Logger ya data ya Cardio: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Ingawa siku hizi vifaa vingi vya kubebeka (mikanda ya macho, saa za macho, simu mahiri,…) zinapatikana ambazo zinaweza kugundua Kiwango cha Moyo (HR) na kufanya uchambuzi wa athari, mifumo inayotegemea mikanda ya kifua (kama ile iliyo katika sehemu ya juu ya picha) bado imeenea na kutumika, lakini inakosa uwezekano wa kurekodi na kusafirisha athari za vipimo.

Katika Cardiosim yangu ya awali inayoweza kufundishwa nimewasilisha mkanda wa kamba ya kifua (Cardio) kuelezea kwamba moja ya hatua zangu zifuatazo ilikuwa kukuza kumbukumbu ya data ya kiwango cha moyo. Sasa niko tayari kuiwasilisha kwa hii inayoweza kufundishwa. Kazi ya kitengo hiki kinachoweza kubeba ni kupokea ishara ya HR iliyotumwa na mkanda wa kamba ya kifua (au Cardiosim simulator) wakati wa kikao cha mazoezi (mazoezi / baiskeli / mbio,…) na kurekodi athari kwenye kadi ya SD, ili fanya uchambuzi wa utendaji baada ya mafunzo (angalia maelezo katika sura ya mwisho).

Kitengo kinaendeshwa na mfumo wa betri inayoweza kuchajiwa, pamoja na kuchaji mzunguko na mdhibiti wa kuongeza DC.

Kutoka kwa "ghala" langu la nyenzo ambazo hazikutumiwa nilivua kasha ya plastiki inayofaa (135mm x 45mm x 20mm) na kuibadilisha mpangilio wa mzunguko kutoshea, na kutengeneza mfano wa kufanya kazi ambao unatimiza mahitaji yangu (lakini utambuzi wake unaacha nafasi ya uboreshaji:-))

Hatua ya 1: Maelezo mafupi

Tafadhali rejelea hatua ya 1 ya Cardiosim inayoweza kufundishwa kwa utangulizi wa haraka kuhusu teknolojia ya LFMC (Low Frequency Magnetic Communication) inayotumiwa na vifaa vya aina hii.

Nia yangu ya kwanza ilikuwa kutumia moduli ya Sparkfun RMCM01 kama kiolesura cha mpokeaji, lakini bidhaa hii haipatikani tena (achilia mbali kuwa ilikuwa ghali kabisa).

Walakini, nikitafuta WEB, nilipata Mafunzo haya ya kupendeza, ambayo yanaonyesha suluhisho zingine mbadala za kuchukua nafasi ya RMCM01. Nilichagua chaguo la 3 ("Peter Borst Design", asante Peter!), Kufikia matokeo bora kwa kutumia vifaa sawa vya L / C vya Cardiosim, hata hivyo imeunganishwa hapa kama tangi inayofanana ya resonant. Ishara iliyogunduliwa imeongezewa, "kusafishwa", ikasimbwa na kupelekwa kwa mdhibiti mdogo wa Arduino Pro Mini. Programu inathibitisha kunde zilizopokelewa, hupima mapigo ya moyo (au bora muda kati ya kunde mbili mfululizo) na huhifadhi vipindi vyote vilivyopimwa katika faili ya maandishi ya ASCII (mstari mmoja kwa kunde halali, herufi 16 kila moja ikiwa ni pamoja na muda, muhuri wa muda na LF / CR) kwenye kadi ya MicroSD. Kwa kudhani wastani wa HR wa 80bpm, saa ya kurekodi inahitaji tu (laini za maandishi 4800 x herufi 16) = 76800/1024 = 75kBytes, kwa hivyo hata kadi ya 1GB ya bei rahisi inatoa uwezo mwingi wa kurekodi.

Wakati wa kurekodi unaweza kuingiza mistari ya alama ili kugawanya athari na kukagua awamu tofauti za kikao.

Hatua ya 2: Ugavi wa Nguvu ya LiPo - Skematiki, Sehemu na Mkutano

Ugavi wa Nguvu unachukua chini ya kesi hiyo. Isipokuwa trimpot hakuna sehemu inayozidi urefu wa 7 mm, ambayo inatoa nafasi ya kuweka mpokeaji wa HR na mzunguko wa microcontroller juu ya usambazaji wa umeme.

Nilitumia sehemu zifuatazo:

• 3.7V LiPo betri (betri yoyote ya simu inaweza kusindika tena, uwezo uliopunguzwa sio suala hapa)
• Moduli ya kuchaji ya USB TP4056, niliinunua hapa
• SX1308 DC inakuza kibadilishaji, nilinunua hapa
• Bodi ndogo ya prototyping 40 x 30 mm
• Cable na kontakt JST 2, 54mm 2 pin, kama hii
• (hiari) kontakt JST 2mm 2 pini, kama hii

• (hiari) Cable na kontakt JST 2mm 2 pin, kama hii

Matumizi ya vitu viwili vya mwisho hutegemea betri utakayotumia na njia unayokusudia kuiunganisha kwenye moduli ya chaja. Ninashauri kiunganishi cha 2mm JST kwa sababu betri nyingi hutolewa na kebo iliyoshikamana tayari na kuziba 2mm, suluhisho lingine lolote linatosha maadamu inaruhusu ubadilishaji rahisi wa betri ikiwa inahitajika. Kwa hali yoyote, kuwa mwangalifu ili kuepuka mizunguko fupi kati ya nguzo za betri wakati wa mkutano.

Moduli ya TP4056 inaendeshwa kutoka kwa bandari ndogo ya USB na imeundwa kwa kuchaji betri za lithiamu zinazoweza kuchajiwa kwa kutumia njia ya kuchaji ya mara kwa mara / ya mara kwa mara (CC / CV). Mbali na kuchaji salama betri ya lithiamu moduli pia hutoa ulinzi muhimu unaohitajika na betri za lithiamu.

SX1308 ni ufanisi wa hali ya juu DC / DC Hatua ya kubadilisha Adjustable ambayo huweka voltage ya pato mara kwa mara kwa + 5V na kiwango cha chini cha pembejeo ya 3V, na hivyo kuruhusu unyonyaji kamili wa uwezo wa betri. Rekebisha voltage ya pato na trimpot saa + 5V kabla ya kuunganisha mzunguko wa microcontroller!

Matumizi ya jumla ya Logger Data ni karibu 20mA, kwa hivyo hata betri iliyotumiwa yenye uwezo wa kubaki wa 200mAh (<20% ya uwezo wa awali wa betri mpya ya simu) itaruhusu masaa 10 kurekodi. Kikwazo pekee ni kwamba SX1308 quiescent ya sasa iko karibu 2mA, kwa hivyo bora utenganishe betri ikiwa hutumii Logger ya data kwa muda mrefu.

Kwa sababu ya saizi ndogo, moduli zote mbili zinahitaji kurekebishwa kwa kutumia mashimo ya unganisho kwa unganisho la umeme na mitambo na bodi ya prototyping, kupitia vipande vifupi vya waya wa shaba. Kwa upande huo bodi imeambatishwa kwa msingi wa kesi hiyo na bisibisi ya 3mm x 15mm (urefu unatosha kufunga mzunguko wa microcontroller hapo juu na screw sawa). Bodi inashikilia kontakt ya JST 2mm kwa betri (inapatikana tu katika toleo la SMD, lakini kukunja pini kwa wima unaweza "kuigeuza" katika toleo la PTH) na wirings zote kulingana na skimu. Ili kuwa na hakika, niliunganisha mwili wa kiunganishi kwenye bodi kufikia muhuri mzuri wa kiufundi.

Betri imewekwa gorofa katika eneo lililobaki la chini ya kesi, na nyuma yake kuna screw ya pili ya 3mm x 15mm na spacer ya wima ya 8mm ili kuzuia mawasiliano kati ya juu ya betri (ambayo haijatengwa) na chini ya mzunguko wa juu.

Hatua ya 3: Mpokeaji wa HR na Logger ya Takwimu - Skematiki, Sehemu na Mkutano

Bodi kuu inajumuisha:

• Bodi ya prototyping 40mm x 120mm
• Inductance 39mH, nilitumia BOURNS RLB0913-393K
• 2 x Capacitor 22nF
• Msimamizi 4.7nF
• Capacitor 47nF
• Capacitor 39pF
• Umeme wa Umeme 10uF / 25V
• Capacitor ya Electrolytic 1uF / 50V
• 3 x Resistor 10K
• 2 x Resistor 100K
• 3 x Mpingaji 1K
• 4 x Resistor 220R
• Kuzuia 1M
• Kizuizi 47K
• Mpingaji 22K
• Trimpot 50K
• Diode 1N4148
• Bluu ya 3mm ya LED
• 2 x LED 3mm Kijani
• LED 3mm Njano
• LED 3mm Nyekundu
• Kelele mbili za chini za JFET-Input Amplifiers za Uendeshaji TL072P
• Hex Inabadilisha Schmitt Trrigger 74HC14
• Kiunganishi cha JST 2.54mm 2 Pin, kama hii
• 2 x microswitches, aina ya Alcoswitch
• Microcontroller Arduino Pro Mini, 16MHz 5V
• Moduli ya kadi ndogo ya SD SD SPI 5V kutoka DFRobots

Mzunguko wa resonance wa tank inayofanana ya resonant iliyoundwa na L1 na C1 ni karibu 5.4kHz, ambayo inalingana karibu na 5.3kHz ya kubeba uwanja wa sumaku wa ishara inayosambazwa kuibadilisha kuwa voltage. Kumbuka kwamba, katika hali nyingi, mtoa huduma hutengenezwa kwa msingi wa muundo rahisi wa OOK (On-OFF Keying), ambapo kila moyo unabadilisha mtoa huduma "ON" kwa karibu 10ms. Ishara iliyogunduliwa ni dhaifu sana (kwa nguvu 1mV sinewave katika umbali wa 60-80cm kutoka kwa chanzo, ikiwa mhimili wa inductance umewekwa sawa na uwanja wa sumaku), kwa hivyo inahitaji kuimarishwa kwa uangalifu ili kuzuia kuingiliwa na bandia upelelezi. Mzunguko uliopendekezwa ni matokeo ya juhudi zangu bora na masaa ya upimaji katika hali tofauti. Ikiwa una nia ya kuimarisha jambo hili - na labda kuiboresha - angalia hatua inayofuata, vinginevyo unaweza kuiruka.

Milango ifuatayo ya Schmitt Trigger hufanya utaftaji wa digrii na kazi ya kugundua kilele, ikirudisha ishara ya asili, ambayo hupelekwa kwa Arduino Pro Mini.

Bodi ya Pro Mini microcontroller ni kamili kwa mradi huu kwa sababu kioo kwenye bodi inaruhusu usahihi wa juu wa vipimo (ambavyo ni muhimu chini ya maoni ya "matibabu", angalia hatua ya mwisho), na wakati huo huo ni bure kutoka kwa nyingine yoyote. kifaa kisichohitajika, ambacho husababisha matumizi ya chini ya nguvu. Upungufu pekee ni kwamba kupakia nambari utahitaji kiolesura cha FTDI kuunganisha Pro Mini kwenye bandari ya USB ya kompyuta yako. Pro Mini imeunganishwa na:

• Badilisha S1: anza Kurekodi
• Badilisha S2: ingiza Alama
• LED ya Bluu: huangaza wakati kunde halali inagunduliwa
• Kijani cha LED: Kurekodi kulianza
• LED ya manjano: Alama imeingizwa (kupepesa kidogo) / Muda wa kumaliza (uliowekwa)
• Moduli ya kadi ya MicroSD (kupitia basi ya SPI)

Tofauti na moduli nyingi za kadi ya SD ambazo zinafanya kazi kwa 3.3V, Moduli ya DFRobot inafanya kazi kwa 5V, kwa hivyo hakuna shifter ya kiwango inahitajika.

Kwa habari ya mkutano huo, unaweza kugundua kuwa nimegawanya bodi ya prototyping vipande viwili, iliyounganishwa na "madaraja" mawili madogo ya waya mgumu wa 1mm ya shaba. Hii imekuwa muhimu kuinua moduli ya kadi ya MicroSD hadi "ngazi ya ujenzi" ya tatu na kuiweka sawa na mapumziko ambayo nimechonga kwenye kesi hiyo, juu tu ya sehemu ya bandari ya USB. Kwa kuongezea, nilichonga mapumziko matatu kwenye ubao wenyewe, moja kupata potentiometer ya kibadilishaji cha DC / DC, mwingine kupata kontakt ya basi ya serial ya Arduino Pro Mini (iliyowekwa "uso chini"), na ya tatu kwa inductance.

Hatua ya 4: Mpokeaji wa HR - Uigaji wa Viungo

Kuanzia muundo wa Peter Borst niliyoyataja hapo awali, lengo langu lilikuwa kujaribu kupanua anuwai ya utambuzi kadiri inavyowezekana, wakati huo huo kupunguza unyeti kwa kuingiliwa na kizazi cha kunde za uwongo.

Niliamua kubadilisha suluhisho la asili la Op-Amp kwa sababu imethibitisha kuwa nyeti sana kwa kuingiliwa, labda kwa sababu thamani ya kipinga maoni cha 10M ni kubwa sana, na kugawanya faida kwa jumla katika hatua mbili.

Hatua zote zina DC kupata G = 100, kupungua karibu 70 @ 5.4KHz, lakini kwa impedance tofauti ya pembejeo ili kuongeza unyeti.

Kwa hivyo wacha tufikirie kuwa voltage ya ishara dhaifu kabisa iliyozalishwa na tank ya LC ni 1mV.

Ikiwa tutahamisha mzunguko mzima wa mpokeaji katika mazingira ya Spice (ninatumia ADIsimPE) kuchukua nafasi ya mzunguko wa sambamba wa LC na jenereta ya sine na voltage sawa na masafa (5.4KHz) na kuendesha simulation, tunaona kuwa voltage ya pato V1 kutoka 1 amplifier bado ni sinewave (kwa sababu ya kiwango cha mwendo wa pembejeo hauthaminiwi), ti amplifier inafanya kazi katika ukanda wa mstari. Lakini baada ya hatua ya pili, voltage ya pato V2 inaonyesha kuwa sasa tunafikia kueneza (Vhigh = Vcc-1.5V / Vlow = 1.5V). Kwa kweli, familia ya TL07x haijaundwa kwa reli kwa safu ya ouput, lakini hii inatosha kuzidi kwa kiwango salama viwango vyote vya kizingiti cha lango la Schmitt Trigger na kutoa mraba safi (V3).

Hatua ya 5: Programu

Kwa sababu ya faida kubwa ya hatua ya mpokeaji, na licha ya hatua ya upelelezi wa juu ikifanya kama kichujio cha kupitisha cha chini, ishara ya kuingiza kwenye pini D3 ya Arduino Pro Mini bado inaweza kusumbuliwa sana na inahitaji kusindika kabla ya dijiti kupitia kuangalia uhalali dhidi ya upelelezi wa uwongo. Nambari hiyo inahakikisha kuwa hali mbili zinafikiwa ili kuzingatia mpigo kuwa halali:

1. Mapigo lazima yadumu angalau 5ms
2. Kipindi cha chini kinachokubalika kati ya kunde mbili mfululizo ni 100ms (sawa na 600 bpm, mbali zaidi ya kikomo cha tachycardia kali!)

Mara tu mapigo yatakapothibitishwa, muda (kwa ms) kutoka ile ya awali hupimwa na kuhifadhiwa kwenye kadi ya SD katika faili "datalog.txt", pamoja na muhuri wa muda katika muundo wa hh: mm: ss, ambapo 00:00: 00 inawakilisha wakati wa kuweka upya mwisho kwa mdhibiti mdogo. Ikiwa kadi ya SD haipo, taa nyekundu ya LED inaangazia hitilafu.

Njia mpya ya kurekodi inaweza kuanza / kusimamishwa na Start / Stop switch S1, na itatambuliwa na "; Anza" na "; Acha" laini ya alama mtawaliwa mwanzoni na mwisho wa faili ya maandishi.

Ikiwa hakuna kunde inayogunduliwa kwa muda mrefu zaidi ya ms 2400 (25 bpm), alama ya alama "; Muda wa muda" umewekwa kwenye faili na taa ya manjano ya D4 imewashwa.

Ikiwa Alama ya Kubadilisha S2 imebanwa wakati wa kurekodi laini ya alama zaidi katika muundo "; Nambari ya Alama", na nyongeza ya kiotomatiki ya nambari ya alama kuanzia 0, imeandikwa kwenye faili, na taa ya manjano ya LED inaangaza hivi karibuni.

Imeambatanisha nambari kamili ya Arduino.

Hatua ya 6: Usanidi wa awali na Upimaji

Hatua ya 7: Matumizi - Uchambuzi wa Ishara ya Matibabu

Fomu ya kiambatisho nilichotumia iko karibu kutosha kwa moja ya smartphone ili uweze kupata kwenye soko vifaa vingi vya kuivaa au kuiweka kwenye vifaa vya mazoezi. Hasa kwa baiskeli naweza kupendekeza mlima wa ulimwengu wa smartphone ulioitwa "Finn", uliotengenezwa na kampuni ya Wananchi wa Baiskeli ya Austria. Nafuu (€ 15, 00) na rahisi kupanda, ni kweli kwa ulimwengu wote na kama unavyoona kwenye picha kamili pia kwa Cardio Data Logger

Njia rahisi zaidi ya kutumia data ghafi iliyorekodiwa na Logger ya Takwimu ni kuyapanga kwenye grafu kwa kutumia programu za kawaida za PC (k.m. Excel). Kwa kulinganisha grafu zilizopatikana kurudia zoezi moja, au kuchambua uwiano kati ya tofauti za HR na juhudi za mwili, unaweza kuongeza kipimo cha vikosi wakati wa shughuli.

Lakini ya kufurahisha zaidi ni utafiti wa HR, na haswa ya HR Variablity (HRV), kwa madhumuni ya matibabu. Tofauti na wimbo wa ECG, ufuatiliaji wa HR hauna habari ya moja kwa moja juu ya utendaji wa misuli ya moyo. Walakini, uchambuzi wake kutoka kwa mtazamo wa kitakwimu huruhusu kupata habari zingine za kupendeza kwa kliniki.

Chanzo kamili cha maarifa kuhusu HRV ni kampuni ya KUBIOS ya Kifini. Kwenye wavuti yao unaweza kupata habari nyingi juu ya Ishara za Biomedical na unaweza kupakua "KUBIOS HRV Standard", programu ya bure ya uchambuzi wa utofauti wa kiwango cha moyo kwa utafiti ambao sio wa kibiashara na matumizi ya kibinafsi. Chombo hiki hakikuruhusu tu kupanga grafu kutoka kwa faili rahisi ya maandishi (lazima uondoe mihuri ya muda) lakini pia kufanya tathmini za takwimu na hesabu (pamoja na FFT) na utoe ripoti ya kina na ya thamani, kama ile iliyoambatishwa hapo chini.

Kumbuka kwamba ni daktari maalum tu ndiye anayeweza kuamua ni mitihani gani inayohitajika kwa mazoezi ya michezo katika kiwango chochote, na kutathmini matokeo yao.

Agizo hili limeandikwa kwa kusudi la pekee la kuunda hamu na raha katika kutumia umeme kwa huduma ya afya.

Natumahi umefurahiya, maoni yanakaribishwa!