CardioSim: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Najprej je to moj prvi Instructable in nisem domači angleški govorec (ali pisatelj), zato se vnaprej opravičujem za splošno nizko kakovost. Upam pa, da je ta vadnica lahko v pomoč ljudem, ki uporabljajo sistem za spremljanje srčnega utripa (HR) (sestavljen iz oddajnika pasu na prsnem pasu in ure sprejemnika) in ki:

želite natančno vedeti, katero baterijo je treba zamenjati (znotraj pasu ali znotraj ure sprejemnika), ko sistem preneha delovati pravilno. Običajno samo zato, da se prepričate, da uporabnik na koncu zamenja obe bateriji, čeprav je tista v pasu izpostavljena večji obremenitvi in se zato izprazni hitreje kot druga

ali

zanimajo (kot sem jaz) za razvoj zapisovalnika podatkov o srčnem utripu za nadaljnja vrednotenja - na primer za statistično analizo HRV (variacije srčnega utripa) v statičnih pogojih ali za korelacijske študije med HR in fizičnimi napori v dinamičnih razmerah - in raje uporabite simulator prsnega pasu (Cardio), namesto da ves čas med preskusnimi fazami nosite pravega

Zaradi zgoraj navedenih razlogov sem imenoval "CardioSim"

1. korak: Kako deluje

Brezžični prenos impulzov srčnega utripa med oddajnikom (pas na prsnem pasu) in sprejemnikom (namenska ura, pa tudi tekalne steze, naprave za vadbo itd.) Temelji na nizkofrekvenčni magnetni komunikaciji (LFMC) in ne tradicionalna radijska frekvenca.

Standardna frekvenca za to vrsto (analognih) nadzornih sistemov je 5,3 kHz. Novi digitalni sistemi temeljijo na tehnologiji Bluetooth, vendar to ni v obsegu te vadnice.

Za tiste, ki jih zanima poglobitev teme, je v tej opombi o aplikaciji na voljo izčrpen opis tehnologije LFMC, vključno s prednostmi in slabostmi v primerjavi z RF.

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

Vendar pa je zaradi tega projekta dovolj vedeti, da je nosilec magnetnega polja 5,3 kHz, ki ga ustvari LC (serija) resonančnega vezja, moduliran na podlagi preprostega formata OOK (On-OFF Keying), pri katerem vsak srčni utrip vklopi nosilec za približno 10 ms. Signal zazna (vzporedna) LC resonančna posoda (z enako resonančno frekvenco magnetnega polja in pod pogojem, da sta obe tuljavi pravilno poravnani), ojačana in poslana v merilno enoto.

Čeprav je v WEB -u mogoče najti nekaj primerov sprejemniškega vezja, nisem mogel najti modela oddajnika, zato sem se odločil, da analiziram signal, ki ga ustvarja moj prsni pas, in zgradim vezje, ki ga lahko simulira z podobno jakost polja, frekvenco in obliko.

2. korak: Shema in deli

Vezja sestavljajo zelo malo komponent, ki jih je mogoče namestiti v majhno ohišje:

• Ohišje s trakom, kot je ta
• Trak iz pene visoke gostote, 50x25x10mm (kot tisti, ki se uporablja za pakiranje IC)
• Mikrokrmilnik ATTiny85-20
• Gonilnik motorja L293
• Regulator napetosti 5V, tip 7805 ali LD1117V50
• 2x elektrolitski kondenzator 10uF/25V
• Kondenzator 22n/100V
• Trimpot z gredjo, 10K, 1 obrat, (kot v začetnem kompletu Arduino)
• Upor 22K
• Upor 220R
• LED rdeča 5 mm
• Induktivnost 39mH, uporabil sem BOURNS RLB0913-393K
• 9V baterija
• mini stikalo SPDT (recikliral sem stikalo AM/FM iz starega tranzistorskega radia)

Najpomembnejša komponenta je induktivnost, visoko kakovostno feritno jedro in nizka upornost sta obvezna, da je majhna in da dobimo dober faktor kakovosti resonančnega vezja.

3. korak: Opis in koda vezja

Z uporabo formule vezja LC, prikazanega na risbi, je pri L = 39mH in C = 22nF nastala frekvenca okoli 5,4 kHz, kar je dovolj blizu standardne vrednosti 5,3 kHz. Rezervoar LC poganja pretvornik s H-mostom, sestavljen iz dveh polovičnih mostov 1 in 2 gonilnika motorja IC L293. Nosilno frekvenco ustvarja mikrokrmilnik TINY85, ki poganja tudi modulirajoči signal, ki simulira HR. Srčni utrip lahko prek trimpota, priključenega na analogni vhod A1, spremenite s približno 40 na 170 bmp (utripov na minuto) - kar v realnih razmerah velja za večino ljubiteljskih športnikov. Ker morata most poganjati dva nasprotna kvadratna vala (in z mojim omejenim poznavanjem kode ATTiny's Assembler sem lahko ustvaril samo enega), sem kot pretvornik uporabil pol brige 3.

Za te preproste naloge je ustrezna notranja ura pri 16 MHz, vendar sem predhodno izmeril potreben faktor umerjanja za svoj čip in ga v ukazno vrstico "OSCCAL" postavil v razdelek za nastavitev. Za prenos skice v ATTiny sem uporabil Arduino Nano, naložen s kodo ArduinoISP. Če teh dveh korakov ne poznate, je v spletu na stotine primerov, če koga zanima, sem razvil lastne različice, ki jih lahko ponudim na zahtevo. Priložena je koda za ATTiny:

4. korak: Sestavljanje vezja

Ohišje je že imelo 5 -milimetrsko luknjo na zgornjem pokrovu, ki je bila kot nalašč za Led, in za gred trimpota sem moral izvrtati samo drugo 6 -milimetrsko luknjo, poravnano s prvo. Postavitev komponent sem razporedil tako, da je baterija pritrjena med trimpotom in regulatorjem napetosti TO-220 in trdno blokirana s penastim trakom, lepljenim na zgornji pokrov.

Kot lahko opazite, je induktivnost nameščena vodoravno, t.i. z osjo vzporedno s ploščo. To je ob predpostavki, da tudi induktivnost sprejemnika leži v isti smeri. V vsakem primeru pa za optimalen prenos vedno zagotovite, da sta obe osi vzporedni (ne nujno na isti prostorski ravnini) in nista pravokotni drug na drugega.

Na koncu montaže s testerjem vezja temeljito preverite vse povezave s testerjem vezij.

5. korak: Preizkusite vezje

Najboljše orodje za testiranje vezja je sprejemna ura za spremljanje HR:

1. Položite uro poleg CardioSim.
2. Trimpot postavite v srednji položaj in vklopite enoto.
3. Rdeča LED mora začeti utripati v približno 1 -sekundnih intervalih (60 bmp). To kaže, da je resonatorski rezervoar LC pravilno pod napetostjo in deluje. Če temu ni tako, dvakrat preverite vse povezave in varilne točke.
4. Če še ni samodejno vklopljen, ročno vklopite uro.
5. Ura bi morala začeti sprejemati signal, ki prikazuje izmerjeno HR.
6. Z obračanjem trimpota v končni položaj v obeh smereh preverite celoten obseg srčnega utripa (dopustno je +/- 5% odstopanja od mej razpona)

Vsi koraki so prikazani v priloženem videu

6. korak: Opozorilo

Kot zadnji varnostni nasvet upoštevajte, da LFMC, izveden v tej preprosti obliki, ne dovoljuje naslavljanja različnih enot v istem področju, kar pomeni, da v primeru, da tako CardioSim kot pravi merilni pas pošiljata signale na isti sprejemnik enoto, bo sprejemnik zagozden, kar bo povzročilo nepredvidljive rezultate.

To je lahko nevarno, če boste na podlagi izmerjenega srčnega utripa povečali svojo telesno zmogljivost in povečali svoja prizadevanja. CardioSim je namenjen samo za testiranje drugih enot in ne za usposabljanje!

To je vse, hvala, ker ste prebrali moj Instructable, vsak feedabck je dobrodošel!