Programación del módulo de frecuencia cardíaca
Suponiendo que el intervalo entre dos latidos es de t segundos, entonces la frecuencia cardíaca instantánea se puede expresar como:
IHR=60 latidos/minuto
También es decir, primero mida el tiempo t segundos entre dos ondas R adyacentes (es decir, el ciclo de frecuencia cardíaca instantánea) y luego convierta este ciclo de frecuencia cardíaca en latidos por minuto.
Si se utiliza un pulso de reloj con frecuencia f como señal de referencia de tiempo de medición, los pulsos de reloj se cuentan en T segundos y el valor de diseño es N, entonces T=N/f, luego se aplica la fórmula de cálculo de la frecuencia cardíaca instantánea se puede expresar como:
IHR=60f/N (veces/minuto)
Siempre que se calcule el número de pulso, se puede calcular la frecuencia cardíaca instantánea según la fórmula anterior [1].
2 Composición del circuito y principio de funcionamiento
2.1 Diagrama de bloques de la composición del circuito
La débil señal de ECG del cuerpo humano (aproximadamente 0,5 mV ~ 3 mV) se obtiene a través del Circuito de muestreo La señal de ECG se amplifica a aproximadamente 2 V a través de un amplificador con características de filtrado de paso bajo, y la interferencia de audio contenida en la señal de ECG se filtra. El circuito de conformación primero convierte la onda de pulso en una onda cuadrada a través de un comparador, y luego da forma a la onda cuadrada irregular en un pulso rectangular "limpio" con el mismo ancho y menos de un ciclo de reloj a través de un disparador monoestable. El multivibrador de cristal sensible al tiempo genera pulsos de reloj con frecuencia estable como señal de base de tiempo. El contador cuenta el número de pulsos de reloj ingresados dentro del ciclo de frecuencia cardíaca de t segundos y decodifica el circuito de almacenamiento para obtener el código BCD del valor de frecuencia cardíaca instantánea, que luego se envía al circuito de visualización mediante el circuito de accionamiento del pestillo para su visualización. . El pulso estrecho rectangular obtenido después de amplificar y dar forma a la señal de ECG se usa como señal de habilitación del pestillo del pestillo. Después del retraso, se usa como señal de borrado del contador para garantizar que el contador cuente dentro del ciclo de frecuencia cardíaca instantánea, y el pestillo muestra la frecuencia del último latido.
2.2 Principio de funcionamiento del circuito y cada módulo
2.2.1 Sensor de muestreo
Un sensor es un dispositivo físico u órgano biológico que puede detectar y sentir señales externas. , condiciones físicas (como luz, calor, humedad) o componentes químicos (como humo), y transmiten la información detectada a otros dispositivos u órganos.
Clasificación del principio de funcionamiento de los sensores Los sensores físicos aplican efectos físicos, como efecto piezoeléctrico, fenómeno de magnetoestricción, ionización, polarización, termoelectricidad, fotoelectricidad, magnetoelectricidad y otros efectos. Pequeños cambios en la cantidad de señal medida se convertirán en señales eléctricas. Los sensores químicos incluyen sensores que están causalmente relacionados con fenómenos como la adsorción química y las reacciones electroquímicas. Los pequeños cambios en la cantidad de señal medida también se convertirán en señales eléctricas. Proporcione una fuente de alimentación de 15 V al sensor. El oscilador de cristal en el circuito de excitación genera una onda cuadrada de 400 Hz. La potencia de excitación de CA se genera a través del amplificador de potencia TDA2030. La bobina primaria estacionaria se transmite a la bobina secundaria giratoria a través del transformador de anillo de energía T1. La potencia de CA resultante pasa a través del eje. El circuito del filtro rectificador superior obtiene una fuente de alimentación de 5 V CC, que se utiliza como fuente de alimentación de trabajo del amplificador operacional AD822, la fuente de alimentación regulada de alta precisión compuesta por la fuente de alimentación de referencia. AD589 y el amplificador operacional de doble canal AD822 generan una fuente de alimentación CC de precisión de 4,5 V, que sirve como fuente de alimentación de puente y como fuente de alimentación operativa del amplificador operacional de doble canal AD822 para amplificadores y convertidores V/F.
El circuito de muestreo utiliza un sensor de presión cerámico resistente a la corrosión CPS182. El sensor de presión cerámico resistente a la corrosión no tiene transmisión de líquido y la presión actúa directamente sobre la parte frontal del diafragma cerámico, lo que provoca que el diafragma se deforme ligeramente. Las resistencias de película gruesa están impresas en la parte posterior del diafragma cerámico y conectadas para formar un puente de Wheatstone. A través de la calibración láser, el sensor tiene alta estabilidad de temperatura y estabilidad de tiempo.
2.2.2 Circuito de amplificación y conformación
El amplificador consta de un amplificador de primera etapa A1, un amplificador de segunda etapa A2 y un filtro de paso bajo RC, como se muestra en la Figura 2. Los requisitos de diseño para esta parte del circuito son: (1) alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida; (2) amplificación suficientemente grande (3) buena respuesta de baja frecuencia (4) pequeña deriva de temperatura (5) fuerte anti; -capacidad de interferencia [2].
La resistencia R1 y el condensador C1, la resistencia R3 y el condensador C2 forman un filtro de paso bajo para filtrar el ruido de audio en la onda de pulso. Los valores de resistencia de R1 y R3 son 2kω y c1 respectivamente, y la capacidad de C2 está sujeta al valor medido real.
El amplificador operacional de primer nivel A1 utiliza un circuito de amplificación proporcional diferencial (porque el frente es un circuito puente), y el amplificador operacional de segundo nivel A2 utiliza retroalimentación negativa en serie de voltaje, lo que mejora la estabilidad de la amplificación. La etapa del amplificador operacional es más grande y la resistencia de salida es más pequeña. El factor de amplificación de voltaje de la primera etapa es
Obviamente, la fórmula anterior ignora la influencia del capacitor C1. De hecho, la señal de ECG emitida por el amplificador de amplificación de voltaje total no se puede utilizar directamente para medir la frecuencia cardíaca y debe convertirse en una señal de pulso a través de un circuito de conformación. El circuito de conformación se muestra en la Figura 3. El circuito de conformación en este diseño primero convierte la onda de pulso en una onda cuadrada a través de un comparador, y luego convierte la onda cuadrada en un pulso estrecho de igual ancho a través del monoestable compuesto por R10 y C6, que se utiliza como señal de activación del pestillo y Borrado del retardo del contador Señal cero.
2.2.3 Circuito de visualización de decodificación de conteo
El circuito de visualización de decodificación de conteo de este diseño se muestra en la Figura 4. El contador binario de 16 bits se conecta en cascada desde el contador binario de 12 bits 74HC4040 y el contador binario de 4 bits 74LS163. El valor de conteo está entre 0 ~ 65535. El número binario contado se utiliza como código de dirección de EPROM uPD24C1024D. Los datos almacenados en esta unidad de dirección son el código BCD correspondiente al valor de frecuencia cardíaca instantánea. La salida de datos de la EPROM se envía a tres chips CC4511 con función de activación de pestillo para controlar la pantalla LED para mostrar unidades, decenas y centenas [3].
Suponiendo que la frecuencia cardíaca es de 150 pulsaciones/minuto, el contador puede contar el número de pulsaciones en un período T N=60×1 000/150=400 (piezas), que se convierte en un número hexadecimal de 190, es decir, en la dirección EPROM, ubicación 190. D7, D6, D5 y D4 son 0, 1, 0 y 1 respectivamente; D3, D2, D1 y D0 son todos 0. Si la frecuencia cardíaca es de 80 latidos/minuto, el número de pulsaciones contabilizadas por el contador en un ciclo es N=60×1 000/80=750 (piezas), que se expresa en hexadecimal como 2EE, es decir, la unidad de dirección Se completa el valor de 2EE en EPROM. Ingrese el valor de frecuencia cardíaca de 80 dígitos. D7, D6, D5 y D4 son 1, 0, 0, 0 respectivamente; D3, D2, D1 y D0 son todos 0. Si la frecuencia cardíaca es de 10 latidos/minuto, el número de pulsaciones contabilizadas por el contador en un ciclo es N=60×1 000/10=6 000 (piezas), que se expresa como 65438 en hexadecimal. D7, D6, D5 y D4 son 0, 0, 0 y 1 respectivamente; D3, D2, D1 y D0 son todos 0. Codifique en consecuencia. Debido a la diferencia entre el valor de conteo real y el valor teórico, n valores dentro de un cierto rango pueden representar el mismo valor de frecuencia cardíaca, por lo que varias unidades de dirección de EPROM pueden almacenar el mismo valor de frecuencia cardíaca. cuantas más direcciones le correspondan.
Circuito de alimentación
El circuito de alimentación se diseña utilizando métodos tradicionales [3]. Después de la rectificación, el filtrado y la estabilización de amplitud, la alimentación de 220 V CA genera un voltaje de CC estable para alimentar todos los circuitos. Configure correctamente la relación de vueltas de los devanados primario y secundario del transformador para que el circuito de potencia pueda proporcionar voltajes de CC de 15 V y 5 V. El diagrama del circuito se muestra en la Figura 5. El circuito de alimentación se refiere al diseño del circuito, la forma del circuito y las características de la parte de suministro de energía proporcionada para alimentar los equipos eléctricos. Hay alimentación de CA y alimentación de CC. Los circuitos de alimentación de CC se dividen en fuentes de alimentación conmutadas y fuentes de alimentación no conmutadas, y los circuitos también son muy diferentes. Las fuentes de alimentación conmutadas generalmente no utilizan transformadores; las fuentes de alimentación conmutadas son un método de diseño tradicional. Los transformadores se utilizan a menudo en circuitos de potencia para transformar y luego rectificar y filtrar. Varios componentes están conectados entre sí mediante cables para formar un "circuito", que también puede denominarse "red". Más específicamente, los circuitos son redes que pueden formar bucles cerrados. Una "rama" es parte de un circuito y cada componente tiene su propia rama. La intersección de dos o más ramas cualesquiera se llama "nodo". Varios componentes están conectados entre sí mediante cables para formar un "circuito", que también puede denominarse "red". Más específicamente, los circuitos son redes que pueden formar bucles cerrados.
La salida de datos de EPBOM refleja el valor instantáneo de la frecuencia cardíaca y se muestra después del enganche. La señal de activación del pestillo se toma del pulso estrecho de la señal de ECG emitida por el 555. Cuando llega el flanco ascendente del pulso, el pestillo retiene el valor actual. El circuito de retardo garantiza que el pestillo CC4511 tenga suficiente tiempo de bloqueo antes de que se borre el contador.
Esto garantiza que el contador cuente dentro del ciclo de frecuencia cardíaca instantánea y que el pestillo muestre la frecuencia del latido anterior.
Según la fórmula de cálculo de la frecuencia cardíaca instantánea: IHR=60f/N (veces/minuto), cuando el valor del conteo del ciclo N es pequeño, un cambio en N en una unidad (aumento o disminución de 1) corresponde a un cambio mayor en el valor de la frecuencia cardíaca instantánea. Por lo tanto, teniendo en cuenta los requisitos de resolución y el rango de direcciones de la EPROM (0~65 535), este diseño utiliza un pulso de reloj altamente estable con una frecuencia f=1000 Hz como señal de base de tiempo. La estabilidad de la frecuencia del pulso del reloj determina directamente la precisión de la sincronización. El circuito de reloj de este diseño utiliza un multivibrador de cristal sensible al tiempo con alta estabilidad de frecuencia de oscilación. Ajuste la capacitancia del condensador C4 para mantener la frecuencia de reloj del oscilador de cristal en f=1000 Hz.
Calculado a partir de la fórmula de frecuencia cardíaca instantánea IHR=60f/N (veces/minuto)
N = 6 0 f /IHR=60×1000/IHR
Por lo tanto, la relación entre el valor de la frecuencia cardíaca instantánea IHR y el valor de conteo N se muestra en la Tabla 1 [4].