Circuito del monitor de frecuencia cardíaca

Circuito del monitor de frecuencia cardíaca

En este artículo, analizamos exhaustivamente un circuito de sensor de frecuencia cardíaca electrónico relativamente preciso procesado por algunas etapas de circuito opamp con cableado discreto y, posteriormente, aprenderemos cómo se puede modificar para hacer un circuito de alarma de monitor de frecuencia cardíaca.



Uso de sensores de fotodiodo IR

La detección de los pulsos cardíacos se realiza básicamente mediante dos fotodiodos de infrarrojos, uno de los cuales es el transmisor de infrarrojos y el otro el receptor.

Los rayos IR emitidos por el diodo transmisor se reflejan en el contenido de sangre de la punta del dedo de una persona y son recibidos por el diodo receptor.





La intensidad de los rayos reflejados varía en una proporción determinada por la frecuencia de bombeo del corazón y por la diferencia en los niveles de sangre oxigenada dentro del contenido de sangre.

Las señales detectadas de los diodos infrarrojos son procesadas por las etapas opamp mostradas que son, de hecho, un par de circuitos de filtro de paso bajo activos idénticos determinados para cortar alrededor de 2,5 Hz. Esto implica que el máximo alcanzable medición de frecuencia cardíaca se limitaría a unos 150 bpm.



Usamos el IC MCP602 para el procesamiento en forma de IC1a e IC1b en el diseño de sensor y procesador de frecuencia cardíaca propuesto. El IC es un opamp dual fabricado por microchip.

Operación del circuito

Está diseñado para funcionar con suministros únicos y, por lo tanto, se vuelve extremadamente favorable para el circuito discutido que se supone que funciona desde una sola celda de 9V.

Esto también significa que la salida del amplificador operacional podría producir oscilaciones de voltaje positivas a negativas completas correspondientes a las señales de frecuencia cardíaca detectadas por los diodos IR.

Dado que las condiciones ambientales pueden estar contaminadas con muchas señales parásitas, los amplificadores operacionales deben inmunizarse contra todas esas perturbaciones eléctricas espúreas, por lo tanto, los condensadores de bloqueo en forma de los condensadores de 1uF mostrados se colocan en las entradas de cada amplificador operacional.

El primer amplificador operacional está configurado para producir una ganancia de 101, siendo el segundo idéntico a la primera configuración de IC1a que también se establece en una ganancia de 101.

Sin embargo, eso implica que la ganancia total o final del circuito en la salida se representa en un impresionante 101 x 101 = 10201, una ganancia tan alta asegura una detección y procesamiento perfectos de los pulsos de frecuencia cardíaca de entrada extremadamente débiles y oscuros emitidos por el IR. diodos.

Se puede ver un LED conectado a través de la salida del segundo opamp IC1b que parpadea en respuesta a los pulsos de frecuencia cardíaca recibidos desde la etapa del diodo IR.

La aplicación que se presenta aquí es solo para fines de diseño de referencia y no está destinada a ningún uso de vigilancia médica o para salvar vidas.

Diagrama de circuito

Cómo configurar el circuito del sensor de frecuencia cardíaca

Configurar el sensor de frecuencia cardíaca propuesto, el procesador es realmente muy fácil.

Como todos entenderemos, la diferencia entre la sangre oxigenada y la sangre desoxigenada podría ser apenas distinguible y requiere una precisión extrema en todos los aspectos para que el procesador pueda juzgar las diferencias sutiles dentro del torrente sanguíneo y, sin embargo, poder convertirse en un cambio de voltaje oscilante en la salida.

Para garantizar unos rayos IR perfectamente optimizados del diodo IR Tx, la corriente que lo atraviesa debe restringirse a una proporción bien calculada, de modo que la sangre oxigenada ofrezca una resistencia relativamente mayor para que los rayos pasen, pero permita una cantidad de resistencia relativamente menor. para los rayos durante el estado desoxigenado de la sangre. Esto hace que sea más fácil para el opamp distinguir entre los pulsos del corazón.

Esto se hace simplemente ajustando el valor predeterminado de 470 ohmios.

Mantenga la punta de su dedo índice sobre el par D1 / D2, encienda la energía y siga ajustando el preajuste hasta que el LED en la salida comience a desarrollar un efecto de parpadeo distintivo.

Selle el preset una vez que se logre.

Disposición de posicionamiento del dedo índice sobre los fotodiodos adjuntos

Se puede hacer soldando los diodos sobre la PCB a una distancia calculada de separación que sea buena para que la punta del dedo índice cubra completamente las puntas radiantes de los diodos.

Para una respuesta óptima, los diodos deben estar encerrados dentro de tubos de plástico opaco del tamaño adecuado, como se muestra en la siguiente figura:

En la siguiente sección, aprenderemos acerca de un monitor de frecuencia cardíaca simple y un circuito de alarma especialmente diseñado para personas mayores para realizar un seguimiento de su frecuencia cardíaca crítica.

Aquí explora un circuito simple que puede usarse para monitorear la frecuencia cardíaca crítica de un paciente (anciano), el circuito también incluye una alarma para indicar la situación. La idea fue solicitada por el Sr. Raj Kumar Mukherji

Especificaciones técnicas

Espero que estés bien.

El propósito de escribir aquí es compartir con usted una idea de un proyecto: diseñar una 'alarma de monitor de frecuencia cardíaca' que se puede hacer utilizando componentes de bajo costo comúnmente disponibles y que producirá una alarma audible siempre que la frecuencia del pulso de cualquier persona sea menor. encontrado anormal. También debe cumplir las siguientes condiciones:

una. Compacto y ligero, por lo tanto portátil

B. Consume energía mínima, por lo tanto, debe funcionar 24x7 durante un mes o dos con un par de baterías AA o un paquete de 9 voltios.

C. Debe ser bastante preciso en su rendimiento.

Sé que hay muchos circuitos de este tipo disponibles en la red, pero su rendimiento y fiabilidad son cuestionables. La unidad puede ser muy útil especialmente para personas mayores (con / sin una enfermedad cardíaca), para pacientes que están postrados en cama, etc. Cuando el corazón late a una frecuencia más alta o más baja que un valor de umbral promedio establecido, la alarma sonará lo suficientemente fuerte como para alertar a las personas alrededor del paciente.

Espero que mi propuesta sea clara para ustedes. Sin embargo, si tiene alguna duda, envíeme un correo electrónico.

Gracias,

Saludos cordiales,
Raj Kumar Mukherji

El diseño

En la publicación anterior aprendimos cómo hacer un circuito sensor de frecuencia cardíaca con procesador, que se puede utilizar adecuadamente en el circuito de alarma de frecuencia cardíaca crítica propuesto.

La aplicación que se presenta aquí es solo para fines de diseño de referencia y no está destinada a ningún uso de vigilancia médica o para salvar vidas.

Diagrama de circuito

Refiriéndonos a los diagramas anteriores, podemos ver un par de etapas del circuito, la primera es el sensor / procesador de frecuencia cardíaca con un multiplicador de frecuencia integrado, mientras que la segunda en forma de integrador, comparador.

El diseño del procesador de señal superior se ha explicado de forma exhaustiva en el párrafo anterior , el multiplicador de voltaje adicional que se ha integrado al procesador utiliza el IC 4060 para multiplicar los ritmos cardíacos relativamente más lentos en un ritmo de alta frecuencia que varía proporcionalmente.

La frecuencia cardíaca de alta frecuencia variable proporcionalmente anterior desde la patilla 7 del IC 4060 se alimenta a la entrada de un integrador cuyo trabajo es convertir la frecuencia variable digitalmente en una señal analógica exponencial variable proporcionalmente.

Finalmente, esta tensión analógica se aplica a la entrada no inversora de un comparador Ic 741. El comparador se establece a través del ajuste preestablecido de 10k adjunto, de modo que el nivel de voltaje en el pin 3 permanece justo por debajo del voltaje de referencia en el pin 2 cuando la frecuencia cardíaca está cerca de la región segura.

Sin embargo, si la frecuencia cardíaca tiende a aumentar en la región crítica, se desarrolla un nivel de voltaje proporcionalmente más alto en el pin3 que cruza el nivel de referencia del pin2, lo que hace que la salida del amplificador operacional suba y haga sonar la alarma.

Lo anterior configuró solo monitores y alarmas con respecto a la frecuencia cardíaca crítica más alta, con el fin de lograr un monitoreo bidireccional, lo que significa obtener una alarma para las frecuencias cardíacas críticas más altas y más bajas ... el segundo circuito que comprende el IC555 y el IC741 podría ser completamente eliminado y reemplazado con un circuito estándar IC LM567 configurado para mantener su salida baja a la frecuencia de pulso segura, y alta en las tasas críticas hacia arriba o hacia abajo.

El circuito de acondicionamiento de señal consta de dos filtros de paso bajo activos idénticos con una frecuencia de corte de aproximadamente 2,5 Hz.

Esto significa que la frecuencia cardíaca máxima medible es de aproximadamente 150 lpm. El amplificador operacional IC utilizado en este circuito es MCP602, un chip OpAmp dual de Microchip.

Funciona con una sola fuente de alimentación y proporciona una oscilación de salida de riel a riel. El filtrado es necesario para bloquear cualquier ruido de alta frecuencia presente en la señal.

Configuración de la ganancia del amplificador

La ganancia de cada etapa de filtro se establece en 101, lo que da una amplificación total de aproximadamente 10000. Se requiere un capacitor de 1 uF en la entrada de cada etapa para bloquear el componente de CC en la señal.

Las ecuaciones para calcular la ganancia y la frecuencia de corte del filtro de paso bajo activo se muestran en el diagrama del circuito.

El amplificador / filtro de dos etapas proporciona suficiente ganancia para aumentar la señal débil proveniente de la unidad de fotosensor y convertirla en un pulso.

Un LED conectado a la salida parpadea cada vez que se detecta un latido cardíaco.

El circuito de acondicionamiento de señal consta de dos filtros de paso bajo activos idénticos con una frecuencia de corte de aproximadamente 2,5 Hz. Esto significa que la frecuencia cardíaca máxima medible es de aproximadamente 150 lpm.

El amplificador operacional IC utilizado en este circuito es MCP602, un chip OpAmp dual de Microchip. Funciona con una sola fuente de alimentación y proporciona una oscilación de salida de riel a riel. El filtrado es necesario para bloquear cualquier ruido de alta frecuencia presente en la señal.

La ganancia de cada etapa de filtro se establece en 101, lo que da una amplificación total de aproximadamente 10000. Se requiere un capacitor de 1 uF en la entrada de cada etapa para bloquear el componente de CC en la señal.

Las ecuaciones para calcular la ganancia y la frecuencia de corte del filtro de paso bajo activo se muestran en el diagrama del circuito. El amplificador / filtro de dos etapas proporciona suficiente ganancia para aumentar la señal débil proveniente de la unidad de fotosensor y convertirla en un pulso.

Un LED conectado a la salida parpadea cada vez que se detecta un latido cardíaco. La salida del acondicionador de señal va a la entrada T0CKI del PIC16F628A.

Descargo de responsabilidad: aunque el circuito anterior está probado, estos no están aprobados médicamente, por lo tanto, se recomienda a los espectadores que procedan con precaución al hacer y usar estos circuitos.

Este artículo se presenta con fines meramente informativos, sin la intención de proporcionar consejos o sugerencias médicas. El autor de este artículo, y este sitio web, no se hace responsable de ningún tipo de pérdida que pueda ocurrir al usuario durante el uso de estos circuitos, debido a cualquier causa imprevista.




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