يوفر مستشعر نبضات القلب طريقة بسيطة لدراسة وظيفة القلب والتي يمكن قياسها بناءً على مبدأ الإشارة النفسية والفسيولوجية المستخدمة كمحفز لنظام الواقع الافتراضي. تتغير كمية الدم في الإصبع حسب الوقت.

يضيء المستشعر شحمة ضوئية (مصباح صغير ساطع جدًا) عبر الأذن ويقيس الضوء الذي ينتقل إلى مقاوم يعتمد على الضوء . يتم عكس الإشارة المضخمة وتصفيتها في الدائرة. من أجل حساب معدل ضربات القلب بناءً على تدفق الدم إلى الإصبع ، يتم تجميع مستشعر معدل ضربات القلب بمساعدة LM358 OP-AMP لمراقبة نبضات القلب.

مستشعر نبضات القلب

ميزات مستشعر نبضات القلب

يشير إلى نبضات القلب بواسطة LED
يوفر إشارة خرج رقمية مباشرة لـ الاتصال بمتحكم دقيق
يمتلك الحجم الصغير
يعمل بجهد عمل + 5 فولت تيار مستمر

التطبيقات الأساسية لجهاز استشعار ضربات القلب

يعمل كمراقب رقمي لمعدل ضربات القلب
يعمل كنظام مراقبة صحة المريض
تستخدم كعنصر تحكم في التغذية الراجعة الحيوية لـ تطبيقات الروبوت

عمل مستشعر نبضات القلب

ال مستشعر ضربات القلب يتألف مخطط الدائرة من كاشف للضوء ومصباح LED أحمر ساطع. يجب أن يكون مؤشر LED شديد السطوع لأن الحد الأقصى من الضوء يمر وينتشر إذا تم اكتشاف إصبع موضوع على مؤشر LED بواسطة الكاشف.

مخطط دائرة استشعار نبضات القلب

مبدأ استشعار نبضات القلب

الآن ، عندما يضخ القلب الدم عبر الأوعية الدموية ، يصبح الإصبع أكثر تعتيمًا قليلاً بسبب هذا ، كمية أقل من الضوء تصل من الصمام إلى الكاشف. مع كل نبضة قلب تتولد ، تتنوع إشارة الكاشف. يتم تحويل إشارة الكاشف المتنوعة إلى نبضة كهربائية. يتم تضخيم هذه الإشارة الكهربائية وتشغيلها من خلال مضخم يعطي خرج + إشارة منطقية 5 فولت. يتم توجيه إشارة الخرج أيضًا بواسطة شاشة LED تومض في كل معدل ضربات قلب.

دعونا نفهم تطبيقه الأساسي من خلال النظر في المشروع كمثال عملي بمساعدة مستشعر ضربات القلب.

نظام مراقبة الصحة اللاسلكية للمرضى

الغرض الرئيسي من هذا النظام الصحي التلقائي هو مراقبة درجة حرارة الجسم ومعدل ضربات القلب ومعدل النبض للمريض وعرضها على الطبيب باستخدام تقنية RF.

في المستشفيات ، يجب مراقبة درجات حرارة أجسام المرضى ومعدلات ضربات القلب بانتظام ، وهو ما يتم إجراؤه عادةً من قبل الأطباء أو الطاقم الطبي المساعد. يلاحظون درجة حرارة الجسم ومعدلات ضربات القلب (72 مرة في الدقيقة). يحتفظ الأطباء وموظفو إدارة المستشفى الآخرون بسجل لدرجة حرارة الجسم ونبضات القلب لكل مريض.

يشتمل مشروع نظام المراقبة الصحية هذا على مكونات مختلفة مثل 8051 متحكم ، وحدة إمداد طاقة قابلة للضبط بجهد 5 فولت ، ومستشعر درجة الحرارة ، ومستشعر ضربات القلب ، وجهاز إرسال RF ، ووحدة استقبال ، وشاشة LCD. يتم استخدام الميكروكونترولر كعقل للمشروع بأكمله لمراقبة نبضات القلب ومعدل النبض ودرجة حرارة الجسم للمرضى. يتم توضيح عمل مشروع نظام المراقبة هذا بمساعدة مخطط الكتلة ، والذي يتضمن كتلًا مختلفة مثل كتلة إمداد الطاقة التي توفر الطاقة للدائرة بأكملها ، جهاز استشعار درجة الحرارة الذي يحسب درجة حرارة جسم المريض ، وجهاز استشعار ضربات القلب لمراقبة نبضات قلب المرضى.

كتلة الرسم التخطيطي لجهاز الإرسال

“ما نوع التقنية اللاسلكية التي تستخدم موجات راديو الميكروويف لنقل البيانات؟ ”

في قسم جهاز الإرسال ، يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة لقراءة درجة حرارة الجسم للمرضى بشكل مستمر ومستشعر نبضات القلب لمراقبة معدل دقات القلب للمرضى ، ثم يتم إرسال البيانات إلى ميكروكنترولر 8051. يتم إرسال البيانات أولاً ، ثم يتم تشفيرها في بيانات تسلسلية عبر الهواء بواسطة a وحدة تردد الراديو . يتم عرض درجة حرارة الجسم للمرضى ونبضات القلب في الدقيقة على شاشة LCD. بمساعدة هوائي RF الموجود في نهاية جهاز الإرسال ، يتم إرسال البيانات إلى قسم المستقبل.

رسم تخطيطي لجهاز الاستقبال

في قسم المستقبل ، يتم وضع جهاز الاستقبال في الطرف الآخر لاستقبال البيانات ويتم فك تشفير البيانات المستلمة باستخدام وحدة فك ترميز ، وتتم مقارنة البيانات المرسلة (درجة حرارة الجسم ، نبضات القلب) بالبيانات المخزنة في وحدة التحكم الدقيقة ، و ثم يتم عرض البيانات الناتجة على شاشة LCD. وحدة الاستقبال RF الموضوعة في قسم الطبيب تقرأ باستمرار الظروف الصحية للمريض مثل درجة حرارة الجسم ومعدل ضربات القلب ومعدل النبض ، وتعرض النتيجة على شاشة LCD لاسلكيًا.

مراقب نبضات القلب الرقمي باستخدام متحكم دقيق

تم تصميم المشروع بطريقة لمراقبة قياس معدل ضربات القلب باستخدام متحكم دقيق بمساعدة مستشعر ضربات القلب.

وصف الدائرة: يعتمد مخطط دائرة مستشعر ضربات القلب على ملف متحكم AT89S52 ومكونات أخرى مثل مستشعر ضربات القلب ، ومصدر الطاقة ، ودائرة مذبذب بلوري ، ومقاومات ، ومكثفات ، وشاشة LCD.

رسم تخطيطي لدائرة مراقبة نبضات القلب الرقمية

المتحكم AT89S52 هو الأكثر متحكم شعبي تم اختيارها من عائلة مكونة من 8051 ميكروكنترولر. يتم استخدام متحكم 8 بت للتحكم في جميع عمليات الدائرة. كما أنه يتحكم في نبضات القلب الناتجة عن مستشعر ضربات القلب.

يستخدم هذا المشروع مستشعر نبضات القلب المستخدم للتحكم في نبضات القلب لمرضى القلب. علاوة على ذلك ، يتم استخدام شاشات الكريستال السائل للعرض. يتم استخدام متحكم AT89S52 للمراقبة المستمرة لمعدل ضربات القلب ومعدل النبض للمريض والتي يتم إجراؤها من خلال مراعاة البرمجة C المدمجة يتم إجراؤه في متحكم باستخدام برنامج KEIL. تحصل الدائرة بأكملها على الطاقة من الكتل المختلفة مثل منظم الجهد و محول تنحي ، المستخدمة في دائرة إمداد الطاقة. ينتج منظم الجهد جهد خرج ثابت يبلغ 5 فولت.

مخطط الدائرة لمراقب نبضات القلب الرقمي

المكونات المستخدمة:

متحكم AT89S52: الجهاز المستخدم في هذا المشروع هو 'AT89S52' ، وهو نموذجي 8051 متحكم من إنتاج شركة اتميل. هذا المتحكم الدقيق هو أهم جزء في هذا المشروع حيث يتحكم في جميع عمليات الدائرة مثل قراءة بيانات نبضات معدل ضربات القلب من مستشعر نبضات القلب.

مزود الطاقة: تتكون كتلة إمداد الطاقة هذه من محول تنحي ، ومقوم جسر ، ومكثف ، ومنظم جهد. يتم تنحى مصدر طاقة التيار النشط أحادي الطور من التيار الكهربائي إلى نطاق جهد أقل والذي يتم تصحيحه مرة أخرى إلى التيار المباشر بواسطة باستخدام مقوم الجسر . يتم ترشيح هذا التيار المباشر المعدل وتنظيمه إلى نطاق تشغيل الدائرة بالكامل باستخدام مكثف ومنظم الجهد IC ، على التوالي.

LCD: معظم المشاريع تستخدم شاشات LCD لعرض معلومات مثل معدل ضربات القلب ، ودرجة حرارة الجسم ، وما إلى ذلك. هناك العديد من شاشات العرض المستخدمة في المشاريع مثل شاشات العرض ذات الأجزاء السبعة وشاشات LED. يعتمد اختيار العرض على مراعاة هذه المعلمات: تكلفة العرض واستهلاك الطاقة وظروف الإضاءة المحيطة.

المقاومات: يتم تعريف المقاومة جيدًا على أنها نسبة الجهد المطبق عبر أطرافها والتيار الذي يمر عبرها. تعتمد قيمة المقاوم على جهد ثابت يحد من مرور التيار عبره. المقاوم عنصر سلبي تستخدم للتحكم في التيار في دائرة إلكترونية.

المكثفات: الغرض الرئيسي من المكثف هو تخزين الشحنة. ناتج قيمة السعة والجهد المطبق عبر مكثف يساوي الشحنة المخزنة في المكثف.

مذبذب كرستالى: دائرة مذبذب بلوري هي نوع من الدوائر الإلكترونية التي تستخدم الرنين الميكانيكي لدائرة اهتزازية تستخدم لتوليد إشارات كهربائية عن طريق تغيير التردد. يتحكم متحكم AT89S52 في البلورات لمزامنة تشغيله. يُعرف نوع التزامن الذي تم إجراؤه في هذه الدائرة بدورة الآلة.

تشغيل الدائرة

في هذا النظام ، يتم توصيل دائرة مذبذب بلوري بين المسامير 18 و 19 للميكروكونترولر AT89S52 المستخدم لتشغيل مجموعات التعليمات في نطاق تردد مختلف على مدار الساعة. تُستخدم دورة الآلة لقياس الحد الأدنى من الوقت لتنفيذ مجموعة التعليمات الفردية.
يتم توصيل دائرة إعادة الضبط بالدبوس 9 من متحكم AT89S52 بمساعدة مكثف ومقاوم. الطرف الآخر للمقاوم متصل بالأرض (20 سنًا) والطرف الآخر للمكثف متصل بـ (EA / Vpp) 31 دبوس. يتم توصيل المقاوم والمكثف بطريقة تؤدي إلى إعادة تعيين وضع التشغيل يدويًا. إذا تم إغلاق المفتاح ، فسيتم تعيين دبوس إعادة الضبط على مستوى عالٍ.
يتم استخدام مستشعر نبضات القلب المتصل بالمنفذ 1.0 دبوس من وحدة التحكم الدقيقة مراقبة نبضات القلب ، ويتم إرسال إشارات النبض إلى وحدة التحكم الدقيقة ومقارنتها بالبيانات المبرمجة المخزنة في وحدة التحكم الدقيقة باستخدام برنامج Keil. عندما يتم تلقي نبضات معدل ضربات القلب للمدخلات ، يقوم العداد الموجود في وحدة التحكم الدقيقة بحساب هذه النبضات لفترة زمنية معينة.
شاشات LCD متصلة بمنافذ المنفذ 2 من متحكم AT89S52. المدة الزمنية لنبضة قلب واحدة ستكون ثانية واحدة ، وبقسمة 60.000 على 1000 ستكون النتيجة المناسبة 60 ، والتي سيتم عرضها بعد ذلك على شاشة LCD.

يتعلق هذا كله بمستشعر نبضات القلب وعمله مع التطبيقات ذات الصلة والأمثلة العملية بالتفصيل. علاوة على ذلك ، لأية استفسارات بخصوص هذا الموضوع أو على الكهرباء و المشاريع الالكترونية لنا من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه.

اعتمادات الصورة: