Circuito do monitor de freqüência cardíaca

Neste artigo, discutimos de forma abrangente um circuito sensor de frequência cardíaca eletrônico relativamente preciso processado por alguns estágios de circuito opamp com fiação discreta e, subsequentemente, aprenderemos como isso pode ser modificado para fazer um circuito de alarme de monitor de frequência cardíaca.

Usando sensores de fotodiodo infravermelho

A detecção dos pulsos do coração é feita basicamente por dois fotodiodos IR, um sendo o transmissor de IR e o outro aceitador.

Os raios IR emitidos pelo diodo transmissor são refletidos do conteúdo sanguíneo da ponta do dedo de uma pessoa e são recebidos pelo diodo receptor.

A intensidade dos raios refletidos varia em uma proporção determinada pela taxa de bombeamento do coração e pela diferença nos níveis de sangue oxigenado dentro do conteúdo do sangue.

Os sinais detectados dos diodos infravermelhos são processados ​​pelos estágios opamp mostrados que são, na verdade, um par de circuitos de filtro passa-baixo ativos idênticos, determinados para corte em cerca de 2,5 Hz. Isso implica que o máximo atingível medição de freqüência cardíaca seria restrito a cerca de 150 bpm.

Usamos o IC MCP602 para o processamento na forma de IC1a e IC1b no sensor de frequência cardíaca proposto e no design do processador. O IC é um opamp duplo fabricado por microchip.

Operação de Circuito

Ele é projetado para funcionar com fontes únicas e, portanto, torna-se extremamente favorável para o circuito discutido, que deve operar a partir de uma única célula de 9V.

Isso também significa que a saída do opamp seria capaz de produzir oscilações de voltagem totalmente positivas para negativas, correspondentes aos sinais de frequência cardíaca detectados dos diodos IR.

Uma vez que as condições ambientais podem estar poluídas com muitos sinais parasitas, os opamps precisam ser imunizados contra todos esses distúrbios elétricos espúrios, portanto, capacitores de bloqueio na forma dos capacitores de 1uF mostrados são posicionados nas entradas de cada opamps.

O primeiro opamp é definido para produzir um ganho de 101, sendo o segundo idêntico à primeira configuração IC1a também definido para 101 de ganho.

No entanto, isso implica que o ganho total ou final do circuito na saída é renderizado em impressionantes 101 x 101 = 10201, tal ganho alto garante uma detecção e processamento perfeitos dos pulsos de frequência cardíaca de entrada extremamente fracos e obscuros fornecidos pelo IR diodos.

Um LED pode ser visto conectado na saída do segundo opamp IC1b que pisca em resposta aos pulsos de frequência cardíaca recebidos do estágio de diodo IR.

O aplicativo apresentado aqui é apenas para fins de design de referência e não se destina a qualquer uso de salvamento de vidas ou monitoramento médico.

Diagrama de circuito

Como configurar o circuito do sensor de frequência cardíaca

Configurar o sensor de frequência cardíaca proposto, o processador é realmente muito fácil.

Como todos nós entenderemos que a diferença entre o sangue oxigenado e o sangue não oxigenado poderia ser dificilmente distinguível e requerer extrema precisão em todos os aspectos, a fim de permitir ao processador julgar as diferenças sutis dentro da corrente sanguínea e ainda ser capaz de converter em uma mudança de voltagem oscilante na saída.

A fim de garantir feixes infravermelhos perfeitamente otimizados do diodo IR Tx, a corrente através dele deve ser restrita a uma proporção bem calculada de modo que o sangue oxigenado ofereça uma resistência relativamente maior para os raios passarem, mas permite uma quantidade relativamente menor de resistência para os raios durante o estado desoxigenado do sangue. Isso torna mais fácil para o opamp distinguir entre os batimentos cardíacos.

Isso é feito simplesmente ajustando a predefinição de 470 ohms fornecida.

Mantenha a ponta do dedo indicador sobre o par D1 / D2, ligue a alimentação e continue ajustando a predefinição até que o LED na saída comece a desenvolver um efeito distinto de piscar.

Sele a predefinição quando isso for alcançado.

Arranjo de posicionamento do dedo indicador sobre os fotodiodos incluídos

Isso pode ser feito soldando os diodos sobre a placa de circuito impresso a uma distância calculada entre eles, o que se torna adequado para a ponta do dedo indicador cobrir completamente as pontas radiantes dos diodos.

Para uma resposta ideal, os diodos devem ser colocados dentro de tubos de plástico opaco de tamanho apropriado, conforme mostrado na figura a seguir:

Na seção a seguir, aprenderemos sobre um monitor de frequência cardíaca simples e um circuito de alarme especialmente projetado para idosos para manter um controle de sua frequência cardíaca crítica.

Aqui explora um circuito simples que pode ser usado para monitorar a frequência cardíaca crítica de um paciente (idoso), o circuito também inclui um alarme para indicar a situação. A ideia foi solicitada pelo Sr. Raj Kumar Mukherji

Especificações técnicas

Espero que você esteja bem.

O propósito de escrever aqui é compartilhar com você uma ideia de um projeto - projetar um 'alarme de monitor de freqüência cardíaca' que pode ser feito usando componentes de baixo custo comumente disponíveis e que irá produzir um alarme sonoro sempre que a taxa de pulso de alguém for considerado anormal. Ele deve atender às seguintes condições também:

uma. Compacto e leve, portanto portátil

b. Consuma energia mínima, portanto, deve funcionar 24x7 por um mês ou dois com um par de baterias AA ou um pacote de 9 volts

c. Deve ser bastante preciso em seu desempenho

Eu sei que existem muitos desses circuitos disponíveis na rede, mas seu desempenho e confiabilidade são questionáveis. A unidade pode ser muito útil especialmente para pessoas idosas (com / sem doença cardíaca), para pacientes que estão acamados e assim por diante. Quando o coração bate a uma frequência superior / inferior a um valor limite médio definido, o alarme soa alto o suficiente para alertar as pessoas ao redor do paciente.

Espero que minha proposta esteja clara para você. Porém, se você tiver alguma dúvida, por favor me mande um e-mail.

Obrigado,

Atenciosamente,
Raj Kumar Mukherji

O design

No post anterior, aprendemos como fazer um circuito sensor de frequência cardíaca com processador, que pode ser usado apropriadamente no circuito de alarme de frequência cardíaca crítico proposto.

O aplicativo apresentado aqui é apenas para fins de design de referência e não se destina a qualquer uso de salvamento de vidas ou monitoramento médico.

Diagrama de circuito

Referindo-nos aos diagramas acima, podemos ver alguns estágios do circuito, o primeiro sendo o sensor / processador de frequência cardíaca com um multiplicador de frequência integrado, enquanto o segundo na forma de um integrador, comparador.

O projeto do processador de sinal superior foi explicado de forma abrangente no parágrafo anterior , o multiplicador de voltagem adicional que foi integrado ao processador usa o IC 4060 para multiplicar as frequências cardíacas relativamente mais lentas em uma taxa de alta frequência que varia proporcionalmente.

A frequência cardíaca de alta frequência variando proporcionalmente acima do pino 7 do IC 4060 é alimentada para a entrada de um integrador cujo trabalho é converter a frequência digitalmente variável em um sinal analógico exponencial proporcionalmente variável.

Finalmente, esta tensão analógica é aplicada à entrada não inversora de um comparador Ic 741. O comparador é definido através da predefinição de 10k anexada de modo que o nível de voltagem no pino 3 permaneça logo abaixo da voltagem de referência no pino 2 quando a freqüência cardíaca estiver nas proximidades da região segura.

No entanto, se a freqüência cardíaca tende a aumentar na região crítica, um nível de tensão proporcionalmente mais alto é desenvolvido no pino 3, que cruza o nível de referência do pino 2, fazendo com que a saída do amp op aumente e soe o alarme.

A configuração acima apenas monitora e alarmes em relação à frequência cardíaca crítica mais alta, a fim de alcançar um monitoramento bidirecional, ou seja, obter um alarme para frequências cardíacas críticas mais altas e mais baixas ... o segundo circuito compreendendo o IC555 e IC741 poderia ser totalmente eliminado e substituído por um circuito IC LM567 padrão configurado para manter sua saída baixa na taxa de pulso segura e ir alta nas taxas críticas de aumento ou redução.

O circuito de condicionamento de sinal consiste em dois filtros passa-baixo ativos idênticos com uma frequência de corte de cerca de 2,5 Hz.

Isso significa que a freqüência cardíaca máxima mensurável é de cerca de 150 bpm. O amplificador operacional IC usado neste circuito é MCP602, um chip OpAmp duplo da Microchip.

Ele opera com uma única fonte de alimentação e oferece oscilação de saída de trilho para trilho. A filtragem é necessária para bloquear quaisquer ruídos de alta frequência presentes no sinal.

Configurando o ganho do amplificador

O ganho de cada estágio do filtro é ajustado para 101, dando a amplificação total de cerca de 10000. Um capacitor de 1 uF na entrada de cada estágio é necessário para bloquear o componente CC no sinal.

As equações para calcular o ganho e a frequência de corte do filtro passa-baixo ativo são mostradas no diagrama do circuito.

O amplificador / filtro de dois estágios fornece ganho suficiente para aumentar o sinal fraco proveniente da unidade fotossensora e convertê-lo em pulso.

Um LED conectado na saída pisca sempre que um batimento cardíaco é detectado.

O circuito de condicionamento de sinal consiste em dois filtros passa-baixo ativos idênticos com uma frequência de corte de cerca de 2,5 Hz. Isso significa que a freqüência cardíaca máxima mensurável é de cerca de 150 bpm.

O amplificador operacional IC usado neste circuito é MCP602, um chip OpAmp duplo da Microchip. Ele opera com uma única fonte de alimentação e oferece oscilação de saída de trilho para trilho. A filtragem é necessária para bloquear quaisquer ruídos de alta frequência presentes no sinal.

O ganho de cada estágio do filtro é ajustado para 101, dando a amplificação total de cerca de 10000. Um capacitor de 1 uF na entrada de cada estágio é necessário para bloquear o componente CC no sinal.

As equações para calcular o ganho e a frequência de corte do filtro passa-baixo ativo são mostradas no diagrama do circuito. O amplificador / filtro de dois estágios fornece ganho suficiente para aumentar o sinal fraco proveniente da unidade fotossensora e convertê-lo em pulso.

Um LED conectado na saída pisca sempre que um batimento cardíaco é detectado. A saída do condicionador de sinal vai para a entrada T0CKI do PIC16F628A.

Isenção de responsabilidade: embora o circuito acima seja testado, eles não são aprovados do ponto de vista médico, portanto, os visualizadores são aconselhados a proceder com cuidado ao fazer e usar esses circuitos.

Este artigo é apresentado com fins meramente informativos, sem a intenção de fornecer conselhos ou sugestões médicas. O autor deste artigo, e deste site não pode ser responsabilizado por qualquer forma de perda, que possa ocorrer ao usuário durante a utilização destes circuitos, por qualquer motivo imprevisto.