CardioSim: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Först och främst är detta min första instruerbara, och jag är inte en engelskspråkig (eller författare), därför ber jag om ursäkt för den övergripande låga kvaliteten. Jag hoppas dock att denna handledning kan vara till hjälp för personer som använder ett pulsmätare (HR) (som består av en bröstremssändare och en mottagarklocka) och som antingen:

vill veta exakt vilket batteri som behöver bytas (inuti bältet eller inuti mottagarklockan) när systemet slutar fungera korrekt. Vanligtvis, bara för att vara säker på att användaren slutar byta båda batterierna, även om det i bältet utsätts för en tyngre belastning och därför laddas ur snabbare än det andra

eller

är intresserade (som jag är) av att utveckla en pulsdatalogger för ytterligare utvärderingar - till exempel för statistisk analys av HRV (pulsvariationer) vid statiska förhållanden, eller för korrelationsstudier bland HR och fysiska ansträngningar under dynamiska förhållanden - och föredrar att använda en bröstremssimulator (Cardio) snarare än att bära en riktig en hela tiden under testfaserna

Av ovanstående skäl kallade jag min Instructable "CardioSim"

Steg 1: Hur fungerar det

Den trådlösa överföringen av pulsen mellan sändaren (bröstbälte) och mottagaren (dedikerad klocka samt löpband, träningsenheter etc.) är baserad på en lågfrekvent magnetisk kommunikation (LFMC), och inte en traditionell radiofrekvens.

Standardfrekvensen för denna typ av (analoga) övervakningssystem är 5,3 kHz. Nya digitala system är baserade på Bluetooth -teknik, men detta är utanför omfattningen av denna handledning.

För dem som är intresserade av att fördjupa ämnet finns en omfattande beskrivning av LFMC -tekniken, inklusive för- och nackdelar mot RF, i denna appnotering

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

För detta projekts skull är det dock tillräckligt att veta att en 5,3 kHz magnetfältbärare genererad av en LC (serie) resonanskrets är modulerad på basen av ett enkelt OOK (On-OFF Keying) -format, där varje hjärtpuls slår på bäraren i cirka 10 ms. Signalen detekteras av en (parallell) LC -resonantank (med samma resonansfrekvens för magnetfältet, och förutsatt att båda spolarna är korrekt inriktade), förstärks och skickas till mätenheten.

Även om det i WEB finns några exempel på mottagarkretsen, kunde jag inte hitta en modell för sändaren, så jag bestämde mig för att analysera signalen som genereras av mitt bröstbälte och bygga en krets som kan simulera den med en liknande fältstyrka, frekvens och format.

Steg 2: Schematisk och delar

Kretsarna består av väldigt få komponenter som kan passa i ett litet fodral:

• Fodral med remskiva, som den här
• Skumremsa med hög densitet, 50x25x10mm (som den som används för IC -förpackningar)
• Mikrocontroller ATTiny85-20
• Motorförare L293
• Spänningsregulator 5V, typ 7805 eller LD1117V50
• 2x elektrolytkondensator 10uF/25V
• Kondensator 22n/100V
• Trimpot med axel, 10K, 1 varv, (som i Arduino Starter Kit)
• Motstånd 22K
• Motstånd 220R
• LED röd 5 mm
• Induktans 39mH, jag använde en BOURNS RLB0913-393K
• 9V batteri
• mini SPDT -omkopplare (jag återvände AM/FM -omkopplaren från en gammal transistorradio)

Den viktigaste komponenten är induktansen, en ferritkärna av hög kvalitet och lågt motstånd är obligatoriska för att hålla den liten och för att få en bra kvalitetsfaktor för resonanskretsen.

Steg 3: Kretsbeskrivning och kod

Genom att tillämpa formeln för LC -kretsen som visas på ritningen, med L = 39mH och C = 22nF är den resulterande frekvensen cirka 5,4 kHz, vilket är tillräckligt nära standardvärdet 5,3 kHz. LC-tanken drivs av en H-bridge-växelriktare som består av de två halvbroarna 1 och 2 på motorföraren IC L293. Bärfrekvensen genereras av TINY85 mikrokontroller, som också driver den modulerande signalen som simulerar HR. Genom Trimpot ansluten till den analoga ingången A1 kan hjärtfrekvensen ändras från cirka 40 till 170 bmp (slag per minut) - vilket under verkliga förhållanden anses vara tillräckligt för de flesta amatöridrottare. Eftersom bron behöver drivas av två motsatta kvadratiska vågor (och med min begränsade kunskap om ATTiny's Assembler -koden kunde jag bara generera en enda), använde jag half brige 3 som inverterare.

För dessa enkla uppgifter är den interna klockan @ 16MHz tillräcklig, men jag mätte tidigare kalibreringsfaktorn som behövs för mitt chip och lägger den till kommandoraden "OSCCAL" i installationsavsnittet. För att ladda ner skissen till ATTiny använde jag en Arduino Nano laddad med ArduinoISP -koden. Om du inte är bekant med dessa två steg finns det massor av exempel på webben, om någon är intresserad utvecklade jag mina egna versioner som jag kan tillhandahålla på begäran. Bifogade koden för ATTiny:

Steg 4: Montering av kretsen

Lådan hade redan ett 5 mm hål på topplocket som var perfekt för Led, och jag behövde bara borra ett andra 6 mm hål, i linje med det första, för trimpotens axel. Jag ordnade komponenternas layout så att batteriet hålls på plats mellan trimpoten och TO-220 spänningsregulatorn och fast blockerat i sitt läge av skumremsan som limmats på topplocket.

Som du kanske märker är induktansen monterad horisontellt, t.i. med sin axel parallell med brädet. Detta är under antagandet att mottagarens induktans också ligger i samma riktning. För optimal överföring, se alltid till att båda axlarna är parallella (inte nödvändigtvis på samma rumsplan) och inte vinkelrätt mot varandra.

Kontrollera noggrant med en kretstester alla anslutningar med en kretstestare i slutet av monteringen.

Steg 5: Testa kretsen

Det bästa testverktyget för kretsen är en HR -övervakningsmottagarklocka:

1. Lägg klockan bredvid CardioSim.
2. Ställ trimpoten i mittläge och slå på enheten.
3. Den röda lysdioden ska börja blinka med cirka 1 sek intervall (60bmp). Detta indikerar att LC -resonatortanken är ordentligt strömförande och fungerar. Om så inte är fallet, dubbelkolla alla anslutningar och svetspunkter.
4. Om den inte redan är på automatiskt, slå på klockan manuellt.
5. Klockan bör börja ta emot signalen som visar den uppmätta HR: n.
6. Vrid trimpotten till slutpositionen i båda riktningarna för att kontrollera hela HR-intervallet (+/- 5% tolerans för intervallgränserna är acceptabelt)

Alla steg visas i den bifogade videon

Steg 6: Varning

Som slutlig säkerhetsråd, var medveten om att LFMC implementerat i detta enkla format inte tillåter att adressera olika enheter i samma fältintervall, det betyder att om både CardioSim och ett riktigt mätbälte skickar sina signaler till samma mottagare enheten, kommer mottagaren att fastna, med oförutsägbara resultat.

Detta kan vara farligt om du kommer att öka din fysiska prestanda och maximera dina ansträngningar på grundval av den uppmätta HR. CardioSim är avsett att endast användas för testning av andra enheter och inte för utbildning!

Det är allt, tack för att du läste min Instructable, alla feedabck är välkomna!