Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

11-02-2011

Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628A. Часть 1. Принцип действия и схема

Данный проект демонстрирует технику измерения частоты сердечных сокращений (пульса) по изменению объема крови в артерии пальца. В статье мы рассмотрим все основные моменты в аппаратной и программной реализации устройства.

Измеритель пульса на микроконтроллере PIC

Пульс – это количество ударов сердца в единицу времени, и обычно измеряется в ударах в минуту. Для взрослых нормальный пульс составляет 60-100 ударов в минуту при отсутствии нагрузок. Пульс, измеренный в отсутствии физических нагрузок, является важным показателем здоровья человека.

Для измерения пульса используется датчик, который состоит из инфракрасного светодиода, который передает ИК сигнал на палец человека, и фотодиода, который принимает отраженный от клеток крови сигнал. Светодиод и фотодиод должны быть расположены близко друг к другу, как показано на рисунке ниже.

ИК сенсор для измерителя пульса на микроконтроллере

Надписи на рисунке
IR diode ИК светодиод
Fingertip Кончик пальца
Photodiode Фотодиод

Интенсивность отраженного сигнала зависит от объема крови в кончике пальца. Следовательно, с каждым ударом сердца немного изменяется интенсивность отраженного ИК сигнала, которая фиксируется фотодиодом.

Изменяющийся с биением сердца человека объем крови в пальце вызывает появление импульсов на выходе фотодиода, однако величина их слишком мала для непосредственной подачи на микроконтроллер с целью обработки. Для решения этой задачи применена схема усиления и фильтрации сигнала на операционном усилителе. Вывод измеренного значения пульса осуществляется на 3-х разрядный семисегментный индикатор. Примененный микроконтроллер PIC16F628A производства компании Microchip.

Принципиальная схема

Схема нормализации сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальное измеряемое значение пульса составляет 150 ударов в минуту. Операционный усилитель, используемый в схеме MCP602 – сдвоенный операционный усилитель, работающий от однополярного источника напряжения. Выходной сигнал имеет размах, равный напряжению питания. Фильтрация сигнала необходима для блокирования высокочастотного шума.

Измеритель пульса на PIC16F628A: ИК сенсор и схема усиления/фильтрации сигнала
Кликните для увеличения

Коэффициент усиления каждой ступени равен 101, а итоговое усиление 10000. Входной конденсатор каждой ступени необходим для блокирования постоянной составляющей сигнала. Выражения для расчета коэффициента усиления и частоты среза фильтра приведены на рисунке. Такая схема обладает достаточными возможностями для повышения уровня сигнала с фотодиода, его фильтрации и преобразования в импульсы для дальнейшего подсчета микроконтроллером.

Светодиод Led (см. схему выше) на выходе фильтра мигает каждый раз, как определяется удар сердца.

Управление, подсчет импульсов и вычисления, вывод измеренного значения на индикатор выполняет микроконтроллер. Примененный индикатор – 3-хразрядный семисегментный, с общим анодом. Выводы сегментов a-g индикатора подключены к порту B микроконтроллера (RB0 – RB6, соответственно). Управление разрядами осуществляется посредством транзисторов BC557, подключенных к линиям ввода/вывода RA0-RA2 (сотни, десятки, единицы).

Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц, в качестве источника тактовой частоты применен кварцевый резонатор. Кнопка «Start» подключена к порту RB7 (вывод 13 микроконтроллера).

Расположение и назначение выводов микроконтроллера PIC16F628A
Расположение и назначение выводов микроконтроллера PIC16F628A

По нажатию этой кнопки начинается измерение пульса, микроконтроллер активизирует передачу ИК импульсов на время 15 секунд. ИК светодиод, через управляющий транзистор BC547, подключен к порту RA3 (вывод 2 микроконтроллера). В течении этого времени осуществляется подсчет импульсов приходящих на вход TOCK1 таймера, встроенного в микроконтроллер (Timer0). Полученное количество импульсов умножается на 4, чтобы получить количество ударов сердца в минуту.

Измеритель пульса на PIC16F628A: микроконтроллер и управление
Кликните для увеличения

Величина пульса по окончанию измерения отображается на индикаторе. Для сброса результатов необходимо нажать на кнопку «Clear».

В следующей части статьи познакомимся с конструкцией самого прибора и ИК сенсора, рассмотрим программу микроконтроллера и порядок работы с устройством.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Heart rate measurement from fingertip. Part 1. Schematic

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Может в прошивке проблема кинте кто делал уже попробую перепрошить мк без МК все работает помогите кто сможет заранее благодарен.
  • Кто делал уже этот измеритель пожалуйста скинте прошивку. Зарание благодарен.
  • Маря А каким боком здесь анализ крови?
  • Для анализа крови скорее всего вот такое устройство будет использоваться (в будущем, и кстати, как вы заметили не нужно будет торчать в больницах), но никак не измеритель пульса...
  • Вот фильтр нижних частот (680к и 100нф) для задачи максимального количества импульсов, а фильтр верхних частот перед усилителями (1мкф и 68к) для чего и как рассчитались?
  • Скажите, может кто проектировал плату данной схемы? если да, то поделитесь пожалуйста схемой в pcad'e или diptrace, ну или хоть в чём, буду очень благодарен. весь материал что у кого есть сбросьте на почту пожалуйста - saqwer@bk.ru Спасибо.
  • Пульс конечно дело хорошее. Ещё делают для лежачих датчик на мочку уха. Но вот видел попытку создания прибора для экспрес анализа сердца по кардиограмме. Карманный, портативный с изм. давления . О 100 процентах достоверности никто и не говорит. Но если выдал - бежать к врачу, то точно надо провериться. Предназначалось для сельских врачей и индивидуальн. пользования. Дело рухнуло по причине не связанной с незнанием или техническими трудностями. Прибор должен был в течении минуты или 10минут - Инфаркт, смещение электрической оси ? , врождённые дефекты ,аретмию и её степень. ............ . Ну и конечно пульс. Должен был бы быть совмещён с измерением давления.
  • Сделал эту схему, пришлось повозиться. Не так просто настроиль входную часть. Работает только с MCP602! Обычные ОУ JRC4558,LM388,NE5532... не подходят. Для корректной работы с выхода усилителя нужен ещё формирователь прямоугольных импульсов перед процессором. Без него считает раз через раз. Есть платы в Sprint Layout
  • Почему?
  • теряют устойчивость при таком усилении, светодиод начинает мигать сам по себе. Обычные двуполярные ОУ понятно дело имеют немного другую схему включения (цепь смещения)
  • вот устройство поменьше и без индикации: тахиометр
  • Здравствуйте,уважаемые форумчане.хотел спросить,можно ли вставить в конструкцию слот micro-sd. и какой лучше поставить,если возможно???
  • я не знал оказывается есть такая программа Cardiograph (Кардиограф - приложение для Android) прикладываешь палец к фотокамере смартфона и она определяет пульс (по периодам между импульсами) никакой возни с контроллерами и утомительной настройки
  • Подскажите пожалуйста почему взяли именно резистор на 33 кОм? И почему именно такой коэффициент усиления операционника? Почему 101? Как по мне тут и 10 предостаточно
  • Предполагаю что резистор в цепи фотодиода выбирался из того что было под рукой. А так надо взлянуть на ВАХ фотодиода и будет понятен ток и из этого выбирать. Но это не критично. А вот усиление просто ошиблись. Усиление каскада 11. Общее усиление равно 121. Там ведь все написано.
  • Доброго здравия!Хотелось узнать доработки проекта для связи с компьютором через юсб или сом не производилась?
  • Посмотрел в Play Маркет - таких программ море. Поставил одну для интереса. Действительно работает! Как минимум, показания пульса меняются в состоянии покоя и после физических упражнений. Сравнил с тонометром - разница 4%, вполне в пределах статической погрешности.
  • у кого-нибудь есть данная схема собранная в протеусе или подобной программе?? можете скинуть...очень нужно nina171909@gmail.com
  • да ни вопрос,сегодня для халявщиков скидка 15уе и через час проект протеза у вас на почте
  • Симулятор - ЗЛО !!!
Полный вариант обсуждения »
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628A. Часть 2. Программное обеспечение
Схемы  »
Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628A. Часть 3. Конструкция прибора и использование, настройка ИК сенсора.
Схемы  »
12-кнопочная клавиатура с двухпроводным интерфейсом. Часть 3. Подключение интерфейса клавиатуры к микроконтроллеру, основные моменты в ПО микроконтроллера, демонстрация работы.
Форум  »
Обсуждение: DDS генератор на микроконтроллере ATmega16. Часть 2. Программное обеспечение для микроконтроллера
Схемы  »
Бесконтактный тахометр на микроконтроллере AVR. Часть 2. Программное обеспечение для микроконтроллера

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Датчики влажности и температуры ДВТ-03
Цена: от 3 168 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
DIY настольный 3D принтер
Цена: 163 $ (9500 руб.)
Промо-акция, последняя скидка
Очки с подсветкой и сменными окулярами
Цена: от 8 $ (477 руб.)
Бесплатная доставка: Весь мир
радиолоцман вконтакте радиолоцман одноклассники радиолоцман facebook радиолоцман twitter радиолоцман google плюс