baterije, iako je ona u pojasu izložena većem opterećenju i stoga se prazni brže od druge

ili

zainteresirani (kao i ja) za razvoj zapisnika podataka o pulsu za daljnje procjene - na primjer za statističku analizu HRV -a (varijacije otkucaja srca) u statičkim uvjetima, ili za studije korelacije između HR -a i fizičkog napora u dinamičkim uvjetima - i radije koristite simulator pojasa za grudni remen (Cardio), nego da nosite pravi cijelo vrijeme tijekom faza ispitivanja

Iz gore navedenih razloga nazvao sam svoju instrukciju "CardioSim"

Korak 1: Kako to funkcionira?

Bežični prijenos impulsa otkucaja srca između odašiljača (pojasa na prsima) i prijemnika (namjenski sat, kao i pokretne trake za trčanje, sprave za vježbanje itd.) Temelji se na niskofrekventnoj magnetskoj komunikaciji (LFMC), a ne na tradicionalna radio-frekvencija.

Standardna frekvencija za ovu vrstu (analognih) nadzornih sistema je 5,3 kHz. Novi digitalni sistemi zasnovani su na Bluetooth tehnologiji, ali ovo nije u dometu ovog vodiča.

Za one koji su zainteresirani za produbljivanje teme, opsežan opis LFMC tehnologije, uključujući prednosti i nedostatke u odnosu na RF, može se pronaći u ovoj bilješci o aplikaciji

ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/002…

Međutim, radi ovog projekta, dovoljno je znati da je nosilac magnetskog polja od 5,3 kHz generiran LC (serijskim) rezonantnim krugom moduliran na bazi jednostavnog OOK (On-OFF Keying) formata, gdje svaki srčani puls uključuje nosač na oko 10 ms. Signal se detektira (paralelnim) LC rezonantnim spremnikom (s istom rezonantnom frekvencijom magnetskog polja, i pod uvjetom da su obje zavojnice pravilno poravnate), pojačan i poslan u mjernu jedinicu.

Iako se na WEB -u mogu pronaći neki primjeri sklopa prijemnika, nisam uspio pronaći model odašiljača, pa sam odlučio analizirati signal koji stvara moj prsni pojas i izgraditi krug koji ga može simulirati, sa sličnu jačinu polja, frekvenciju i format.

Korak 2: Shema i dijelovi

Krugovi se sastoje od vrlo malo komponenti koje se mogu smjestiti u malo kućište:

• Futrola sa trakom, poput ove
• Traka od pjene velike gustoće, 50x25x10mm (poput one koja se koristi za pakovanje IC -ova)
• Mikrokontroler ATTiny85-20
• Vozač motora L293
• Regulator napona 5V, tip 7805 ili LD1117V50
• 2x elektrolitički kondenzator 10uF/25V
• Kondenzator 22n/100V
• Trimpot sa vratilom, 10K, 1 okret, (kao u Arduino Starter Kit)
• Otpornik 22K
• Otpornik 220R
• LED crvena 5 mm
• Induktivnost 39mH, koristio sam BOURNS RLB0913-393K
• 9V baterija
• mini SPDT prekidač (reciklirao sam AM/FM prekidač sa starog tranzistorskog radija)

Najvažnija komponenta je induktivnost, visokokvalitetna feritna jezgra i niski otpor su obavezni kako bi bili mali i kako bi se dobio dobar faktor kvalitete rezonantnog kruga.

Korak 3: Opis kruga i kôd

Primjenjujući formulu LC sklopa prikazanu na crtežu, s L = 39mH i C = 22nF rezultirajuća frekvencija je oko 5,4 kHz, što je dovoljno blizu standardnoj vrijednosti od 5,3 kHz. LC spremnik pokreće pretvarač s H-mostom koji se sastoji od 2 polumosta 1 i 2 pogonskog sklopa motora IC L293. Nosivu frekvenciju generira mikrokontroler TINY85, koji također pokreće modulirajući signal koji simulira HR. Putem trimpota priključenog na analogni ulaz A1 otkucaji srca mogu se promijeniti s otprilike 40 na 170 bmp (otkucaja u minuti) - što se u stvarnim uvjetima smatra adekvatnim za većinu amaterskih sportaša. Budući da most trebaju pokretati dva suprotna kvadratna vala (a sa mojim ograničenim znanjem ATTiny -ovog Assembler koda uspio sam generirati samo jedan), upotrijebio sam half brige 3 kao pretvarač.

Za ove jednostavne zadatke interni sat na 16 MHz je adekvatan, međutim unaprijed sam izmjerio potreban faktor kalibracije za svoj čip i stavio ga u naredbeni redak "OSCCAL" u odjeljak za postavljanje. Za preuzimanje skice na ATTiny koristio sam Arduino Nano napunjen ArduinoISP kodom. Ako niste upoznati s ova dva koraka, na Webu postoji mnoštvo primjera, ako je neko zainteresiran, razvio sam vlastite verzije koje mogu dostaviti na zahtjev. U prilogu je kôd za ATTiny:

Korak 4: Sastavljanje kruga

Kućište je već imalo otvor od 5 mm na gornjem poklopcu koji je bio savršen za Led, a ja sam morao samo izbušiti drugi otvor od 6 mm, poravnat s prvim, za vratilo trimpota. Raspored komponenti sam rasporedio tako da je baterija pričvršćena između trimpota i regulatora napona TO-220 i čvrsto blokirana u svom položaju pjenom zalijepljenom za gornji poklopac.

Kao što možete primijetiti, induktivitet je postavljen vodoravno, t.i. sa osom paralelnom s pločom. Ovo je pod pretpostavkom da i induktivitet prijemnika leži u istom smjeru. U svakom slučaju, za optimalan prijenos, uvijek osigurajte da su obje osi paralelne (ne nužno na istoj prostornoj ravnini) i da nisu okomite jedna na drugu.

Na kraju montaže temeljno provjerite ispitivačem kruga sve veze sa ispitivačem kruga.

Korak 5: Testirajte krug

Najbolji alat za ispitivanje u krugu je sat za prijem HR monitora:

1. Položite sat pored CardioSim -a.
2. Postavite trimpot u srednji položaj i uključite jedinicu.
3. Crvena LED dioda trebala bi početi treptati u intervalima od približno 1 sekunde (60 bmp). Ovo ukazuje na to da je spremnik LC rezonatora pravilno napajan i da radi. Ako to nije slučaj, provjerite sve spojeve i mjesta zavarivanja.
4. Uključite sat ako već nije automatski uključen.
5. Sat bi trebao početi primati signal koji pokazuje izmjereni HR.
6. Okretanjem trimpota u krajnji položaj u oba smjera radi provjere punog raspona srčane frekvencije (tolerancija +/- 5% granica raspona je prihvatljiva)

Svi koraci prikazani su u priloženom videu

Korak 6: Upozorenje

Kao posljednji sigurnosni savjet, imajte na umu da LFMC implementiran u ovom jednostavnom formatu ne dopušta adresiranje različitih jedinica u istom rasponu polja, što znači da u slučaju da i CardioSim i pravi mjerni pojas šalju svoje signale istom prijemniku Jedinica, prijemnik će biti zaglavljen, s nepredvidivim rezultatima.

To može biti opasno u slučaju da ćete povećati tjelesne performanse i maksimalno povećati svoje napore na temelju izmjerenog HR -a. CardioSim je namijenjen samo za testiranje drugih jedinica, a ne za obuku!

To je sve, hvala što ste pročitali moj Instructable, svaka povratna informacija je dobrodošla!