CardioSim: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Em primeiro lugar, este é meu primeiro Instructable, e não sou um falante nativo de inglês (ou escritor), portanto, peço desculpas antecipadamente pela baixa qualidade geral. No entanto, espero que este tutorial possa ser útil para pessoas que usam um sistema de monitor de frequência cardíaca (HR) (composto por um transmissor de cinta torácica e um relógio receptor) e que:

deseja saber exatamente qual bateria precisa ser substituída (dentro do cinto ou dentro do relógio receptor), quando o sistema para de funcionar corretamente. Normalmente, só para ter certeza de que o usuário acaba trocando as duas baterias, mesmo que a que está na correia seja submetida a uma carga mais pesada e, portanto, descarregue mais rápido que a outra

ou

estão interessados (como eu) em desenvolver um registrador de dados de frequência cardíaca para avaliações posteriores - por exemplo, para a análise estatística da VFC (Variações da frequência cardíaca) em condições estáticas, ou para estudos de correlação entre a FC e os esforços físicos em condições dinâmicas - e prefira usar um simulador de cinto torácico (Cardio) em vez de usar um real o tempo todo durante as fases de teste

Pelos motivos acima, chamei meu Instructable "CardioSim"

Etapa 1: como funciona

A transmissão sem fio dos pulsos de frequência cardíaca entre o transmissor (cinta peitoral) e o receptor (relógio dedicado, bem como esteiras, dispositivos de treino, etc.) é baseada em uma comunicação magnética de baixa frequência (LFMC), e não uma radiofrequência tradicional.

A frequência padrão para este tipo de sistema de monitoramento (analógico) é 5,3 kHz. Novos sistemas digitais são baseados na tecnologia Bluetooth, mas isso está fora do escopo deste tutorial.

Para aqueles que estão interessados em aprofundar o tópico, uma descrição abrangente da tecnologia LFMC, incluindo os prós e contras vs. RF, pode ser encontrada nesta nota de aplicativo

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

No entanto, para o propósito deste projeto, é suficiente saber que uma portadora de campo magnético de 5,3 kHz gerada por um circuito ressonante LC (série) é modulada na base de um formato OOK (On-OFF Keying) simples, onde cada pulso do coração liga a portadora por cerca de 10ms. O sinal é detectado por um tanque ressonante LC (paralelo) (com a mesma frequência ressonante do campo magnético, e desde que as duas bobinas estejam devidamente alinhadas), amplificado e enviado para a unidade de medição.

Embora na WEB possam ser encontrados alguns exemplos do circuito receptor, não consegui encontrar um modelo para o transmissor, então decidi analisar o sinal gerado pela minha cinta peitoral, e construir um circuito que possa simular isso, com força, frequência e formato de campo semelhantes.

Etapa 2: esquemático e partes

Os circuitos são compostos por muito poucos componentes que podem caber em uma pequena caixa:

• Maleta com strip board, como esta
• Tira de espuma de alta densidade, 50x25x10mm (como a usada para a embalagem dos ICs)
• Microcontrolador ATTiny85-20
• Motorista L293
• Regulador de tensão 5V, typ 7805 ou LD1117V50
• 2x capacitor eletrolítico 10uF / 25V
• Capacitor 22n / 100V
• Trimpot com eixo, 10K, 1 volta, (como no Arduino Starter Kit)
• Resistor 22K
• Resistor 220R
• LED vermelho 5mm
• Indutância 39mH, usei um BOURNS RLB0913-393K
• Bateria 9V
• interruptor mini SPDT (eu reciclei o interruptor AM / FM de um rádio transistor antigo)

O componente mais importante é a indutância, um núcleo de ferrite de alta qualidade e baixa resistência são obrigatórios para mantê-la pequena e obter um bom fator de qualidade do circuito ressonante.

Etapa 3: Descrição e código do circuito

Aplicando a fórmula do circuito LC mostrado no desenho, com L = 39mH e C = 22nF a frequência resultante fica em torno de 5,4 kHz, o que é próximo o suficiente do valor padrão de 5,3 kHz. O tanque LC é acionado por um inversor em ponte H composto pelas 2 meias pontes 1 e 2 do acionador do motor IC L293. A frequência portadora é gerada pelo microcontrolador TINY85, que também aciona o sinal de modulação simulando o HR. Através do Trimpot ligado à entrada analógica A1 a frequência cardíaca pode ser alterada de cerca de 40 a 170 bmp (batimentos por minuto) - o que em condições reais é considerado adequado para a maioria dos desportistas amadores. Como a ponte precisa ser conduzida por duas ondas quadradas opostas (e com meu conhecimento limitado do código Assembler da ATTiny, fui capaz de gerar apenas uma), usei o meio brige 3 como inversor.

Para essas tarefas simples, o clock interno de 16 MHz é adequado, no entanto, eu medi anteriormente o fator de calibração necessário para meu chip e coloquei-o na linha de comando "OSCCAL" na seção de configuração. Para baixar o sketch para o ATTiny, usei um Arduino Nano carregado com o código do ArduinoISP. Se você não está familiarizado com essas duas etapas, existem toneladas de exemplos na Web, se alguém estiver interessado, desenvolvi minhas próprias versões que posso fornecer a pedido. Em anexo o código para o ATTiny:

Etapa 4: montagem do circuito

O case já tinha um furo de 5mm na tampa superior que era perfeito para o Led, e só precisei fazer um segundo furo de 6mm, alinhado com o primeiro, para o eixo do trimpot. Organizei o layout dos componentes de forma que a bateria fique presa no lugar entre o trimpot e o regulador de tensão TO-220, e firmemente bloqueada em sua posição pela tira de espuma colada na tampa superior.

Como você pode notar, a indutância é montada horizontalmente, t.i. com seu eixo paralelo ao tabuleiro. Isso pressupõe que a indutância do receptor também esteja na mesma direção. Em qualquer caso, para uma transmissão ideal, sempre certifique-se de que ambos os eixos sejam paralelos (não necessariamente no mesmo plano espacial) e não perpendiculares entre si.

No final da montagem, verifique cuidadosamente com um testador de circuito todas as conexões com um testador de circuito.

Etapa 5: teste o circuito

A melhor ferramenta de teste para o circuito é um relógio receptor de monitoramento de HR:

1. Coloque o relógio ao lado do CardioSim.
2. Defina o trimpot na posição intermediária e ligue a unidade.
3. O LED vermelho deve começar a piscar em intervalos de cerca de 1 segundo (60bmp). Isso indica que o tanque ressonador LC está devidamente energizado e funcionando. Se este não for o caso, verifique todas as conexões e pontos de soldagem.
4. Se ainda não estiver ligado automaticamente, ligue o relógio manualmente.
5. O relógio deve começar a receber o sinal mostrando a FC medida.
6. Girar o trimpot para a posição final em ambas as direções para verificar a faixa de HR completa (+/- 5% de tolerância dos limites da faixa é tolerável)

Todas as etapas são mostradas no vídeo em anexo

Etapa 6: Aviso

Como conselho final de segurança, esteja ciente de que o LFMC implementado neste formato simples não permite endereçar unidades diferentes na mesma faixa de campo, isso significa que caso o CardioSim e uma cinta de medição real estejam enviando seus sinais para o mesmo receptor unidade, o receptor ficará bloqueado, com resultados imprevisíveis.

Isso pode ser perigoso caso você vá aumentar seu desempenho físico e maximizar seus esforços com base na FC medida. CardioSim deve ser usado apenas para teste de outras unidades e não para treinamento!

Isso é tudo, obrigado por ler meu Instructable, qualquer feedabck é bem-vindo!