CardioSim: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Przede wszystkim jest to mój pierwszy Instruktaż i nie jestem native speakerem (ani pisarzem), dlatego z góry przepraszam za ogólnie niską jakość. Mam jednak nadzieję, że ten samouczek może być pomocny dla osób korzystających z systemu monitorowania tętna (HR) (składającego się z nadajnika pasa piersiowego i zegarka z odbiornikiem) i które:

chcesz dokładnie wiedzieć, którą baterię należy wymienić (w pasku lub wewnątrz zegarka z odbiornikiem), kiedy system przestanie działać prawidłowo. Zwykle tylko po to, aby mieć pewność, że użytkownik wymieni obie baterie, nawet jeśli ta w pasie jest poddawana większemu obciążeniu i dlatego rozładowuje się szybciej niż druga

lub

są zainteresowani (tak jak ja) opracowaniem rejestratora danych tętna do dalszych ocen - na przykład do analizy statystycznej HRV (zmienności rytmu serca) w warunkach statycznych lub do badań korelacji między tętnem a wysiłkiem fizycznym w warunkach dynamicznych - oraz wolą używać symulatora pasa na klatkę piersiową (Cardio) niż nosić prawdziwy przez cały czas podczas faz testowych

Z powyższych powodów nazwałem mój Instructable „CardioSim”

Krok 1: Jak to działa?

Bezprzewodowa transmisja impulsów tętna między nadajnikiem (pas na klatkę piersiową) a odbiornikiem (dedykowany zegarek, a także bieżnie biegowe, urządzenia treningowe itp.) opiera się na komunikacji magnetycznej o niskiej częstotliwości (LFMC), a nie tradycyjna częstotliwość radiowa.

Standardowa częstotliwość dla tego typu (analogowych) systemów monitorowania to 5,3 kHz. Nowe systemy cyfrowe są oparte na technologii Bluetooth, ale to nie wchodzi w zakres tego samouczka.

Dla tych, którzy są zainteresowani pogłębieniem tematu, obszerny opis technologii LFMC, w tym zalety i wady w porównaniu z RF, można znaleźć w tej nocie aplikacji

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

Jednak ze względu na ten projekt wystarczy wiedzieć, że nośnik pola magnetycznego 5,3 kHz generowany przez obwód rezonansowy LC (szeregowy) jest modulowany w oparciu o prosty format OOK (On-OFF Keying), w którym każdy impuls serca włącza nośnik na około 10ms. Sygnał jest wykrywany przez (równoległy) rezonansowy obwód LC (o tej samej częstotliwości rezonansowej pola magnetycznego i pod warunkiem, że obie cewki są odpowiednio ustawione), wzmacniany i przesyłany do zespołu pomiarowego.

Chociaż w WEB można znaleźć kilka przykładów obwodu odbiornika, nie udało mi się znaleźć modelu dla nadajnika, więc postanowiłem przeanalizować sygnał generowany przez mój pas piersiowy i zbudować obwód, który może go zasymulować, z podobna siła pola, częstotliwość i format.

Krok 2: Schemat i części

Obwody składają się z bardzo niewielu elementów, które można zmieścić w małej obudowie:

• Etui z paskiem, takie jak ten
• Pasek z pianki o wysokiej gęstości, 50x25x10mm (jak ten używany do pakowania układów scalonych)
• Mikrokontroler ATTiny85-20
• Sterownik silnika L293
• Regulator napięcia 5V, typ 7805 lub LD1117V50
• 2x kondensator elektrolityczny 10uF/25V
• Kondensator 22n/100V
• Trimpot z trzonkiem, 10K, 1 obrót (jak w Arduino Starter Kit)
• Rezystor 22K
• Rezystor 220R
• Czerwona dioda LED 5mm
• Indukcyjność 39mH, użyłem BOURNS RLB0913-393K
• Bateria 9V
• przełącznik mini SPDT (przerobiłem przełącznik AM/FM ze starego radia tranzystorowego)

Najważniejszym elementem jest indukcyjność, wysokiej jakości rdzeń ferrytowy i niska rezystancja są niezbędne, aby utrzymać go na niskim poziomie i uzyskać dobry współczynnik jakości obwodu rezonansowego.

Krok 3: Opis i kod obwodu

Stosując wzór obwodu LC pokazanego na rysunku, przy L = 39mH i C=22nF uzyskana częstotliwość wynosi około 5,4 kHz, co jest wystarczająco zbliżone do standardowej wartości 5,3 kHz. Zbiornik LC jest napędzany przez falownik mostka H złożony z 2 półmostków 1 i 2 sterownika silnika IC L293. Częstotliwość nośna jest generowana przez mikrokontroler TINY85, który również steruje sygnałem modulującym symulującym HR. Poprzez Trimpot dołączony do wejścia analogowego A1 Tętno można zmieniać od około 40 do 170 bmp (uderzeń na minutę) - co w rzeczywistych warunkach uważane jest za wystarczające dla większości amatorów sportów. Ponieważ most musi być napędzany przez dwie przeciwstawne fale prostokątne (a przy mojej ograniczonej znajomości kodu asemblera ATTiny's udało mi się wygenerować tylko jedną), użyłem half-brige 3 jako falownika.

Do tych prostych zadań odpowiedni jest wewnętrzny zegar @ 16 MHz, jednak wcześniej zmierzyłem wymagany współczynnik kalibracji dla mojego chipa i umieściłem go w wierszu poleceń "OSCCAL" w sekcji konfiguracji. Aby pobrać szkic do ATTiny użyłem Arduino Nano załadowanego kodem ArduinoISP. Jeśli nie jesteś zaznajomiony z tymi dwoma krokami, w sieci jest mnóstwo przykładów, jeśli ktoś jest zainteresowany opracowałem własne wersje, które mogę dostarczyć na życzenie. W załączeniu kod do ATTiny:

Krok 4: Montaż obwodu

Obudowa miała już 5mm otwór na górnej pokrywie, który był idealny dla Led, a ja musiałem tylko wywiercić drugi otwór 6mm, wyrównany z pierwszym, na wałek trymera. Układ elementów ułożyłem w taki sposób, aby akumulator był utrzymywany pomiędzy trympotem a regulatorem napięcia TO-220 i mocno blokowany w jego położeniu przez piankowy pasek przyklejony do górnej pokrywy.

Jak widać, indukcyjność jest zamontowana poziomo, t.i. z osią równoległą do planszy. Jest to przy założeniu, że indukcyjność odbiornika również leży w tym samym kierunku. W każdym razie, aby uzyskać optymalną transmisję, zawsze upewnij się, że obie osie są równoległe (niekoniecznie na tej samej płaszczyźnie przestrzennej), a nie prostopadłe do siebie.

Pod koniec montażu sprawdź dokładnie testerem obwodów wszystkie połączenia z testerem obwodów.

Krok 5: Przetestuj obwód

Najlepszym narzędziem do testowania obwodu jest zegarek z odbiornikiem monitorowania tętna:

1. Połóż zegarek obok CardioSim.
2. Ustaw potencjometr w środkowej pozycji i włącz urządzenie.
3. Czerwona dioda LED powinna zacząć migać w odstępach około 1 sekundy (60 bmp). Wskazuje to, że zbiornik rezonatora LC jest prawidłowo zasilony i działa. Jeśli tak nie jest, sprawdź dokładnie wszystkie połączenia i punkty spawania.
4. Jeśli nie jest jeszcze włączony automatycznie, włącz zegarek ręcznie.
5. Zegarek powinien zacząć odbierać sygnał pokazujący zmierzone tętno.
6. Obrócenie trymera do pozycji końcowej w obu kierunkach, aby sprawdzić pełny zakres HR (tolerancja +/-5% granic zakresu jest tolerowana)

Wszystkie kroki są pokazane w załączonym filmie

Krok 6: Ostrzeżenie

Jako ostateczna porada dotycząca bezpieczeństwa, należy pamiętać, że LFMC zaimplementowany w tym prostym formacie nie pozwala na adresowanie różnych jednostek w tym samym zakresie pola, co oznacza, że w przypadku, gdy zarówno CardioSim, jak i prawdziwy pas pomiarowy wysyłają swoje sygnały do tego samego odbiornika odbiornik będzie się zacinał z nieprzewidywalnymi skutkami.

Może to być niebezpieczne w przypadku, gdy zamierzasz zwiększyć swoją wydolność fizyczną i zmaksymalizować wysiłki na podstawie zmierzonego tętna. CardioSim jest przeznaczony wyłącznie do testowania innych jednostek, a nie do treningu!

To wszystko, dzięki za przeczytanie mojego Instructable, wszelkie opinie są mile widziane!