CardioSim: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

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

želite znati točno koju bateriju je potrebno zamijeniti (unutar pojasa ili unutar sata prijemnika), kada sustav prestane ispravno 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

su 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 korelacijske studije između HR -a i fizičkog napora u dinamičkim uvjetima - i radije koristite simulator pojasa s prsnim remenom (Cardio), a ne nositi cijelo vrijeme tijekom faza ispitivanja

Iz gore navedenih razloga nazvao sam instrukciju "CardioSim"

Korak 1: Kako to radi

Bežični prijenos impulsa pulsa između odašiljača (remena na prsima) i prijemnika (namjenski sat, kao i pokretnih traka za trčanje, sprava za vježbanje itd.) Temelji se na niskofrekventnoj magnetskoj komunikaciji (LFMC), a ne na tradicionalna radio-frekvencija.

Standardna frekvencija za ovu vrstu (analognih) nadzornih sustava je 5,3 kHz. Novi digitalni sustavi temelje se na Bluetooth tehnologiji, no to nije u opsegu 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 nosač magnetskog polja od 5,3 kHz generiran LC (serijskim) rezonantnim krugom moduliran na temelju 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, pod uvjetom da su obje zavojnice ispravno poravnane), pojačan i poslan u mjernu jedinicu.

Iako se na WEB -u mogu pronaći neki primjeri sklopa prijamnika, nisam uspio pronaći model odašiljača, pa sam odlučio analizirati signal generiran mojim prsnim pojasom i izgraditi sklop 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 maleno kućište:

• Futrola sa strip daskom, poput ove
• Traka od pjene velike gustoće, 50x25x10mm (poput one koja se koristi za pakiranje IC -ova)
• Mikrokontroler ATTiny85-20
• Vozač motora L293
• Regulator napona 5V, tip 7805 ili LD1117V50
• 2x elektrolitički kondenzator 10uF/25V
• Kondenzator 22n/100V
• Trimpot s osovinom, 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 induktivitet, visokokvalitetna feritna jezgra i nizak otpor obvezni su kako bi bili mali i kako bi se dobio dobar faktor kvalitete rezonantnog kruga.

Korak 3: Opis i kôd kruga

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 H-mosta sastavljen od 2 polumosta 1 i 2 upravljačkog 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 (i sa mojim ograničenim znanjem ATTiny -jevog asemblerskog koda uspio sam generirati samo jedan), upotrijebio sam half brige 3 kao pretvarač.

Za ove jednostavne zadatke unutarnji sat na 16 MHz je odgovarajući, 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 netko 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 osovinu trimpota. Raspored komponenti sam rasporedio tako da je baterija pričvršćena između trimpota i regulatora napona TO-220 i čvrsto blokirana u svom položaju trakom od pjene zalijepljenom za gornji poklopac.

Kao što možete primijetiti, induktivitet je postavljen vodoravno, t.i. s osi paralelnom s pločom. To 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 sastavljanja temeljito provjerite ispitivačem kruga sve spojeve ispitivačem kruga.

Korak 5: Testirajte krug

Najbolji alat za ispitivanje kruga je sat za prijam HR -a:

1. Položite sat uz CardioSim.
2. Postavite trimpot u srednji položaj i uključite jedinicu.
3. Crvena LED dioda trebala bi početi bljeskati u intervalima od 1 sekunde (60 bmp). To znači da je spremnik LC rezonatora pravilno napajan i da radi. Ako to nije slučaj, dvaput provjerite sve spojeve i mjesta zavarivanja.
4. Ako još nije automatski uključen, ručno uključite sat.
5. Sat bi trebao početi primati signal koji pokazuje izmjereni HR.
6. Okretanjem trimpota u krajnji položaj u oba smjera radi provjere punog raspona HR (tolerancija +/- 5% granica raspona je podnošljiva)

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 prijemnik će se zaglaviti, što će dovesti do nepredvidivih rezultata.

To može biti opasno u slučaju da ćete povećati tjelesne performanse i 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, svaki feedabck je dobrodošao!