دائرة مراقبة معدل ضربات القلب

دائرة مراقبة معدل ضربات القلب

في هذه المقالة نناقش بشكل شامل دائرة مستشعر معدل ضربات القلب الإلكترونية الدقيقة نسبيًا التي تتم معالجتها بواسطة بضع مراحل دائرة opamp سلكية منفصلة ، وبعد ذلك سنتعلم كيف يمكن تعديل ذلك لإنشاء دائرة إنذار لمراقبة معدل ضربات القلب.



استخدام مجسات IR Photodiode

يتم استشعار نبضات القلب بشكل أساسي عن طريق ثنائيات صور الأشعة تحت الحمراء أحدهما مرسل الأشعة تحت الحمراء بينما الآخر متقبل.

تنعكس الأشعة تحت الحمراء التي يتم إلقاؤها بواسطة الصمام الثنائي لجهاز الإرسال من محتوى دم طرف الإصبع لشخص ما ويتم استقبالها بواسطة الصمام الثنائي لجهاز الاستقبال.





تختلف شدة الأشعة المنعكسة بنسبة يحددها معدل ضخ القلب والاختلاف في مستويات الدم المؤكسج داخل محتوى الدم.

تتم معالجة الإشارات المستشعرة من ثنائيات الأشعة تحت الحمراء بواسطة مراحل opamp الموضحة والتي هي في الواقع دارتان متطابقتان نشطتان لمرشح التمرير المنخفض تم تحديدهما عند حوالي 2.5 هرتز. وهذا يعني أن أقصى ما يمكن بلوغه قياس معدل ضربات القلب ستقتصر على حوالي 150 نبضة في الدقيقة.



نستخدم IC MCP602 للمعالجة في شكل IC1a و IC1b في تصميم مستشعر معدل ضربات القلب والمعالج المقترحين. IC هو opamp مزدوج تم تصنيعه بواسطة microchip.

تشغيل الدائرة

إنه مصمم للعمل مع الإمدادات الفردية ، وبالتالي يصبح مناسبًا للغاية للدائرة التي تمت مناقشتها والتي من المفترض أن تعمل من خلية واحدة 9 فولت.

هذا يعني أيضًا أن إخراج opamp سيكون قادرًا على إنتاج تقلبات جهد موجب إلى سالب كاملة تتوافق مع إشارات معدل ضربات القلب المحسوسة من ثنائيات الأشعة تحت الحمراء.

نظرًا لأن الظروف المحيطة قد تكون ملوثة بالكثير من الإشارات الشاردة ، يجب تحصين opamps ضد كل هذه الاضطرابات الكهربائية الزائفة ، وبالتالي يتم وضع حظر المكثفات في شكل المكثفات الموضحة 1 فائق التوهج عند مدخلات كل opamps.

تم تعيين opamp الأول لإنتاج ربح 101 ، والثاني مطابق لتكوين IC1a الأول تم تعيينه أيضًا عند 101 كسب.

ومع ذلك ، فإن هذا يعني أن الكسب الكلي أو النهائي للدائرة عند الخرج يتم تقديمه بمعدل مثير للإعجاب 101 × 101 = 10201 ، يضمن هذا الكسب العالي استشعارًا مثاليًا ومعالجة نبضات معدل ضربات القلب الضعيفة والغامضة للغاية التي يتم تسليمها من الأشعة تحت الحمراء الثنائيات.

يمكن رؤية مؤشر LED متصلًا عبر إخراج جهاز IC1b الثاني الذي يومض استجابةً لنبضات معدل ضربات القلب المستلمة من مرحلة الصمام الثنائي IR.

التطبيق المقدم هنا هو لأغراض التصميم المرجعي فقط وليس مخصصًا لأي استخدام لإنقاذ الأرواح أو المراقبة الطبية.

مخطط الرسم البياني

كيفية إعداد دائرة مستشعر معدل ضربات القلب

إعداد مستشعر معدل ضربات القلب المقترح ، المعالج في الواقع سهل للغاية.

كما سوف نفهم جميعًا أن الفرق بين الدم المؤكسج والدم منزوع الأكسجين يصعب تمييزه ويتطلب دقة قصوى من جميع النواحي لتمكين المعالج من الحكم على الاختلافات الدقيقة داخل مجرى الدم ومع ذلك يكون قادرًا على التحويل إلى تغير جهد التأرجح عند الخرج.

من أجل ضمان حزم الأشعة تحت الحمراء المُحسَّنة تمامًا من الصمام الثنائي IR Tx ، يجب أن يقتصر التيار عبره على نسبة محسوبة جيدًا بحيث يوفر الدم المؤكسج مقاومة أعلى نسبيًا للأشعة للمرور من خلالها ولكنه يسمح بكمية أقل نسبيًا من المقاومة للأشعة أثناء حالة الدم غير المؤكسج. هذا يجعل من السهل على opamp التمييز بين نبضات القلب.

يتم ذلك ببساطة عن طريق ضبط الإعداد المسبق المحدد البالغ 470 أوم.

احتفظ بطرف إصبع السبابة فوق الزوج D1 / D2 ، وقم بتشغيل الطاقة واستمر في ضبط الإعداد المسبق حتى يبدأ مؤشر LED في الإخراج في تطوير تأثير وامض مميز.

ختم الإعداد المسبق بمجرد تحقيق ذلك.

ترتيب وضع السبابة فوق الصمامات الثنائية للصور المرفقة

يمكن أن يتم ذلك عن طريق لحام الثنائيات فوق ثنائي الفينيل متعدد الكلور على مسافة محسوبة عن بعضها والتي تصبح جيدة فقط لطرف السبابة لتغطية الأطراف المشعة للديودات تمامًا.

للحصول على استجابة مثالية ، يجب وضع الثنائيات داخل أنابيب بلاستيكية غير شفافة ذات حجم مناسب ، كما هو موضح في الشكل التالي:

في القسم التالي سنتعرف على جهاز بسيط لمراقبة معدل ضربات القلب ودائرة إنذار مصممة خصيصًا لكبار السن لتتبع معدل ضربات القلب الحرج.

هنا يستكشف دائرة بسيطة يمكن استخدامها لمراقبة معدل ضربات القلب الحرج لمريض (مواطن كبير السن) ، كما تتضمن الدائرة أيضًا إنذارًا للإشارة إلى الموقف. تم طلب الفكرة من قبل السيد راج كومار موخيرجي

المواصفات الفنية

أتمنى أن تكون بخير.

الغرض من الكتابة هنا هو مشاركة فكرة مشروع ما معك - لتصميم 'منبه لمراقبة معدل ضربات القلب' والذي يمكن إجراؤه باستخدام مكونات منخفضة التكلفة متاحة بشكل شائع والذي سينتج إنذارًا مسموعًا كلما كان معدل النبض لأي شخص. وجد أنه غير طبيعي. يجب أن تستوفي الشروط التالية أيضًا:

أ. مدمجة وخفيفة الوزن ، وبالتالي فهي محمولة

ب. تستهلك الحد الأدنى من الطاقة ، لذلك يجب تشغيلها على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع لمدة شهر أو شهرين من بطاريتين AA أو عبوة 9 فولت

ج. يجب أن تكون دقيقة إلى حد ما في أدائها

أعلم أن هناك العديد من هذه الدوائر المتاحة على الشبكة ولكن أدائها وموثوقيتها موضع شك. يمكن أن تكون الوحدة مفيدة جدًا خاصةً لكبار السن (المصابين / غير المصابين بمرض في القلب) ، وللمرضى طريح الفراش وما إلى ذلك. عندما ينبض القلب بمعدل أعلى / أقل من متوسط ​​قيمة عتبة معينة ، سيصدر صوت الإنذار بصوت عالٍ بما يكفي لتنبيه الأشخاص المحيطين بالمريض.

آمل أن يكون اقتراحي واضحًا لك. ومع ذلك ، إذا كان لديك أي شك ، يرجى مراسلتي على البريد الإلكتروني.

شكرا لك،

أطيب التحيات،
راج كومار موخيرجي

التصميم

في المنشور السابق ، تعلمنا كيفية إنشاء دائرة مستشعر معدل ضربات القلب باستخدام المعالج ، والتي يمكن استخدامها بشكل مناسب في دائرة إنذار معدل ضربات القلب الحرجة المقترحة.

التطبيق المقدم هنا هو لأغراض التصميم المرجعي فقط وليس مخصصًا لأي استخدام لإنقاذ الأرواح أو المراقبة الطبية.

مخطط الرسم البياني

بالإشارة إلى المخططات أعلاه ، يمكننا أن نرى مرحلتين من الدوائر ، الأولى هي مستشعر / معالج معدل ضربات القلب بمضاعف تردد متكامل ، بينما الثاني في شكل مُدمج ، مقارن.

تم شرح تصميم معالج الإشارة العلوي بشكل شامل في الفقرة السابقة ، يستخدم مضاعف الجهد الإضافي الذي تم دمجه مع المعالج IC 4060 لمضاعفة معدلات ضربات القلب الأبطأ نسبيًا في معدل تردد مرتفع متغير نسبيًا.

يتم تغذية معدل نبض القلب عالي التردد المتغير نسبيًا أعلاه من pin7 لـ IC 4060 إلى مدخلات وحدة تكامل وظيفتها تحويل التردد المتغير رقميًا إلى إشارة تناظرية أسية متغيرة نسبيًا.

أخيرًا ، يتم تطبيق هذا الجهد التماثلي على الإدخال غير المقلوب لمقارن Ic 741. يتم ضبط المقارنة من خلال الإعداد المسبق المرفق 10 كيلو بحيث يظل مستوى الجهد عند pin3 أقل بقليل من الجهد المرجعي عند pin2 عندما يكون معدل ضربات القلب بالقرب من المنطقة الآمنة.

ومع ذلك ، إذا كان معدل ضربات القلب يميل إلى الزيادة فوق المنطقة الحرجة ، يتم تطوير مستوى جهد أعلى نسبيًا في pin3 الذي يعبر المستوى المرجعي pin2 مما يتسبب في ارتفاع خرج opamp وإصدار صوت الإنذار.

تم إعداد أجهزة المراقبة والإنذارات أعلاه فقط فيما يتعلق بمعدل ضربات القلب الحرج الأعلى ، من أجل تحقيق مراقبة ثنائية الاتجاه ، مما يعني الحصول على إنذار لمعدلات ضربات القلب الأعلى والأقل ... يمكن أن تكون الدائرة الثانية التي تتألف من IC555 و IC741 تم التخلص منه تمامًا واستبداله بمجموعة دائرة IC LM567 قياسية للحفاظ على إنتاجه منخفضًا عند معدل النبض الآمن ، والارتفاع عند المعدلات الحرجة لأعلى أو لأسفل.

تتكون دائرة تكييف الإشارة من مرشحين متطابقين نشطين منخفضي التمرير بتردد قطع يبلغ حوالي 2.5 هرتز.

هذا يعني أن الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب القابل للقياس يبلغ حوالي 150 نبضة في الدقيقة. مكبر الصوت التشغيلي IC المستخدم في هذه الدائرة هو MCP602 ، شريحة OpAmp مزدوجة من Microchip.

إنه يعمل بمصدر طاقة واحد ويوفر تأرجح خرج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية. يعد الترشيح ضروريًا لمنع أي ضوضاء عالية التردد موجودة في الإشارة.

إعداد مكاسب مكبر الصوت

يتم ضبط كسب كل مرحلة من مراحل الترشيح على 101 ، مما يعطي تضخيمًا إجماليًا يبلغ حوالي 10000. مطلوب مكثف 1 uF عند مدخل كل مرحلة لمنع مكون التيار المستمر في الإشارة.

تظهر معادلات حساب الكسب وتردد القطع لمرشح التمرير المنخفض النشط في مخطط الدائرة.

يوفر مضخم / مرشح مرحلتين مكاسب كافية لتعزيز الإشارة الضعيفة القادمة من وحدة مستشعر الصور وتحويلها إلى نبضة.

يومض مؤشر LED متصل في الخرج في كل مرة يتم فيها الكشف عن نبضة قلب.

تتكون دائرة تكييف الإشارة من مرشحين متطابقين نشطين منخفضي التمرير بتردد قطع يبلغ حوالي 2.5 هرتز. هذا يعني أن الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب القابل للقياس يبلغ حوالي 150 نبضة في الدقيقة.

مكبر الصوت التشغيلي IC المستخدم في هذه الدائرة هو MCP602 ، شريحة OpAmp مزدوجة من Microchip. إنه يعمل بمصدر طاقة واحد ويوفر تأرجح خرج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية. يعد الترشيح ضروريًا لمنع أي ضوضاء عالية التردد موجودة في الإشارة.

يتم ضبط كسب كل مرحلة من مراحل الترشيح على 101 ، مما يعطي تضخيمًا إجماليًا يبلغ حوالي 10000. مطلوب مكثف 1 uF عند مدخل كل مرحلة لمنع مكون التيار المستمر في الإشارة.

تظهر معادلات حساب الكسب وتردد القطع لمرشح التمرير المنخفض النشط في مخطط الدائرة. يوفر مضخم / مرشح مرحلتين مكاسب كافية لتعزيز الإشارة الضعيفة القادمة من وحدة مستشعر الصور وتحويلها إلى نبضة.

يومض مؤشر LED متصل في الخرج في كل مرة يتم فيها الكشف عن نبضة قلب. يذهب الإخراج من مكيف الإشارة إلى إدخال T0CKI الخاص بـ PIC16F628A.

إخلاء المسؤولية: على الرغم من اختبار الدائرة المذكورة أعلاه ، إلا أنها غير معتمدة طبيًا ، لذلك يُنصح المشاهدين بالمتابعة بحذر أثناء عمل هذه الدوائر واستخدامها.

يتم تقديم هذه المقالة لأغراض إعلامية بحتة ، مع عدم وجود نية لتقديم المشورة أو الاقتراحات الطبية. لا يمكن تحميل كاتب هذه المقالة وهذا الموقع الإلكتروني المسؤولية عن أي شكل من أشكال الخسارة التي قد تحدث للمستخدم أثناء استخدام هذه الدوائر ، وذلك لأي أسباب غير متوقعة.




زوج من: دائرة سخان التعريفي بالطاقة الشمسية التالي: دائرة شاحن البطارية الشمسية ذاتية التحسين