CardioSim: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Во-первых, это мой первый обучающий материал, и я не являюсь носителем английского языка (или писателем), поэтому заранее прошу прощения за общее низкое качество. Тем не менее, я надеюсь, что это руководство может быть полезно для людей, использующих систему мониторинга сердечного ритма (ЧСС) (состоящую из передатчика нагрудного ремня и часов-приемника) и которые:

хотите точно знать, какую батарею нужно заменить (внутри ремня или внутри часов-приемника), когда система перестает работать должным образом. Обычно просто для того, чтобы убедиться, что пользователь в конце концов заменит обе батареи, даже если одна в ремне подвергается более тяжелой нагрузке и поэтому разряжается быстрее, чем другая

или

заинтересованы (как и я) в разработке регистратора данных сердечного ритма для дальнейших оценок - например, для статистического анализа ВСР (вариаций сердечного ритма) в статических условиях или для корреляционных исследований между ЧСС и физическими усилиями в динамических условиях - и предпочитаю использовать тренажер с нагрудным ремнем (кардио), а не носить настоящий все время на этапах тестирования

По указанным выше причинам я назвал свой Инструктируемый "CardioSim".

Шаг 1. Как это работает

Беспроводная передача импульсов пульса между передатчиком (нагрудным ремнем) и приемником (специальными часами, а также беговыми дорожками, устройствами для тренировок и т. Д.) Основана на низкочастотной магнитной связи (LFMC), а не на традиционная радиочастота.

Стандартная частота для этого типа (аналоговых) систем мониторинга - 5,3 кГц. Новые цифровые системы основаны на технологии Bluetooth, но это выходит за рамки данного руководства.

Для тех, кто заинтересован в углублении темы, полное описание технологии LFMC, включая плюсы и минусы по сравнению с RF, можно найти в этом примечании к приложению.

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

Однако для этого проекта достаточно знать, что несущая магнитного поля 5,3 кГц, генерируемая резонансным контуром LC (последовательного), модулируется на основе простого формата OOK (On-OFF Keying), где каждый импульс сердца включает несущую примерно на 10 мс. Сигнал обнаруживается (параллельным) резонансным резервуаром LC (с той же резонансной частотой магнитного поля и при условии, что обе катушки правильно выровнены), усиливается и отправляется в измерительный блок.

Хотя в Интернете можно найти несколько примеров схемы приемника, мне не удалось найти модель передатчика, поэтому я решил проанализировать сигнал, генерируемый моим нагрудным ремнем, и построить схему, которая может его моделировать, с помощью аналогичная сила поля, частота и формат.

Шаг 2: Схема и детали

Схема состоит из очень небольшого количества компонентов, которые можно уместить в небольшом корпусе:

• Чехол с полосой доской, как этот
• Полоса из пенопласта высокой плотности, 50x25x10 мм (как та, что используется для упаковки микросхем)
• Микроконтроллер ATTiny85-20
• Драйвер двигателя L293
• Регулятор напряжения 5В, тип 7805 или LD1117V50
• 2x электролитический конденсатор 10 мкФ / 25 В
• Конденсатор 22н / 100В
• Тримпот с валом, 10K, 1 оборот (как в стартовом наборе Arduino)
• Резистор 22К
• Резистор 220R
• Светодиод красный 5мм
• Индуктивность 39 мГн, я использовал BOURNS RLB0913-393K
• Аккумулятор 9В
• мини-переключатель SPDT (я переработал переключатель AM / FM из старого транзисторного радио)

Самым важным компонентом является индуктивность. Высококачественный ферритовый сердечник и низкое сопротивление являются обязательными для того, чтобы поддерживать его малыми габаритами и обеспечивать хороший коэффициент качества резонансного контура.

Шаг 3: Описание схемы и код

Применяя формулу LC-цепи, показанную на рисунке, с L = 39 мГн и C = 22 нФ, результирующая частота составляет около 5,4 кГц, что достаточно близко к стандартному значению 5,3 кГц. Бак LC приводится в движение H-мостовым инвертором, состоящим из 2 полумостов 1 и 2 драйвера двигателя IC L293. Несущая частота генерируется микроконтроллером TINY85, который также управляет модулирующим сигналом, имитирующим HR. С помощью триммера, подключенного к аналоговому входу A1, можно изменять частоту сердечных сокращений примерно от 40 до 170 ударов в минуту, что в реальных условиях считается достаточным для большинства спортсменов-любителей. Поскольку мост должен приводиться в движение двумя противоположными прямоугольными волнами (и с моими ограниченными знаниями кода ассемблера ATTiny я смог сгенерировать только один), я использовал halfbrige 3 в качестве инвертора.

Для этих простых задач достаточно внутренних часов на частоте 16 МГц, однако я ранее измерил необходимый коэффициент калибровки для своего чипа и поместил его в командной строке «OSCCAL» в разделе настройки. Чтобы загрузить скетч в ATTiny, я использовал Arduino Nano, загруженный с кодом ArduinoISP. Если вы не знакомы с этими двумя шагами, в сети есть масса примеров. Если кому-то интересно, я разработал свои собственные версии, которые могу предоставить по запросу. Прикрепил код для ATTiny:

Шаг 4: Сборка схемы

В корпусе уже было 5-миллиметровое отверстие на верхней крышке, которое идеально подходило для светодиода, и мне нужно было только просверлить второе 6-миллиметровое отверстие, выровненное с первым, для вала триммера. Я расположил компоненты таким образом, чтобы батарея удерживалась на месте между подстроечным резистором и регулятором напряжения ТО-220 и надежно блокировалась на своем месте полосой из пенопласта, приклеенной к верхней крышке.

Как вы могли заметить, индуктивность установлена горизонтально, т.е. так, чтобы его ось была параллельна доске. Это сделано в предположении, что индуктивность приемника также находится в том же направлении. В любом случае для оптимальной передачи всегда убедитесь, что обе оси параллельны (не обязательно в одной пространственной плоскости) и не перпендикулярны друг другу.

В конце сборки тщательно проверьте с помощью тестера цепей все соединения с помощью тестера цепей.

Шаг 5: Проверьте цепь

Лучшим инструментом для проверки схемы являются часы с приемником мониторинга ЧСС:

1. Положите часы рядом с CardioSim.
2. Установите триммер в среднее положение и включите прибор.
3. Красный светодиод должен начать мигать с интервалом примерно в 1 секунду (60bmp). Это указывает на то, что резервуар резонатора LC правильно запитан и работает. Если это не так, дважды проверьте все соединения и точки сварки.
4. Если это еще не сделано автоматически, включите часы вручную.
5. Часы должны начать получать сигнал, показывающий измеренную ЧСС.
6. Поворот триммера в крайнее положение в обоих направлениях для проверки всего диапазона ЧСС (допустимый допуск +/- 5% от пределов диапазона)

Все шаги показаны в прикрепленном видео

Шаг 6: Предупреждение

В качестве последнего совета по безопасности имейте в виду, что LFMC, реализованный в этом простом формате, не позволяет адресовать разные устройства в одном и том же диапазоне полей, это означает, что в случае, если и CardioSim, и реальный измерительный ремень отправляют свои сигналы на один и тот же приемник. ед., приемник будет заклинивать, что приведет к непредсказуемым результатам.

Это может быть опасно, если вы собираетесь повысить свою физическую работоспособность и максимизировать свои усилия на основе измеренного ЧСС. CardioSim предназначен только для тестирования других устройств, а не для тренировки!

Вот и все, спасибо, что прочитали мою инструкцию, любые отзывы приветствуются!