CardioSim: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Předně je to můj první Instructable a nejsem rodilý mluvčí angličtiny (ani spisovatel), proto se předem omlouvám za celkově nízkou kvalitu. Doufám však, že tento návod může být užitečný pro lidi, kteří používají systém monitoru srdeční frekvence (HR) (složený z vysílače hrudního pásu a hodinek přijímače) a kteří buď:

chcete přesně vědět, kterou baterii je třeba vyměnit (uvnitř pásu nebo uvnitř hodinek přijímače), když systém přestane správně fungovat. Obvykle jen pro jistotu, že uživatel skončí výměnou obou baterií, přestože ta v pásu je vystavena větší zátěži, a proto se vybíjí rychleji než ta druhá

nebo

mají zájem (stejně jako já) o vývoj záznamníku srdečního tepu pro další hodnocení - například pro statistickou analýzu HRV (variace srdeční frekvence) ve statických podmínkách nebo o korelační studie mezi HR a fyzickým úsilím v dynamických podmínkách - a dávejte přednost simulátoru hrudního pásu (Cardio), než nosit skutečný po celou dobu během testovacích fází

Z výše uvedených důvodů jsem nazval svůj Instructable „CardioSim“

Krok 1: Jak to funguje

Bezdrátový přenos pulzů srdeční frekvence mezi vysílačem (hrudní pásový pás) a přijímačem (vyhrazené hodinky, běžecké pásy, cvičební zařízení atd.) Je založen na nízkofrekvenční magnetické komunikaci (LFMC), nikoli tradiční rádiová frekvence.

Standardní frekvence pro tento typ (analogových) monitorovacích systémů je 5,3 kHz. Nové digitální systémy jsou založeny na technologii Bluetooth, ale to je mimo rozsah tohoto tutoriálu.

Pro ty, kteří mají zájem o prohloubení tématu, najdete v této poznámce k aplikaci komplexní popis technologie LFMC, včetně kladů a záporů vs. RF.

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

V zájmu tohoto projektu však stačí vědět, že 5,3 kHz nosiče magnetického pole generovaného rezonančním obvodem LC (série) je modulováno na základě jednoduchého formátu OOK (On-OFF Keying), kde každý srdeční puls zapne nosič asi na 10 ms. Signál je detekován (paralelní) LC rezonanční nádrží (se stejnou rezonanční frekvencí magnetického pole a za předpokladu, že jsou obě cívky správně zarovnány), zesílen a odeslán do měřicí jednotky.

Ačkoli na WEBu lze nalézt několik příkladů obvodu přijímače, nepodařilo se mi najít model vysílače, a tak jsem se rozhodl analyzovat signál generovaný hrudním pásem a vytvořit obvod, který jej může simulovat. podobná síla pole, frekvence a formát.

Krok 2: Schéma a součásti

Obvody se skládají z velmi malého počtu součástí, které lze vejít do malého pouzdra:

• Pouzdro s páskovou deskou, jako je tato
• Pěnový proužek s vysokou hustotou, 50x25x10mm (jako ten, který se používá pro balení integrovaných obvodů)
• Mikrokontrolér ATTiny85-20
• Ovladač motoru L293
• Regulátor napětí 5V, typ 7805 nebo LD1117V50
• 2x elektrolytický kondenzátor 10uF/25V
• Kondenzátor 22n/100V
• Trimpot se šachtou, 10K, 1 otočení, (jako v Arduino Starter Kit)
• Rezistor 22K
• Rezistor 220R
• LED červená 5mm
• Indukčnost 39 mH, použil jsem BOURNS RLB0913-393K
• 9V baterie
• mini SPDT přepínač (recykloval jsem AM/FM přepínač ze starého tranzistorového rádia)

Nejdůležitější složkou je indukčnost, vysoce kvalitní feritové jádro a nízký odpor jsou povinné, aby byly malé a aby byl získán dobrý faktor kvality rezonančního obvodu.

Krok 3: Popis obvodu a kód

Při použití vzorce LC obvodu zobrazeného na výkrese s L = 39 mH a C = 22 nF je výsledná frekvence kolem 5,4 kHz, což je dostatečně blízko standardní hodnotě 5,3 kHz. LC tank je poháněn měničem H-bridge složeným ze 2 polovičních můstků 1 a 2 ovladače motoru IC L293. Nosnou frekvenci generuje mikrokontrolér TINY85, který také pohání modulační signál simulující HR. Prostřednictvím Trimpotu připojeného k analogovému vstupu A1 lze srdeční frekvenci změnit z přibližně 40 na 170 bmp (tepů za minutu) - což je v reálných podmínkách považováno za dostačující pro většinu amatérských sportovců. Protože most musí být poháněn dvěma protilehlými čtvercovými vlnami (a s mými omezenými znalostmi kódu Assembler ATTiny jsem byl schopen vygenerovat pouze jeden), použil jsem poloviční brige 3 jako střídač.

Pro tyto jednoduché úkoly jsou vnitřní hodiny na 16 MHz dostačující, nicméně jsem předem změřil potřebný kalibrační faktor pro svůj čip a vložil jej do části nastavení do příkazového řádku „OSCCAL“. Ke stažení skici do ATTiny jsem použil Arduino Nano nabité kódem ArduinoISP. Pokud tyto dva kroky neznáte, existuje na webu spousta příkladů, a pokud to někoho zajímá, vytvořil jsem vlastní verze, které mohu poskytnout na vyžádání. Připojený kód pro ATTiny:

Krok 4: Sestavení obvodu

Pouzdro již mělo 5 mm otvor na horním krytu, který byl ideální pro LED, a já jsem musel pouze vyvrtat druhý 6 mm otvor, zarovnaný s prvním, pro hřídel trimpotu. Uspořádání komponentů jsem uspořádal tak, aby baterie byla držena na místě mezi trimrem a regulátorem napětí TO-220 a pevně zablokována ve své poloze páskou z pěny přilepenou k hornímu krytu.

Jak si můžete všimnout, indukčnost je namontována vodorovně, t.i. s osou rovnoběžnou s deskou. To je za předpokladu, že indukčnost přijímače také leží ve stejném směru. V každém případě pro optimální přenos vždy zajistěte, aby obě osy byly rovnoběžné (ne nutně na stejné prostorové rovině) a aby nebyly navzájem kolmé.

Na konci montáže důkladně zkontrolujte obvodovým testerem všechna spojení s testerem obvodů.

Krok 5: Otestujte obvod

Nejlepším testovacím nástrojem pro obvod jsou hodinky s monitorováním HR:

1. Položte hodinky vedle CardioSim.
2. Nastavte trimpot do střední polohy a zapněte jednotku.
3. Červená LED by měla začít blikat v intervalech přibližně 1 s (60 bmp). To znamená, že nádrž LC rezonátoru je správně napájena a funguje. Pokud tomu tak není, znovu zkontrolujte všechna připojení a body svařování.
4. Pokud ještě nejsou automaticky zapnuté, zapněte hodinky ručně.
5. Hodinky by měly začít přijímat signál ukazující naměřený tep.
6. Otočením trimpotu do koncové polohy v obou směrech zkontrolujte plný rozsah HR (tolerovatelná je +/- 5% tolerance limitů rozsahu)

Všechny kroky jsou uvedeny v přiloženém videu

Krok 6: Varování

Jako závěrečnou bezpečnostní radu si uvědomte, že LFMC implementovaný v tomto jednoduchém formátu neumožňuje adresovat různé jednotky ve stejném rozsahu pole, to znamená, že v případě, že CardioSim i skutečný měřicí pás odesílají své signály do stejného přijímače jednotka, bude přijímač zaseknutý s nepředvídatelnými výsledky.

To může být nebezpečné v případě, že se chystáte zvýšit svůj fyzický výkon a maximalizovat své úsilí na základě měřeného tepu. CardioSim je určen k použití pouze pro testování jiných jednotek a ne pro trénink!

To je vše, díky za přečtení mého Instructable, jakýkoli feedabck je vítán!