Südame löögisageduse andur. Optilised südame löögisageduse andurid

Üks populaarsemaid elektroonikavaldkondi on meditsiinielektroonika. See elektroonikaklass rakendab diagnostika- ja meditsiiniseadmeid, mis lahendavad mis tahes meditsiinilisi ja bioloogilisi probleeme. Samuti iseloomustab meditsiinielektroonikat suurem täpsus ja stabiilsus, kuna sellest tehnikast sõltub sageli inimese elu.

Haigused südame-veresoonkonna süsteemist tänapäeval on inimestel kõige levinumad haigused pärast kaariest. Kardiovaskulaarsüsteemi haigused võivad olla ohtlikud mitte ainult patsiendile, vaid ka teda ümbritsevatele inimestele nendel hetkedel, mil ta kontrollib seadmeid või muudes vastutustundlike toimingute tegemisega seotud olukordades.

Alustades kõige lihtsamast ja ligipääsetavamast, saab südame ja kardiovaskulaarsüsteemi tervislikku seisundit määrata südame löögisageduse või pulsi järgi. Pulss on kehas toimuvate füsioloogiliste protsesside kvaliteedi kõige olulisem näitaja, mis võimaldab hinnata keha tervislikku seisundit ja vormisolekut, erinevaid kehahaigusi, mitte ainult südame, vaid ka teiste organite haigusi. ja süsteemid. Pulss on südame kokkutõmbumise ajal veresoontes oleva vere impulss, mis tekitab veresoonte seintes vibratsiooni. Pulssi iseloomustavad järgmised parameetrid: sagedus, rütm, pinge ja täitumine.

Elektroonika juurde tagasi tulles saab mõõta pulssi erinevatel viisidel: optroni (LED, fotodioodi) kasutamine kehaosa valendiku või peegelduse, mikrofonitehnoloogia abil, südamelihase elektrilise aktiivsuse (EKG) mõõtmise, piesoandurite ja isegi videopildi abil nägu sisse viimaseid arenguid ja jne.

Üks levinumaid ja odavamaid meetodeid on optiline meetod, mis õige lähenemise korral võib anda üsna täpse tulemuse. Väga lihtne versioon võite kasutada LED-i ja fotodioodi, viimasest eemaldatakse signaal lihtsalt. Südame kokkutõmbumisel liigub veri veresoontes ebaühtlaselt, olenevalt südame ja veresoonte tööst. Vastavalt sellele ebatasasusele muutub fotodioodil oleva LED-i peegeldunud või läbilaskev signaal. Seda signaali võimendades saate mitte ainult südame kontraktsioonide arvu signaali amplituudide järgi, vaid ka ligikaudse kardiogrammi.

Selliseid müügil olevaid andureid võib leida mitmes versioonis alates lihtsaimast LED-paarist - fotodioodist kuni signaali võimenduse ja filtreerimisega mooduliteni. Viimase näiteks on pulsesensor.com andur, mida me täna kasutame.

Anduri ahel:

Pulsianduri tehnilised andmed:

• Toitepinge 3 kuni 5 V
• Voolutarve umbes 2 mA toitepingel
• Mooduli läbimõõt 16 mm
• Väljundsignaali tüüp analoog
• Meetod südamelöökide tuvastamiseks peegeldunud signaali abil

Ühendades selle anduriga toite, saab väljundkontaktist ostsilloskoobi abil saada ligikaudse kardiogrammi ja määrata pulsisageduse piikide vahelise ajaintervalli järgi.

Selle meetodi puudusena tuleb märkida, et stabiilse tulemuse saavutamiseks on vaja andur sõrmele rakendada teatud asendi ja teatud survejõuga (mitte tugev, kuid mitte nõrk), sarnaselt kõrvapulgale. ja kael (kuna seal on suured arterid, siis seal saadakse kõige selgem tulemus). Samuti moonutab iga liigutus mõõtmisel tulemust. Kasutamisel peab vooluahel olema kaitstud kokkupuute eest teiste juhtivate objektidega, et vältida moonutusi ja signaali nõrgenemist.

Ostsilloskoobi kasutamine pole aga alati mugav ega võimalik, nii et proovime omal käel kõige lihtsama südamemonitori kokku panna.

Seadme skeem:

Ahel põhineb STM32F103C8T6 mikrokontrolleril. Indikaatorina kasutatakse TFT LCD-ekraani eraldusvõimega 240x320 koos ILI9341 kontrolleril põhineva SPI-liidesega. Ahela toiteallikaks on 3,3 V (3,3 V toiteallikaga ekraan töötab), mis võimaldab seadme liikuvuse ja ohutuse huvides kasutada liitium-ioon akusid koos vooluringi mõningase modifikatsiooniga. Impulsiandur on ühendatud mikrokontrolleri ADC1 nullkanaliga. Sarnaselt ostsilloskoobile kantakse ADC mõõtmised ekraanile. Kardiogrammi tippude vahelise aja väärtusega (mõõdetuna mikrokontrolleri taimeriga) määrame pulsisageduse ajaühiku kohta. Iga millisekundi järel toimub katkestus, mille käigus loendatakse millisekundite arv kardiogrammi tippude vahel, see tähendab perioodi. Südamelöökide väärtuseks minutis teisendamiseks kasutame valemit:

60000(ms)/∆T(ms)

Seadme ekraanil kuvatakse pulsianduri abil saadud ligikaudne EKG ja pulsi arvutuslik väärtus löökides minutis. Nii saame lihtsa odava südamemonitori, mille funktsionaalsust saab parandada ja täiendada.

Nii et pärast südame kontraktsioonide kohta andmete saamist saab hinnata tervist järgmisel viisil. Täiskasvanu normaalne pulss on 60–80 lööki minutis. Sportlastel on see väärtus palju madalam ja füüsilise koormuse ajal stabiilsem. Naistel on pulss tavaliselt kiirem ja lastel, sõltuvalt vanusest, palju sagedamini kui täiskasvanutel. Tuleb märkida, et südame löögisageduse tõus tekib siis, kui kehaline aktiivsus, närvipingega, suitsetamise, tee, kohvi ja alkohoolsed joogid. Mõõtke pulssi ajal, mil teid külastasid rahutused ja närvipinge. Pulsi hälbe suuruse järgi saate kindlaks teha, et teil on juba neuroos. Kõige närvilisemad inimesed, kes muretsevad sageli pisiasjade pärast, kurnavad end närvisüsteem, ja kohe reageerib süda kiire pulsiga ja veresoonkond tõusuga vererõhk. Esialgu tekib sellistel inimestel südame-veresoonkonna düstoonia, südameneuroos ja seejärel tekivad tõsised kardiovaskulaarsüsteemi haigused. Kui teie pulss tõuseb kuni väiksemaid pahandusi, siis on hädavajalik anda kehale puhkust ja hoolitseda enda taastumise eest. Südame löögisageduse suurenemist üle 100 löögi minutis nimetatakse tahhükardiaks ja see nõuab erilist tähelepanu. Sellega seoses peaksite kindlasti pöörduma arsti poole. Südame löögisageduse langust alla 50 löögi minutis nimetatakse bradükardiaks ja see nõuab samuti erilist tähelepanu. Sel korral tuleks kindlasti pöörduda arsti poole, välja arvatud juhul, kui oled sportlane või ei tegele joogat. Südamepuudulikkuse korral on pulss väga aeglane ja nõrk. Südamepuudulikkus nõuab kohustuslikku arsti kutsumist.

Pulsi rütm määratakse üksikute impulsi löökide vaheliste intervallidega. Tervel inimesel on pulsi ajaintervallid alati ühesugused. Arütmia on pulsi ebakorrapärasus, mida iseloomustavad ebavõrdsed intervallid. Ebaregulaarsel pulsil võib olla mitut sorti. Ekstrasüstool on arütmia, mis on seotud intervalli lisalöögi ilmnemisega. Kodade virvendusarütmia iseloomustab ebaühtlane pulss. Paroksüsmaalne tahhükardia on äkiline tugev südamelöök.

Raadioelementide loend

Rinna südame löögisageduse monitor on klassikaline versioon kaasaskantav monitor südamerütm. See koosneb elastse rihmaga rinnale kinnitatud andurist ja vastuvõtjast, mis on enamasti valmistatud kella kujul ja asub randmel.

Mõelge selliste pulsikellade plusse ja miinuseid ning mõelge välja, kuidas valida erinevate mudelite vahel. sobiv variant enda jaoks.

Need seadmed võib olla hädavajalik:

• professionaalsetele sportlastele ja harrastussportlastele, kes soovivad treenida maksimaalse efektiivsusega;
• kõigile, kes soovivad lähtestada ülekaal;
• südamehaigustega inimestele.

Pulsikell koos rinnarihm rihmasid kasutatakse tavaliselt tsüklilistel spordialadel, nagu jooksmine, jalgrattasõit, ujumine ja murdmaasuusatamine.

Sel juhul nad täidavad kahte peamist funktsiooni:

Võimaldab teil koormust kontrollida: iga sportlase tsükliliste spordialade treenimisel on kindel pulsikoridor - näiteks 150 kuni 180 lööki minutis -, millega tegelemiseks on kõige tõhusam.

Treeningu ajal jälgib sportlane pulsisagedust pulsikella abil. Kui see läheb sellest koridorist kaugemale - see muutub liiga madalaks või liiga kõrgeks - tähendab see, et on vaja tempot suurendada või vähendada.

Võimaldab edenemist jälgida. Kui sportlane alles alustab sportimist, põhjustab füüsiline aktiivsus pulsisageduse suurt tõusu. Aja jooksul muutub keha järjest treenitumaks ja samade koormuste korral pulss veidi kiireneb.

Kaalu langetamiseks peate tegema kõiki samu tsüklilisi spordialasid või esinema füüsilised harjutused väikese koormuse, kuid suure intensiivsusega raskustega. Samal ajal ka peate veenduma, et tundide ajal hoitakse pulssi kindlas koridoris- ei olnud liiga suur ega liiga väike.

Sel juhul põletatakse rasv kõige tõhusamalt. Südamemonitor aitab kontrollida pulssi, hoides selle õigetes piirides, et kiiremini kaalust alla võtta.

Südamehaiguste korral füüsiline aktiivsus võib samuti väga kasulik olla. Spordiga saab alustada loomulikult alles pärast arstiga konsulteerimist ja treenida tuleb ettevaatusega. Samal ajal on vaja ka pulssi kontrollida, jälgides, et see liiga palju ei tõuseks. Sel juhul ei kahjusta tunnid keha, vaid on ainult kasulikud.

Lisaks võimaldab seade jälgida oma pulssi kogu päeva jooksul südametegevusest täieliku pildi saamiseks.

Mis seade see on, kuidas see ilmus ja milleks see on mõeldud, kuidas arvutada vajalik impulsikoridor - saate kõike videost teada:

Kuidas see töötab

Südame löögisagedust määrav andur on spetsiaalse elastse rihmaga kinnitatud rinnale. asub sellel elektroodid niisutatakse tavaliselt veega või kaetakse spetsiaalse geeliga- see tagab hea kontakti nahaga.

Andur saadab vastuvõtjale signaali, mis kuvab südame löögisagedust. Signaal edastatakse analoog- või digitaalsel kujul.

Küll aga rindkere pulsikellad erinevad vastuvõtja tüübi järgi. Tema rolli võivad mängida:

• spetsiaalne randmevastuvõtja;
• GPS-navigaator;
• jalgratta arvuti;
• nutitelefon;
• nutikell või käevõru.

Samuti on olemas juhtmega pulsikellade mudelid. See disain on häirete eest kaitstud ja tagab seetõttu stabiilse signaali edastamise andurilt vastuvõtjale mis tahes tingimustes, kuid tänapäeval selliseid pulsikellasid praktiliselt enam ei kasutata.

Plussid ja miinused

Peamised alternatiivid rinnaanduriga pulsikelladele on (randmepulsikell) ja verepulsatsioonianduriga mudelid (kinnitatakse kõrvapulgale või selle külge).

Rinna südame löögisageduse monitori peamine eelis on mõõtmiste täpsus. See mõõdab kvaliteetselt pulssi igas olukorras – olgu siis puhkusel, kerge füüsilise tööga või aktiivselt sportides.

Teine oluline rinnaanduriga seadme eelis on pulsi mõõtmiseks ei pea te lisatoiminguid tegema: Pulssi kuvatakse alati vastuvõtja ekraanil. Kuid selleks, et mõnel randmelt pulsikellal pulss teada saada, tuleb panna teine ​​käsi sellise seadme elektroodidele – treeningu ajal võib see keeruliseks osutuda.

Rindkere südame löögisageduse monitoridel on kaks olulist puudust:

• andur võib kandmisel põhjustada ebamugavust;
• kasutusraskused: selleks, et hakata kasutama rindkere südame löögisageduse monitor, on vaja mitte ainult vastuvõtjat käele panna, vaid ka andur kinnitada.

Neid probleeme märkavad tavaliselt algajad. Kuid üsna kiiresti lõpetavad asjaosalised neile tähelepanu pööramast.

Kuidas valida

Kui rinnarihmaga pulsikella ostmisel tuleb tähelepanu pöörata kolmele põhipunktile:

• tootmisettevõte: esimest pulsikella ostes on mõttekas valida tuntud ja usaldusväärsete tootjate mudelid nagu Polar, Sigma, Beurer või Suunto;
• lisafunktsioone: peaaegu kõigil pulsikelladel on lisaks pulsimõõtmisele ka lisafunktsioonid, seega tuleks valida endale sobivate omadustega seade;
• rihma pikkus: ülekaalulistel ei pruugi standardvöö pikkusest piisata, see probleem pole nii levinud, kuid ka seda punkti tuleb arvestada.

Lisafunktsioonid

Rinna südame löögisageduse monitoride standardsete lisafunktsioonide hulka kuuluvad:

• käekell;
• taimer ja stopper – kasulik funktsioon spordi mängimisel;
• sammulugeja;
• nõutava impulsi tsooni seadistamise võimalus - saate määrata vajaliku impulsi koridori alumise ja ülemise piiri, sellest väljumisel annab seade piiksu;
• koolitusstatistika pidamine;
• kehamassiindeksi kalkulaator;
• põletatud kalorite kalkulaator;
• hingamise intensiivsuse ja sageduse mõõtmine.

Lisateavet õige seadme valimise kohta leiate videost:

Kasutamise nüansid

Kui ostsite kõige lihtsama kellavastuvõtjaga seadme, pole vaja teha muud, kui kinnitada andur rinnale ja panna vastuvõtja käele. Pärast seda kuvatakse ekraanil koheselt pulss. Samuti peate määrama kuupäeva ja kellaaja ning tegema muud vajalikud seadistused.

Kui teie vastuvõtjaks on rattakompuuter, GPS-navigaator või nutitelefon, võib häälestamine veidi kauem aega võtta – sel juhul peate looma ühenduse ka vastuvõtja ja anduri vahel.

Populaarsed mudelid

Torneo H-102

Odav südamemonitor treeningtaimeri ja kaloriloenduriga. Kostab seatud pulsikoridorist väljumisel piiksu.

Mällu saate treeningandmeid salvestada. Sisseehitatud taustvalgustus võimaldab harjutada hämaras või pimedas.

Polar FT4

See mudel maksab kaks korda rohkem kui eelmine ja erineb selle poolest parem pool nii funktsionaalsuse kui ka teostuse poolest.

Muuhulgas väljastab FT4 soovitud pulsikoridorist väljumisel helisignaali, loeb põletatud kalorite arvu, kuvab graafikute kujul andmeid praktiku töövõime muutuste kohta. Seadet saab kasutada vee all. See südamemonitor on hea hinna ja kvaliteedi suhtega ja väga populaarne.

Garmin Forerunner 610 HRM

Tipptasemel seade neile, kes vajavad maksimaalset funktsionaalsust ja maksimaalset töökindlust.

hulgas huvitavaid funktsioone- võimalus laadida USB-pordi, GPS-i kaudu, vibratsioonisignaali olemasolu lisaks helisignaal ja suurepärane disain.

Vastused korduma kippuvatele küsimustele

Rinna südame löögisageduse monitor annab teile kõige täpsemad mõõtmised, olenemata sellest, kas olete puhkeasendis või treenite aktiivselt.

Õige pulsikellaga saate alati oma pulssi jälgida. Olenevalt teie eesmärkidest võimaldab see seade kas tõhusalt sportida ja rasva põletada või jälgida südametegevust treeningu ajal ja ajal. Igapäevane elu mitte anda sellele liiga suurt koormust.

Pulss on veresoonte seinte rütmiline võnkumine, mis tekib südame kokkutõmmete ajal. Pulsi mõõtmine on südame-veresoonkonna haiguste diagnoosimisel väga oluline. Oluline on muudatusi jälgida südamerütm keha ülekoormuse vältimiseks, eriti sportimise ajal. Pulsi üks arusaadavaid parameetreid on pulsisagedus. Mõõdetud löökides minutis.

Kaaluge südame löögisageduse mõõtmiseks saadaolevat andurit – pulsiandurit (joonis 1).

Joonis 1. Südame löögisageduse andur

See on fotopletüsmograafia meetodil põhinev analoogsensor – veremahu optilise tiheduse muutus mõõtmispiirkonnas (näiteks sõrm või kõrvanibu), mis on tingitud veresoonte verevoolu muutustest sõltuvalt südame tsükli faas. Andur sisaldab valguskiirguse allikat (roheline LED) ja fotodetektorit (joonis 2), mille pinge varieerub sõltuvalt vere mahust südame pulsatsioonide ajal. See graafik (fotopletüsmogramm või PPG-diagramm) on joonisel fig. 3.

Joonis 2.

Joonis 3. Fotopletüsmogramm

Impulssiandur võimendab analoogsignaali ja normaliseerib selle anduri toitepinge keskmise väärtuse (V / 2) suhtes. Pulsiandur reageerib valguse intensiivsuse suhtelistele muutustele. Kui andurile langeva valguse hulk jääb konstantseks, jääb signaali väärtus ADC vahemiku keskkoha lähedale. Kui registreeritakse uuringu kõrge intensiivsus, siis signaali kõver tõuseb, kui intensiivsus on väiksem, siis vastupidi, kõver langeb.

Joonis 4. Pulsilöögi registreerimine

Anduri tehnilised andmed

• Toitepinge - 5 V;
• Tarbimisvool - 4 mA;

Arduinoga ühendamine

• VCC - 5V;
• GND - maandus;
• S - analoogväljund.

Joonis 5. Südame löögisageduse anduri ühendamine Arduino plaadiga

Kasutusnäide

• arduino uno plaat
• pulsi andur