CardioSim: 6 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

V prvom rade je to môj prvý Instructable a nie som rodený hovorca angličtiny (alebo spisovateľ), preto sa vopred ospravedlňujem za celkovú nízku kvalitu. Dúfam však, že tento návod môže byť užitočný pre ľudí, ktorí používajú systém monitorovania srdcového tepu (HR) (zložený z vysielača hrudného pásu a hodiniek s prijímačom) a ktorí buď:

chcete presne vedieť, ktorú batériu je potrebné vymeniť (vo vnútri pásu alebo vo vnútri hodiniek prijímača), keď systém prestane správne fungovať. Obvykle len pre istotu, aby užívateľ skončil s výmenou oboch batérií, aj keď je tá v páse vystavená väčšej záťaži, a preto sa vybíja rýchlejšie ako tá druhá

alebo

majú záujem (ako ja) o vývoj záznamníka údajov o srdcovej frekvencii na ďalšie vyhodnotenie - napríklad na štatistickú analýzu HRV (variácií srdcovej frekvencie) v statických podmienkach alebo na korelačné štúdie medzi HR a fyzickým úsilím v dynamických podmienkach - a dávajte prednosť simulátoru hrudného pásu (Cardio), než aby ste počas testovacích fáz stále nosili skutočný

Z vyššie uvedených dôvodov som nazval svoj Instructable „CardioSim“

Krok 1: Ako to funguje

Bezdrôtový prenos pulzov srdcovej frekvencie medzi vysielačom (hrudný pás) a prijímačom (špeciálne hodinky, ako aj bežecké pásy, cvičebné zariadenia atď.) Je založený na nízkofrekvenčnej magnetickej komunikácii (LFMC) a nie na tradičná rádiofrekvencia.

Štandardná frekvencia pre tento typ (analógových) monitorovacích systémov je 5,3 kHz. Nové digitálne systémy sú založené na technológii Bluetooth, ale to nie je v rozsahu tohto tutoriálu.

Pre tých, ktorí majú záujem o prehĺbenie témy, nájdete v tejto poznámke k aplikácii komplexný popis technológie LFMC vrátane výhod a nevýhod vs. RF.

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

V záujme tohto projektu však stačí vedieť, že 5,3 kHz magnetický nosič poľa generovaný rezonančným obvodom LC (séria) je modulovaný na základe jednoduchého formátu OOK (zapínanie a vypínanie kľúčenia), kde každý srdcový pulz zapne nosič asi na 10 ms. Signál je detegovaný (paralelnou) LC rezonančnou nádržou (s rovnakou rezonančnou frekvenciou magnetického poľa a za predpokladu, že obe cievky sú správne zarovnané), zosilnený a odoslaný do meracej jednotky.

Aj keď na webe nájdete niekoľko príkladov obvodu prijímača, nepodarilo sa mi nájsť model vysielača, a tak som sa rozhodol analyzovať signál generovaný hrudným pásom a vytvoriť obvod, ktorý ho môže simulovať. podobná sila, frekvencia a formát poľa.

Krok 2: Schéma a diely

Obvody sa skladajú z veľmi malého počtu komponentov, ktoré sa zmestia do malého prípadu:

• Puzdro s pásovou doskou, ako je toto
• Penový pás s vysokou hustotou, 50 x 25 x 10 mm (ako ten, ktorý sa používa na balenie integrovaných obvodov)
• Mikrokontrolér ATTiny85-20
• Ovládač motora L293
• Regulátor napätia 5V, typ 7805 alebo LD1117V50
• 2x elektrolytický kondenzátor 10uF/25V
• Kondenzátor 22n/100V
• Trimpot so šachtou, 10K, 1 otáčka, (ako v štartovacej súprave Arduino)
• Rezistor 22K
• Rezistor 220R
• LED červená 5 mm
• Indukčnosť 39mH, použil som BOURNS RLB0913-393K
• 9V batéria
• mini prepínač SPDT (recykloval som prepínač AM/FM zo starého tranzistorového rádia)

Najdôležitejšou súčasťou je indukčnosť, vysokokvalitné feritové jadro a nízky odpor sú povinné, aby boli malé a získali dobrý faktor kvality rezonančného obvodu.

Krok 3: Popis obvodu a kód

Použitím vzorca LC obvodu uvedeného na výkrese s L = 39 mH a C = 22nF je výsledná frekvencia okolo 5,4 kHz, čo je dostatočne blízko k štandardnej hodnote 5,3 kHz. LC nádrž je poháňaná invertorovým mostíkom H zloženým z 2 polovičných mostíkov 1 a 2 budiča motora IC L293. Nosnú frekvenciu generuje mikrokontrolér TINY85, ktorý tiež poháňa modulačný signál simulujúci HR. Prostredníctvom Trimpotu pripojeného k analógovému vstupu A1 je možné srdcovú frekvenciu zmeniť z približne 40 na 170 bmp (úderov za minútu) - čo sa v skutočných podmienkach považuje za dostatočné pre väčšinu amatérskych športovcov. Pretože most musí byť poháňaný dvoma protiľahlými štvorcovými vlnami (a s mojimi obmedzenými znalosťami kódu Assembler ATTiny som bol schopný vygenerovať iba jeden), použil som half brige 3 ako invertor.

Na tieto jednoduché úlohy sú vnútorné hodiny pri 16 MHz dostatočné, ale predbežne som zmeral potrebný kalibračný faktor pre svoj čip a vložil som ho do sekcie nastavenia do príkazového riadka „OSCCAL“. Na stiahnutie náčrtu do ATTiny som použil Arduino Nano nabité kódom ArduinoISP. Ak nie ste oboznámení s týmito dvoma krokmi, na webe je veľa príkladov. Ak niekoho zaujíma, vyvinul som svoje vlastné verzie, ktoré môžem poskytnúť na požiadanie. Priložený kód pre ATTiny:

Krok 4: Zostavenie obvodu

Skriňa už mala na hornom kryte 5 mm otvor, ktorý bol perfektný pre LED, a na hriadeľ trimpotu som musel vyvŕtať iba druhý 6 mm otvor, zarovnaný s prvým. Usporiadal som rozloženie komponentov tak, aby batéria držala na mieste medzi trimrom a regulátorom napätia TO-220 a pevne zablokovaná vo svojej polohe penovým pásikom prilepeným k hornému krytu.

Ako si môžete všimnúť, indukčnosť je namontovaná horizontálne, t.i. s osou rovnobežnou s doskou. To je za predpokladu, že indukčnosť prijímača leží tiež v rovnakom smere. V každom prípade pre optimálny prenos vždy zaistite, aby boli obe osi rovnobežné (nie nevyhnutne na rovnakej priestorovej rovine) a neboli navzájom kolmé.

Na konci montáže dôkladne skontrolujte pomocou testera obvodu všetky spojenia s testerom obvodov.

Krok 5: Otestujte obvod

Najlepším testovacím nástrojom pre obvod sú hodinky s prijímačom monitorovania HR:

1. Položte hodinky vedľa zariadenia CardioSim.
2. Nastavte trimpot do strednej polohy a zapnite zariadenie.
3. Červená LED dióda by mala začať blikať v intervaloch asi 1 s (60 bmp). To naznačuje, že nádrž rezonátora LC je správne pod napätím a funguje. Ak tomu tak nie je, dvakrát skontrolujte všetky spoje a body zvárania.
4. Ak ešte nie sú zapnuté automaticky, hodinky zapnite manuálne.
5. Hodinky by mali začať prijímať signál ukazujúci nameranú HR.
6. Otočením trimpéra do koncovej polohy v oboch smeroch skontrolujte plný rozsah HR (toleruje sa tolerancia +/- 5% k limitom rozsahu)

Všetky kroky sú uvedené v priloženom videu

Krok 6: Varovanie

Na záver by ste si mali uvedomiť, že LFMC implementovaný v tomto jednoduchom formáte neumožňuje adresovať rôzne jednotky v rovnakom rozsahu poľa, to znamená, že v prípade, že CardioSim aj skutočný merací pás vysielajú svoje signály do rovnakého prijímača jednotka, bude prijímač zaseknutý s nepredvídateľnými výsledkami.

To môže byť nebezpečné v prípade, ak sa chystáte zvýšiť svoj fyzický výkon a maximalizovať svoje úsilie na základe nameraného srdcového tepu. CardioSim je určený len na testovanie iných jednotiek a nie na školenie!

To je všetko, ďakujem, že ste si prečítali môj návod, akýkoľvek feedabck je vítaný!