CardioSim: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

На първо място, това е първият ми Instructable и не съм носител на английски език (или писател), затова предварително се извинявам за цялостното ниско качество. Надявам се обаче, че този урок може да бъде полезен за хора, използващи система за мониторинг на сърдечната честота (HR) (съставена от предавател с колан на гръдния колан и часовник -приемник) и които или:

искате да знаете точно коя батерия трябва да се смени (вътре в колана или в часовника на приемника), когато системата спре да работи правилно. Обикновено, само за да е сигурен, че потребителят в крайна сметка сменя и двете батерии, въпреки че тази в колана е подложена на по -голямо натоварване и следователно се разрежда по -бързо от другата

или

се интересуват (такъв, какъвто съм) от разработването на регистратор на данни за сърдечната честота за по -нататъшни оценки - например за статистически анализ на HRV (вариации на сърдечната честота) в статични условия или за корелационни изследвания между HR и физическите усилия в динамични условия - и предпочитат да използват симулатор на колан за гърдите (Cardio), а не да носят истински през цялото време по време на тестовите фази

По горните причини нарекох инструктажа си "CardioSim"

Стъпка 1: Как работи

Безжичното предаване на импулсите на сърдечната честота между предавателя (колан на гръдния колан) и приемника (специален часовник, както и бягащи пътеки, устройства за тренировки и др.) Се основава на нискочестотна магнитна комуникация (LFMC), а не традиционна радиочестота.

Стандартната честота за този тип (аналогови) системи за наблюдение е 5.3kHz. Новите цифрови системи се основават на Bluetooth технология, но това е извън обхвата на този урок.

За тези, които се интересуват от задълбочаване на темата, изчерпателно описание на технологията LFMC, включително плюсовете и минусите срещу RF, може да бъде намерено в тази бележка за приложението

ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/002…

За целите на този проект обаче е достатъчно да се знае, че носител на магнитно поле от 5,3 kHz, генериран от LC (серия) резонансна верига, е модулиран на базата на прост OOK (On-OFF Keying) формат, където всеки сърдечен пулс включва носача за около 10 ms. Сигналът се открива от (паралелен) LC резонансен резервоар (със същата резонансна честота на магнитното поле и при условие, че и двете намотки са правилно подравнени), усилва се и се изпраща до измервателния блок.

Въпреки че в WEB могат да бъдат намерени някои примери за верига на приемника, не успях да намеря модел за предавателя, затова реших да анализирам сигнала, генериран от гръдния ми колан, и да изградя верига, която да го симулира, с подобна сила на полето, честота и формат.

Стъпка 2: Схеми и части

Веригите са съставени от много малко компоненти, които могат да се поберат в малък калъф:

• Калъф с лента, като този
• Лента от пяна с висока плътност, 50x25x10 мм (като тази, използвана за опаковане на интегрални схеми)
• Микроконтролер ATTiny85-20
• Шофьор на мотор L293
• Регулатор на напрежение 5V, тип 7805 или LD1117V50
• 2x електролитен кондензатор 10uF/25V
• Кондензатор 22n/100V
• Подложка с вал, 10K, 1 оборот, (като в стартовия комплект Arduino)
• Резистор 22K
• Резистор 220R
• LED червен 5 мм
• Индуктивност 39mH, използвах BOURNS RLB0913-393K
• 9V батерия
• мини SPDT превключвател (рециклирах AM/FM превключвателя от старо транзисторно радио)

Най -важният компонент е индуктивността, висококачествената феритна сърцевина и ниското съпротивление са задължителни, за да я поддържат малка и да получат добър коефициент на качество на резонансната верига.

Стъпка 3: Описание и код на веригата

Прилагайки формулата на LC веригата, показана на чертежа, с L = 39mH и C = 22nF получената честота е около 5,4 kHz, което е достатъчно близо до стандартната стойност от 5,3 kHz. Резервоарът LC се задвижва от H-мостов инвертор, съставен от 2 полумоста 1 и 2 на драйвера на двигателя IC L293. Носещата честота се генерира от микроконтролера TINY85, който също управлява модулиращия сигнал, симулиращ HR. Чрез Trimpot, прикрепен към аналоговия вход A1, сърдечната честота може да бъде променена от около 40 до 170 удара в минута - което в реални условия се счита за подходящо за повечето любители спортисти. Тъй като мостът трябва да бъде задвижван от две противоположни квадратни вълни (и с моите ограничени познания за кода на асемблера на ATTiny успях да генерирам само един), използвах половин бридж 3 като инвертор.

За тези прости задачи вътрешният часовник @ 16MHz е подходящ, но аз предварително измервах необходимия коефициент на калибриране за моя чип и го поставих в командния ред "OSCCAL" в секцията за настройка. За да изтегля скицата в ATTiny използвах Arduino Nano, зареден с кода на ArduinoISP. Ако не сте запознати с тези две стъпки, има много примери в мрежата, ако някой се интересува, разработих свои собствени версии, които мога да предоставя при поискване. Прикачен код за ATTiny:

Стъпка 4: Сглобяване на веригата

Калъфът вече имаше 5 мм отвор на горния капак, който беше идеален за Led, и трябваше само да пробия втори 6 мм отвор, подравнен с първия, за вала на подложката. Подредих разположението на компонентите по такъв начин, че батерията да се държи на място между тримпота и регулатора на напрежението TO-220 и здраво блокирана на мястото си от лентата от пяна, залепена за горния капак.

Както можете да забележите, индуктивността е монтирана хоризонтално, t.i. с оста си успоредна на дъската. Това се приема, че индуктивността на приемника също лежи в същата посока. Във всеки случай, за оптимално предаване, винаги се уверете, че и двете оси са успоредни (не непременно в една и съща пространствена равнина) и не перпендикулярни една на друга.

В края на сглобяването проверете старателно с тестер за вериги всички връзки с тестер за вериги.

Стъпка 5: Тествайте веригата

Най -добрият инструмент за тестване на веригата е часовник за приемник за мониторинг на ЧСС:

1. Поставете часовника до CardioSim.
2. Поставете тримпада в средно положение и включете устройството.
3. Червеният светодиод трябва да започне да мига на около 1 сек интервали (60bmp). Това показва, че резонаторният резервоар LC е правилно захранван и работи. Ако това не е така, проверете отново всички връзки и точки на заваряване.
4. Ако вече не е автоматично включен, включете часовника ръчно.
5. Часовникът трябва да започне да приема сигнала, показващ измерената ЧСС.
6. Завъртане на тримпота в крайно положение в двете посоки, за да проверите пълния диапазон на ЧСС (+/- 5% толеранс на границите на диапазона е допустим)

Всички стъпки са показани в прикаченото видео

Стъпка 6: Предупреждение

Като последен съвет за безопасност, имайте предвид, че LFMC, реализиран в този прост формат, не позволява да се адресират различни единици в един и същ диапазон на полета, което означава, че в случай че и CardioSim, и истински измервателен колан изпращат сигналите си към един и същ приемник устройство, приемникът ще се задръсти, с непредсказуеми резултати.

Това може да бъде опасно в случай, че ще увеличите физическата си работоспособност и ще увеличите максимално усилията си въз основа на измерения HR. CardioSim е предназначен да се използва само за тестване на други устройства, а не за обучение!

Това е всичко, благодаря, че прочетохте моя Instructable, всяка храна е добре дошла!