CardioSim: 6 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

Først og fremst er dette min første instruks, og jeg er ikke engelsk som morsmål (eller skribent), derfor beklager jeg på forhånd den generelle lave kvaliteten. Imidlertid håper jeg at denne opplæringen kan være nyttig for folk som bruker et pulsmåler (HR) -monteringssystem (sammensatt av en beltesender og en mottakerklokke) og som enten:

vil vite nøyaktig hvilket batteri som må byttes ut (inne i beltet eller inne i mottakeruret) når systemet slutter å fungere skikkelig. Vanligvis, bare for å være sikker på at brukeren ender opp med å bytte begge batteriene, selv om det i beltet utsettes for en tyngre belastning og derfor lades ut raskere enn det andre

eller

er interessert (som jeg er) i å utvikle en pulsdatalogger for videre evalueringer - for eksempel for statistisk analyse av HRV (hjertefrekvensvariasjoner) under statiske forhold, eller for korrelasjonsstudier blant HR og fysisk innsats under dynamiske forhold - og foretrekker å bruke et brystbeltesimulator (Cardio) i stedet for å bruke en ekte en hele tiden under testfasene

Av grunnene ovenfor kalte jeg min Instructable "CardioSim"

Trinn 1: Hvordan fungerer det

Den trådløse overføringen av hjertefrekvenspulser mellom senderen (brystbeltebelte) og mottakeren (dedikert klokke, samt løpebånd, treningsapparater, etc.) er basert på en lavfrekvent magnetisk kommunikasjon (LFMC), og ikke en tradisjonell radiofrekvens.

Standardfrekvensen for denne typen (analoge) overvåkingssystemer er 5,3 kHz. Nye digitale systemer er basert på Bluetooth -teknologi, men dette er utenfor omfanget av denne opplæringen.

For de som er interessert i å utdype emnet, kan du finne en omfattende beskrivelse av LFMC -teknologien, inkludert fordeler og ulemper vs. RF, på dette appnotatet

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

Av hensyn til dette prosjektet er det imidlertid tilstrekkelig å vite at en 5,3 kHz magnetfeltbærer generert av en LC (serie) resonanskrets er modulert på basis av et enkelt OOK (On-OFF Keying) -format, der hvert hjertepuls slår bæreren på i omtrent 10 ms. Signalet detekteres av en (parallell) LC -resonantank (med samme resonansfrekvens for magnetfeltet, og forutsatt at begge spolene er riktig justert), forsterkes og sendes til måleenheten.

Selv om det i WEB finnes noen eksempler på mottakerkretsen, klarte jeg ikke å finne en modell for senderen, så jeg bestemte meg for å analysere signalet som genereres av brystbeltet mitt, og bygge en krets som kan simulere det, med en lignende feltstyrke, frekvens og format.

Trinn 2: Skjematisk og deler

Kretsene er sammensatt av svært få komponenter som kan passe i et lite etui:

• Etui med stripebrett, som denne
• Skumstrimmel med høy tetthet, 50x25x10mm (som den som ble brukt til IC -emballasje)
• Mikrokontroller ATTiny85-20
• Motordriver L293
• Spenningsregulator 5V, type 7805 eller LD1117V50
• 2x elektrolytisk kondensator 10uF/25V
• Kondensator 22n/100V
• Trimpot med aksel, 10K, 1 omdreining, (som i Arduino Starter Kit)
• Motstand 22K
• Motstand 220R
• LED rød 5 mm
• Induktans 39mH, jeg brukte en BOURNS RLB0913-393K
• 9V batteri
• mini SPDT -bryter (jeg resirkulerte AM/FM -bryteren fra en gammel transistorradio)

Den viktigste komponenten er induktansen, en ferritkjerne av høy kvalitet og lav motstand er obligatorisk for å holde den liten og for å oppnå en god kvalitetsfaktor for resonanskretsen.

Trinn 3: Kretsbeskrivelse og kode

Ved å bruke formelen for LC -kretsen vist på tegningen, med L = 39mH og C = 22nF, er den resulterende frekvensen rundt 5,4 kHz, som er nær nok til standardverdien på 5,3 kHz. LC-tanken drives av en H-bro-inverter sammensatt av de to halvbroene 1 og 2 til motorføreren IC L293. Bærefrekvensen genereres av TINY85 mikrokontrolleren, som også driver moduleringssignalet som simulerer HR. Gjennom Trimpot festet til den analoge inngangen A1 kan pulsen endres fra omtrent 40 til 170 bmp (slag per minutt) - noe som under virkelige forhold anses som tilstrekkelig for de fleste amatører. Siden broen må drives av to motsatte firkantbølger (og med min begrensede kunnskap om ATTiny's Assembler -koden kunne jeg bare generere en enkelt), brukte jeg half brige 3 som inverter.

For disse enkle oppgavene er den interne klokken @ 16MHz tilstrekkelig, men jeg målte tidligere den nødvendige kalibreringsfaktoren for min chip og la den kommandolinjen "OSCCAL" i oppsettseksjonen. For å laste ned skissen til ATTiny brukte jeg en Arduino Nano lastet med ArduinoISP -koden. Hvis du ikke er kjent med disse to trinnene, er det tonnevis med eksempler på nettet. Hvis noen er interessert, utviklet jeg mine egne versjoner som jeg kan tilby på forespørsel. Vedlagt koden for ATTiny:

Trinn 4: Montering av kretsen

Saken hadde allerede et 5 mm hull på toppdekselet som var perfekt for Led, og jeg måtte bare bore et andre 6 mm hull, justert med det første, for akselen på trimpoten. Jeg ordnet oppsettet til komponentene på en slik måte at batteriet holdes på plass mellom trimpoten og TO-220 spenningsregulatoren, og er godt blokkert i sin posisjon av skumlisten som er limt på toppdekselet.

Som du kanskje legger merke til, er induktansen montert horisontalt, t.i. med aksen parallell med brettet. Dette er under antagelsen om at mottakerinduktansen også ligger i samme retning. Uansett, for optimal overføring, må du alltid sørge for at begge aksene er parallelle (ikke nødvendigvis på samme romplan) og ikke vinkelrett på hverandre.

På slutten av monteringen må du kontrollere alle tilkoblinger med en kretstester grundig med en kretstester.

Trinn 5: Test kretsen

Det beste testverktøyet for kretsen er en klokke for mottaker av HR -overvåking:

1. Legg klokken ved siden av CardioSim.
2. Sett trimpoten i midtstilling og slå på enheten.
3. Den røde LED -lampen bør begynne å blinke med omtrent 1 sek mellomrom (60bmp). Dette indikerer at LC -resonatortanken er riktig strømført og fungerer. Hvis dette ikke er tilfelle, dobbeltsjekk alle tilkoblinger og sveisepunkter.
4. Slå på klokken manuelt hvis den ikke allerede er slått på automatisk.
5. Klokken bør begynne å motta signalet som viser målt HR.
6. Å snu trimpotten til sluttposisjonen i begge retninger for å kontrollere hele HR-området (+/- 5% toleranse for grenseverdiene er akseptabelt)

Alle trinnene er vist i den vedlagte videoen

Trinn 6: Advarsel

Som siste sikkerhetsråd, vær oppmerksom på at LFMC implementert i dette enkle formatet ikke tillater å adressere forskjellige enheter i samme feltområde, det betyr at i tilfelle både CardioSim og et ekte målebelte sender sine signaler til samme mottaker enheten, vil mottakeren sette seg fast med uforutsigbare resultater.

Dette kan være farlig i tilfelle du kommer til å øke din fysiske ytelse og maksimere din innsats på basis av den målte HR. CardioSim er kun beregnet til bruk for testing av andre enheter og ikke til trening!

Det er alt, takk for at du leser min Instructable, alle feedabck er velkomne!