Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Пульсометр самодельный схема


Пульсоксиметр своими руками / Хабр

Во время самоизоляции я попытался сделать пульсоксиметр из того, что уже есть у меня в закромах


Я бы хотел измерить уровень насыщения крови кислородом в процентах в моей крови при помощи самостоятельно изготовленного пульсоксиметра. Я не эксперт в медицине, поэтому данный проект не имеет диагностической ценности. Это просто образовательный проект, подходящий для изучения принципов работы прибора.

Компоненты:

  • Arduino Uno.
  • Датчик KY-039 – его можно собрать из двух резисторов и фотодиода.
  • Красный светодиод.
  • Резистор на 330 Ом – 2 шт.
  • Дисплей LCD 16x2 I2C.

Я разбил инструкцию на 5 частей:
  1. Насыщение крови кислородом и COVID-19.
  2. Как работает измеритель пульса.
  3. Измерение пульса через обнаружение пиков сигнала с датчика.
  4. Изменение датчика пульса KY-039 для измерения насыщения крови кислородом.
  5. Как измеряется насыщение.

Подробности


1. Насыщение крови кислородом и COVID-19


В данном невероятном периоде нашей жизни мы многое узнали о вирусах, лёгких, хирургических масках и о том, как правильно мыть руки. Все читали о таких симптомах, как кашель, повышение температуры и затруднение дыхания. Мы также знаем, что один из способов измерить затруднения дыхания – это узнать количество кислорода в крови.

Это можно сделать косвенным методом при помощи такого медицинского устройства, как пульсоксиметр. Вы, наверное, уже видели его – это неинвазивное устройство, цепляющееся на палец, за работу которого отвечают мигающие огоньки.

Его даже можно купить на Amazon:

Если у вас всё в порядке со здоровьем, насыщение кислородом вашей крови составляет 95% или выше. Когда оно опускается ниже 90%, вы кашляете и у вас повышается температура – это проблема.

Так давайте же попробуем собрать пульсоксиметр!

2. Как работает измеритель пульса


Перед измерением насыщения крови кислородом нам нужно понять, как работает датчик пульса. У меня есть датчик KY-0039 с инфракрасным светодиодом и фотодиодом (вероятно, OP550A или LTR-301).

Я нашёл его в наборе из нескольких датчиков:

Как видно по схеме, это просто инфракрасный светодиод, светящий на фотодиод. У него есть ещё два резистора, для защиты светодиода и получения слабого сигнала с датчика. Палец помещается между фотодиодом и светодиодом, как на фото:

Излучаемый инфракрасным светодиодом свет частично поглощается ногтем, кожей и остальными частями пальца. Но поглощение не остаётся неизменным, поскольку оно меняется вместе с потоком крови, идущей по венам. Когда сокращается сердце, оно проталкивает кровь по венам, в результате чего меняется поглощение света. С контакта S датчика KY-039 можно снимать данные о токе, генерируемом светом, поглощённым фотодиодом.

3. Измерение пульса через обнаружение пиков сигнала с датчика


Качественно считать значение изменяющегося сигнала – задача непростая. В данном случае сигнал слабый, а шума много, поэтому для того, чтобы найти какие-то осмысленные значения, нам придётся провести определённые вычисления.

Выражаю благодарность Йохану Ха за его пост с объяснениями того, как строить среднее значение для небольшой выборки данных, а также удалять шум настольной лампы (содержащийся в её свете). Однако я обнаружил, что мой датчик хорошо считывает сигнал, в условиях хорошей освещённости, а если накрыть его тёмной тряпочкой, то шума становится больше.

В своём коде Ха создаёт массив, где хранит значения, а потом уменьшает их, вычисляя среднее на основе X последних значений, прочитанных с датчика. Он также описывает способ найти тот момент, когда сигнал начинает расти (когда N подряд значений сигнала превышают опорное), чтобы искать пики.

При помощи программы SerialPlot мне удалось лучше подобрать необходимое количество измерений, которое позволит нам корректно определить N (константа rise_threshold в коде). На примере графика ниже – если задать это число больше 7, то некоторые удары пульса программа пропустит и не заметит:

Когда мы научились находить пики, мы можем их подсчитать – или подсчитать время между пиками, и так определить количество сердечных сокращений в минуту.


4. Взламываем датчик пульса KY-039 для измерения насыщения крови кислородом


Наша кровь поглощает свет по-разному в зависимости от длины его волны. Красный свет лучше поглощает кровь, содержащая больше кислорода, поэтому мы можем сравнить измерения и найти процентное содержание кислорода в крови. Это значение называется Sp02%.

Sp02% полностью называется «насыщение кислородом периферийных капилляров», и обозначает примерное содержание кислорода в крови. Точнее, это процентное соотношение насыщенного кислородом гемоглобина по сравнению с общим количеством гемоглобина в крови.

У нашего датчика KY-039 есть только один инфракрасный (950 нм) светодиод. Нам нужно добавить к схеме красный светодиод (600 нм), подсоединить его к контакту Arduino, а кроме того, нам надо отсоединить инфракрасный светодиод от Vcc и подключить его к ещё одному контакту Arduino. Я также использовал два резистора на 330 Ом для защиты светодиода.

Схема изменённого датчика:

Теперь мы можем включать инфракрасный светодиод, считывать показания с контакта S датчика KY-039, а потом выключать инфракрасный светодиод и включать красный светодиод, и снова считывать показания с контакта S.

Что получилось:

Если мы построим два графика, мы увидим, что значения, полученные с ИД всегда меньше, чем значения красного светодиода.

5. Как измеряется насыщение


Насыщение измеряется как функция параметра R, который определяется через максимум и минимум двух сигналов:

Rnum = (REDmax - REDmin) / REDmin;
Rden = (IRmax - IRmin) / IRmin;

R = Rnum / Rden;
Уровень насыщения кислородом (SpO2%) – это функция от R (подробности я нашёл в данной работе одного студента из Миланского политехнического).

У каждого инструмента функция от R получается своей, и чтобы найти правильную функцию, соотносящую R и SpO2%, новый пульсоксиметр нужно откалибровать по показаниям другого пульсоксиметра.

Как указано в 3-м разделе, подсчитать количество пиков довольно легко. Но нам кроме этого нужно ещё найти максимумы и минимумы двух кривых (для красного светодиода и для инфракрасного светодиода).

Для этого нам нужно оценить «период» сердцебиений (длительность каждого из них) и поделить его на скорость считывания показаний (в моём коде это 40 мс – 20 для красного светодиода и 20 для инфракрасного светодиода). Период сердцебиения – это время между двумя пиками кривых сигнала.

Теперь мы можем проанализировать N последних запросов (N = период / 40) и найти REDmax, REDmin, IRmax и IRmin. Затем через max и min мы можем вычислить R. R, N и период вычисляются после каждого сокращения сердца.

Как откалибровать самодельный пульсоксиметр, чтобы перейти от R к SpO2%?

Функцию, связывающую R с SpO2%, можно аппроксимировать прямой (SpO2 = K * R + M). Нам понадобятся две точки, чтобы определить параметры K и M, определяющие уравнение прямой – то есть, две пары значений SpO2% и R. Единственный способ найти их – использовать другой пульсоксиметр и прочесть значения с него.

Во время калибровки необходимо быть внимательным – на наш самодельный пульсоксиметр влияет освещение, поэтому его уровень нужно поддерживать одинаковым во всех случаях. Я пробовал закрывать его тёмной тканью, однако при отсутствии света сигнал получается слишком слабым и его сложно отличить от шума.

Рекомендую делать много измерений. Для получения двух разных точек на графике рекомендую понижать значения SpO2%, задерживая дыхание или выдыхая и вдыхая их пластикового пакета.

Найдя две хороших точки, вам останется решить уравнение 2-го порядка. Так можно будет найти параметры K и M.

Я в итоге решил добавить ещё и дисплей, чтобы сразу видеть все показания, а также добавил в код массив измерений. Я вывожу на дисплей измерения, только когда нахожу не менее 5 значений подряд, не сильно отличающихся друг от друга. Таким образом я избавляюсь от шума, вызванного недостаточно качественными компонентами или освещением. Однако всё равно измерения R получаются не очень стабильными, и коэффициент насыщения сильно скачет. Думаю, результаты были бы лучше, если бы я смог усилить сигнал.


Скачать код для Arduino

Чтобы не зависеть от окружающего освещения, я добавил в схему ещё один, белый светодиод, и стал считывать показания, закрывая всё тёмной тканью. Так получается гораздо лучше, чем просто прикрывать всё тканью – идёт сильный сигнал, не зависящий от освещения в помещении.

См. также:
Цепь монитора сердечного ритма

| Проекты самодельных схем

В этой статье мы всесторонне обсуждаем относительно точную схему электронного датчика частоты сердечных сокращений, обрабатываемую несколькими дискретно подключенными каскадами схемы операционных усилителей, а затем мы узнаем, как это можно изменить для создания схемы сигнализации пульсометра.

Использование инфракрасных фотодиодных датчиков

Измерение сердечных импульсов в основном осуществляется двумя инфракрасными фотодиодами, один из которых является передатчиком инфракрасного излучения, а другой - приемником.

ИК-лучи, испускаемые диодом передатчика, отражаются от крови на кончике пальца человека и принимаются диодом приемника.

Интенсивность отраженных лучей изменяется в пропорции, определяемой частотой сердечных сокращений и разницей в уровнях насыщенной кислородом крови внутри содержимого крови.

Обнаруженные сигналы от инфракрасных диодов обрабатываются показанными каскадами операционного усилителя, которые на самом деле представляют собой пару идентичных схем активного фильтра нижних частот, отсечка которых составляет около 2.5 Гц. Это означает, что максимально достижимое измерение частоты пульса будет ограничено примерно 150 ударами в минуту.

Мы используем IC MCP602 для обработки в форме IC1a и IC1b в предлагаемой конструкции датчика сердечного ритма и процессора. ИС представляет собой двойной операционный усилитель, изготовленный на базе микрочипа.

Работа схемы

Он разработан для работы с одиночными источниками питания и, таким образом, становится чрезвычайно подходящим для обсуждаемой схемы, которая должна работать от одной ячейки 9В.

Это также означает, что выходной сигнал операционного усилителя будет способен создавать полные колебания напряжения от положительного до отрицательного, соответствующие сигналам сердечного ритма, поступающим от ИК-диодов.

Поскольку окружающие условия могут быть загрязнены множеством паразитных сигналов, операционные усилители должны быть защищены от всех таких паразитных электрических помех, поэтому блокирующие конденсаторы в виде показанных конденсаторов емкостью 1 мкФ размещаются на входах каждого операционного усилителя.

Первый операционный усилитель настроен на усиление 101, второй, идентичный первой конфигурации IC1a, также установлен на усиление 101.

Однако это означает, что полное или конечное усиление схемы на выходе отображается на впечатляющем уровне 101 x 101 = 10201, такое высокое усиление обеспечивает идеальное обнаружение и обработку чрезвычайно слабых и неясных входных импульсов сердечного ритма, поступающих от ИК-диоды.

На выходе второго операционного усилителя IC1b можно увидеть светодиод, который мигает в ответ на полученные импульсы сердечного ритма от ступени ИК-диодов.

Приложение, представленное здесь, предназначено только для эталонного проектирования и не предназначено для использования в целях спасения жизни или медицинского мониторинга.

Принципиальная схема

Как настроить схему датчика сердечного ритма

Настроить предлагаемый датчик сердечного ритма, процессор на самом деле очень просто.

Как мы все понимаем, разница между оксигенированной и деоксигенированной кровью может быть трудно различимой и требует предельной точности во всех отношениях, чтобы процессор мог определять тонкие различия в потоке крови и при этом иметь возможность преобразовать в колебательное изменение напряжения на выходе.

Чтобы обеспечить идеально оптимизированные ИК-лучи от ИК-передающего диода, ток через него должен быть ограничен до хорошо рассчитанной пропорции, чтобы насыщенная кислородом кровь обеспечивала относительно более высокое сопротивление прохождению лучей, но допускала относительно меньшее количество сопротивления лучам при дезоксигенированном состоянии крови.Это позволяет операционному усилителю легче различать пульсации сердца.

Это просто делается путем настройки заданной предустановки 470 Ом.

Держите кончик указательного пальца над парой D1 / D2, включите питание и продолжайте регулировать предустановку, пока светодиод на выходе не начнет проявлять отчетливый мигающий эффект.

Закройте предустановку, как только это будет достигнуто.

Расположение указательного пальца над прилагаемыми фотодиодами

Это может быть сделано путем пайки диодов на печатной плате на некотором расчетном расстоянии друг от друга, что позволяет кончику указательного пальца полностью закрывать излучающие концы диодов.

Для оптимального отклика диоды должны быть заключены в непрозрачные пластиковые трубки подходящего размера, как показано на следующем рисунке:

В следующем разделе мы узнаем о простом пульсометре и цепи сигнализации, специально разработанной для пожилых людей для отслеживания критического ритма сердца.

Здесь исследуется простая схема, которую можно использовать для контроля критической частоты сердечных сокращений пациента (пожилого человека), схема также включает в себя сигнал тревоги для индикации ситуации.Идея была предложена г-ном Раджем Кумаром Мукхерджи

Технические характеристики

Надеюсь, с вами все в порядке.

Цель написания здесь - поделиться с вами идеей проекта - разработать «будильник пульсометра», который может быть сделан с использованием общедоступных недорогих компонентов и который будет издавать звуковой сигнал всякий раз, когда пульс ставка кого-либо признана ненормальной. Он также должен соответствовать следующим условиям:

a.Компактный и легкий, поэтому портативный

b. Потребляйте минимальную мощность, поэтому он должен работать 24x7 в течение месяца или двух от пары батареек AA или 9-вольтового блока

c. Должен быть довольно точным в своих характеристиках.

Я знаю, что в сети доступно много таких схем, но их производительность и надежность вызывают сомнения. Устройство может быть очень полезно, особенно для пожилых людей (с / без сердечных заболеваний), для пациентов, прикованных к постели и т. Д.Когда сердце бьется со скоростью выше или ниже установленного среднего порогового значения, сигнал тревоги будет звучать достаточно громко, чтобы предупредить людей вокруг пациента.

Надеюсь, что мое предложение вам понятно. Однако, если у вас есть сомнения, напишите мне по электронной почте.

Спасибо,

С уважением,
Радж Кумар Мукхерджи

Дизайн

В предыдущем посте мы узнали, как сделать схему датчика сердечного ритма с процессором, которая может быть подходящим образом используется в предлагаемой схеме сигнализации критического сердечного ритма.

Приложение, представленное здесь, предназначено только для эталонного проектирования и не предназначено для использования в целях спасения жизни или медицинского мониторинга.

Принципиальная схема

Ссылаясь на диаграммы выше, мы можем увидеть пару этапов схемы, первая из которых представляет собой датчик / процессор сердечного ритма со встроенным умножителем частоты, а вторая в виде интегратора, компаратора.

Конструкция верхнего сигнального процессора была исчерпывающе объяснена в предыдущем параграфе , дополнительный умножитель напряжения, который интегрирован в процессор, использует IC 4060 для умножения относительно более низкой частоты пульса на пропорционально изменяющуюся высокую частоту.

Вышеупомянутая пропорционально изменяющаяся высокочастотная частота пульса с вывода 7 микросхемы IC 4060 подается на вход интегратора, задача которого - преобразовывать изменяющуюся в цифровом виде частоту в пропорционально изменяющийся экспоненциальный аналоговый сигнал.

Наконец, это аналоговое напряжение подается на неинвертирующий вход компаратора Ic 741. Компаратор устанавливается через прилагаемый 10k запрограммированную таким образом, что уровень напряжения на PIN3 пребывания чуть ниже опорного напряжения на PIN2, когда частота сердечных сокращений находится в непосредственной близости от безопасной области.

Однако, если частота сердечных сокращений имеет тенденцию увеличиваться в критической области, на контакте 3 создается пропорционально более высокий уровень напряжения, который пересекает опорный уровень на контакте 2, в результате чего выходной сигнал операционного усилителя становится высоким и подает сигнал тревоги.

Вышеупомянутые настройки устанавливают только мониторы и сигналы тревоги, касающиеся более высокой критической частоты сердечных сокращений, для достижения двустороннего мониторинга, что означает получение сигнала тревоги как для более высокой, так и для более низкой критической частоты сердечных сокращений ... вторая цепь, содержащая IC555 и IC741 может быть полностью исключен и заменен стандартной схемой IC LM567, настроенной для поддержания низкого уровня на выходе при безопасной частоте импульсов и повышения его при повышении или понижении критических частот.

Схема формирования сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2,5 Гц.

Это означает, что максимальная измеряемая частота пульса составляет около 150 ударов в минуту. В этой схеме используется микросхема операционного усилителя MCP602, микросхема с двумя операционными усилителями от Microchip.

Он работает от одного источника питания и обеспечивает размах выходного сигнала от Rail к Rail. Фильтрация необходима для блокирования любых высокочастотных шумов, присутствующих в сигнале.

Настройка усиления усилителя

Коэффициент усиления каждого каскада фильтра установлен на 101, что дает общее усиление около 10000.Конденсатор емкостью 1 мкФ на входе каждого каскада необходим для блокировки постоянной составляющей сигнала.

Уравнения для расчета усиления и частоты среза активного фильтра нижних частот показаны на принципиальной схеме.

Двухкаскадный усилитель / фильтр обеспечивает достаточное усиление для усиления слабого сигнала, поступающего от блока фотодатчика, и преобразования его в импульс.

Светодиод, подключенный к выходу, мигает каждый раз при обнаружении сердцебиения.

Схема формирования сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальная измеряемая частота пульса составляет около 150 ударов в минуту.

В этой схеме используется микросхема операционного усилителя MCP602, микросхема с двумя операционными усилителями от Microchip. Он работает от одного источника питания и обеспечивает размах выходного сигнала от Rail к Rail. Фильтрация необходима для блокирования любых высокочастотных шумов, присутствующих в сигнале.

Коэффициент усиления каждого каскада фильтра установлен на 101, что дает общее усиление около 10000. Конденсатор емкостью 1 мкФ на входе каждого каскада необходим для блокировки составляющей постоянного тока в сигнале.

Уравнения для расчета усиления и частоты среза активного фильтра нижних частот показаны на принципиальной схеме. Двухкаскадный усилитель / фильтр обеспечивает достаточное усиление для усиления слабого сигнала, поступающего от блока фотодатчика, и преобразования его в импульс.

Светодиод, подключенный к выходу, мигает каждый раз при обнаружении сердцебиения. Выходной сигнал формирователя сигналов поступает на вход T0CKI PIC16F628A.

Заявление об ограничении ответственности: хотя вышеуказанная схема протестирована, она не одобрена с медицинской точки зрения, поэтому зрителям рекомендуется проявлять осторожность при изготовлении и использовании этих схем.

Эта статья представлена ​​исключительно в информационных целях, без каких-либо медицинских советов или предложений. Автор этой статьи и этот веб-сайт не могут нести ответственность за любые убытки, которые могут возникнуть у пользователя при использовании этих схем по любым непредвиденным причинам.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем сайта: https: // www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими новаторскими идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Схема самооптимизирующегося зарядного устройства для солнечных батарей

В сообщении обсуждается простая схема самооптимизирующегося зарядного устройства для солнечных батарей на основе IC 555 со схемой понижающего преобразователя, которая автоматически устанавливает и регулирует напряжение зарядки в ответ на угасание солнечного света и пытается поддерживать оптимальную зарядку мощность для аккумулятора, независимо от интенсивности солнечных лучей.

Использование понижающего преобразователя ШИМ

Присоединенный понижающий преобразователь ШИМ обеспечивает эффективное преобразование, так что панель никогда не подвергается стрессовым условиям.

Я уже обсуждал одну интересную схему солнечного зарядного устройства типа MPPT на основе ШИМ, следующая конструкция может считаться модернизированной версией того же самого, поскольку она включает в себя понижающий преобразователь, что делает конструкцию даже более эффективной, чем предыдущий аналог.

Примечание. Подключите резистор 1 кОм к контакту 5 и заземлению IC2 для правильного функционирования цепи.

Предложенная схема самооптимизирующегося зарядного устройства солнечной батареи со схемой понижающего преобразователя может быть понята с помощью следующего пояснения:

Схема состоит из трех основных этапов, а именно: оптимизатора солнечного напряжения PWM с использованием пары IC 555 в форма IC1 и IC2, усилитель тока MOSFET PWM и понижающий преобразователь с использованием L1 и связанных компонентов.

IC1 настроен на создание частоты около 80 Гц, в то время как IC2 настроен как компаратор и генератор ШИМ.

80 Гц от IC 1 подается на контакт 2 IC2, который использует эту частоту для создания треугольных волн на C1 .... которые далее сравниваются с мгновенными потенциалами на его контакте 5 для определения размеров правильных ШИМ на его контакте 3.

Как видно на схеме, потенциал вывода 5 выводится от солнечной панели через каскад делителя потенциала и общий коллектор BJT.

Предварительно установленный делитель потенциала изначально соответствующим образом регулируется таким образом, чтобы при пиковом напряжении солнечной панели выход понижающего преобразователя создавал оптимальную величину напряжения, соответствующую уровню заряда подключенной батареи.

После того, как указанное выше установлено, каскад IC1 / IC2 автоматически обрабатывает отдых.

Во время пикового солнечного света ШИМ соответствующим образом укорачиваются, обеспечивая минимальную нагрузку на солнечную панель, но при этом обеспечивая правильное оптимальное напряжение для батареи из-за наличия ступени понижающего преобразователя (конструкция понижающего повышающего напряжения является наиболее эффективным методом снижения источник напряжения без нагрузки на параметры источника)

Теперь, когда солнечный свет начинает уменьшаться, напряжение на установленном делителе напряжения также начинает падать пропорционально, что обнаруживается на выводе 5 IC2.... при обнаружении этого постепенного ухудшения напряжения выборки IC2 начинает расширять ШИМ, чтобы понижающий выход мог поддерживать необходимое оптимальное напряжение зарядки аккумулятора, это означает, что аккумулятор продолжает получать правильное количество энергии независимо от солнечного замедляющее освещение.

L1 должен иметь соответствующие размеры, чтобы он генерировал приблизительный оптимальный уровень напряжения для батареи, когда солнечная панель находится на максимальной мощности или, другими словами, когда солнечный свет находится в наиболее благоприятном положении для солнечной панели.

RX вводится для определения и ограничения максимального предела зарядного тока для аккумулятора, его можно рассчитать с помощью следующей формулы:

Rx = 0,7 x 10 / Battery AH

Как настроить выше схема самооптимизирующегося зарядного устройства солнечной батареи со схемой понижающего преобразователя.

Предположим, что для зарядки аккумулятора 12 В выбрана пиковая солнечная панель 24 В, схему можно настроить, как указано ниже:

Первоначально не подключайте аккумулятор к выходу

Подключите 24 В от внешнего C / DC адаптер в точках, где требуется питание входа солнечной панели.

Подключите 12 В для цепи IC1 / IC2 от другого адаптера переменного / постоянного тока.

Отрегулируйте предустановку делителя потенциала 10k до достижения потенциала около 11,8 В на выводе 5 IC2.

Затем с помощью некоторой настройки пробной ошибки и оптимизации количества витков L1 до тех пор, пока не будет измерено 14,5 В на выходе, к которому должна быть подключена батарея.

Вот и все! Теперь схема настроена и готова к использованию с предполагаемой солнечной панелью для получения оптимизированных высокоэффективных процедур зарядки на основе понижающего напряжения с ШИМ.

В приведенной выше схеме самооптимизирующегося зарядного устройства солнечной батареи со схемой понижающего преобразователя я попытался реализовать и извлечь из схемы противоположно изменяющиеся выходное напряжение и ток по отношению к солнечному свету, однако более глубокое исследование заставило меня понять, что на самом деле он не должен реагировать противоположным образом, скорее соответствующий солнечному свету.

Потому что в MPpT мы хотим извлекать максимальную мощность в час пик, при этом гарантируя, что нагрузка не влияет на панель и ее эффективность.

Следующая пересмотренная диаграмма теперь имеет больший смысл, давайте попробуем быстро проанализировать дизайн:

В обновленном выше дизайне я сделал следующее важное изменение:

Я добавил инвертор NPN на выводе 3 IC 2, так что теперь ШИМ от IC 2 влияют на МОП-транзистор для извлечения максимальной мощности из панели и постепенно снижают мощность по мере уменьшения солнечного света.

Импульсы ШИМ вместе с понижающим преобразователем гарантируют идеальную совместимость и максимальное извлечение мощности из панели, но постепенно уменьшаются в ответ на уменьшение интенсивности солнца.

Тем не менее, описанная выше настройка обеспечивает один важный аспект - сбалансированное соотношение входной / выходной мощности, что всегда является ключевой проблемой для зарядных устройств MPPT.

Кроме того, если в случае, если нагрузка пытается извлечь чрезмерное количество тока, немедленно срабатывает ограничитель тока BC557, предотвращая нарушение плавного функционирования MPPT, отключая питание нагрузки в течение этих периодов.

Обновление

Созерцание окончательного проекта схемы MPPT

После тщательных дальнейших оценок я мог, наконец, сделать вывод, что вторая теория, обсуждаемая выше, не может быть правильной.Первая теория имеет больше смысла, поскольку MPPT предназначен исключительно для извлечения и преобразования дополнительных вольт в ток, который может быть получен от солнечной панели.

Например, предположим, что солнечная энергия

.

Измерение пульса кончиком пальца

Введение

Измерение частоты пульса указывает на работоспособность сердечно-сосудистой системы человека. В этом проекте демонстрируется метод измерения частоты сердечных сокращений путем определения изменения объема крови в артерии пальца, которое вызвано перекачивающим действием сердца. Он состоит из инфракрасного светодиода, который передает инфракрасный сигнал через кончик пальца пациента. Часть этого инфракрасного света отражается кровяными тельцами.Отраженный сигнал обнаруживается фотодиодным датчиком. Изменение объема крови вместе с сердцебиением приводит к появлению на выходе фотодиода последовательности импульсов, величина которых слишком мала для того, чтобы их мог непосредственно определить микроконтроллер. Поэтому двухкаскадный активный фильтр нижних частот с высоким коэффициентом усиления разработан с использованием двух операционных усилителей (ОУ) для фильтрации и усиления сигнала до соответствующего уровня напряжения, чтобы микроконтроллер мог подсчитывать импульсы. Частота пульса отображается на трехзначном семисегментном светодиодном дисплее.В этом проекте используется микроконтроллер PIC16F628A.

Устройство для измерения ЧСС с использованием PIC16F628A

Теория

Частота сердечных сокращений - это количество ударов сердца в единицу времени, обычно выражаемое в ударах в минуту (уд ​​/ мин). У взрослых нормальное сердце в состоянии покоя сокращается от 60 до 100 раз в минуту. Частота сердечных сокращений в состоянии покоя напрямую связана со здоровьем и физической подготовкой человека, и, следовательно, это важно знать. Вы можете измерить пульс в любой точке тела, где вы можете прощупать пульс пальцами.Самые распространенные места - запястье и шея. Вы можете подсчитать количество импульсов в пределах определенного интервала (например, 15 секунд) и легко определить частоту сердечных сокращений в ударах в минуту.

В этом проекте описывается система измерения частоты сердечных сокращений на основе микроконтроллера, в которой используются оптические датчики для измерения изменения объема крови на кончике пальца при каждом ударе сердца. Сенсорный блок состоит из инфракрасного светодиода (IR LED) и фотодиода, расположенных рядом, как показано ниже. ИК-диод передает инфракрасный свет на кончик пальца (расположенный над сенсорным блоком), а фотодиод воспринимает часть света, которая отражается обратно.Интенсивность отраженного света зависит от объема крови внутри кончика пальца. Таким образом, каждое биение сердца немного изменяет количество отраженного инфракрасного света, которое может быть обнаружено фотодиодом. При правильной обработке сигнала это небольшое изменение амплитуды отраженного света может быть преобразовано в импульс. Впоследствии микроконтроллер может подсчитать количество импульсов для определения частоты сердечных сокращений.

Размещение кончика пальца над сенсорным блоком

Схема подключения

Схема преобразования сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальная измеряемая частота пульса составляет около 150 ударов в минуту. В этой схеме используется микросхема операционного усилителя MCP602, микросхема с двумя операционными усилителями от Microchip. Он работает от одного источника питания и обеспечивает размах выходного сигнала от Rail к Rail. Фильтрация необходима для блокирования любых высокочастотных шумов, присутствующих в сигнале. Коэффициент усиления каждого каскада фильтра установлен на 101, что дает общее усиление около 10000. Конденсатор емкостью 1 мкФ на входе каждого каскада требуется для блокировки постоянной составляющей в сигнале.Уравнения для расчета усиления и частоты среза активного фильтра нижних частот показаны на принципиальной схеме. Двухкаскадный усилитель / фильтр обеспечивает достаточное усиление для усиления слабого сигнала, поступающего от блока фотодатчика, и преобразования его в импульс. Светодиод, подключенный к выходу, мигает каждый раз, когда обнаруживается сердцебиение. Выходной сигнал формирователя сигналов поступает на вход T0CKI PIC16F628A.

Инфракрасные датчики и схема формирования сигнала

Блок управления и индикации схемы показан ниже.Блок отображения состоит из 3-значного семисегментного модуля с общим анодом, который управляется с использованием технологии мультиплексирования. Сегменты a-g управляются контактами PORTB RB0-RB6 соответственно. Цифры единиц, десятки и сотни мультиплексируются с выводами портов RA2, RA1 и RA0. Вход тактового переключателя подключен к выводу RB7. Это необходимо для начала измерения пульса. После нажатия кнопки запуска микроконтроллер активирует ИК-передачу в сенсорном блоке на 15 секунд. В течение этого интервала подсчитывается количество импульсов, поступающих на вход T0CKI.Фактическая частота сердечных сокращений будет в 4 раза больше значения счета, а разрешение измерения будет равным 4. Вы можете видеть, что передача ИК-сигнала управляется через вывод RA3 PIC16F628A. Микроконтроллер работает на частоте 4,0 МГц с использованием внешнего кристалла. Стабилизированный источник питания +5 В получается от внешней батареи 9 В с использованием микросхемы стабилизатора LM7805.

Микроконтроллер и схема дисплея

Обновление (20.04.2013)

Датчик и блок формирования сигнала, используемые в этом проекте, усовершенствованы, и новый дизайн доступен для покупки как Easy Pulse (см. Рисунок слева).Датчик Easy Pulse разработан для хобби и образовательных приложений, чтобы проиллюстрировать принцип фотоплетизмографии (ФПГ) как неинвазивной оптической техники для обнаружения сердечно-сосудистой пульсовой волны на кончике пальца. Он использует источник инфракрасного света для освещения пальца с одной стороны, а фотодетектор, расположенный с другой стороны, измеряет небольшие изменения интенсивности проходящего света. Вариации сигнала фотодетектора связаны с изменениями объема крови внутри ткани.Сигнал фильтруется и усиливается, чтобы получить красивую и чистую форму волны PPG, синхронную с сердцебиением.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации.
Программное обеспечение

Прошивка выполняет все операции управления и вычислений. В целях экономии энергии модуль датчика не активируется постоянно. Вместо этого он включается на 15 секунд только после нажатия кнопки запуска. Импульсы, приходящие на T0CKI, подсчитываются через модуль Timer0, работающий в режиме счетчика без предварительного делителя.Полная программа, написанная для компилятора MikroC, представлена ​​ниже. Собранный файл HEX также доступен для загрузки.

Нажмите Далее ниже, чтобы просмотреть программное обеспечение

Страниц: 1 2

Похожие сообщения

,

Цепь дистанционного управления несколькими устройствами

В этом посте обсуждается простая схема дистанционного управления через ИК-порт, которую можно использовать для независимого управления множеством устройств с помощью одной переносной трубки. В этой идее используются обычные компоненты, такие как IC LM567, IC 555, и не используются микроконтроллеры. Идея была предложена г-ном Саидом Абу, а также другими преданными читателями этого блога.

Технические характеристики

братан спасибо за твой ответ.Пожалуйста, разработайте простую схему инфракрасного (ИК) дистанционного передатчика / приемника. Мое требование:

1) Оно должно быть указано для его передатчика. Никаких помех с пультом дистанционного управления TV / VCD или любым другим типом дистанционного управления.

2) Он (приемник) должен питаться от сети переменного тока 220 В.

3) Он (приемник) может использоваться для многократной нагрузки (свет + вентилятор + .. + ..) одним передатчиком

4) Пожалуйста, разработайте это очень просто.



Конструкция

На следующем рисунке изображен базовый модуль ИК-приемника с использованием IC LM567.Соответствующие этапы можно понять с помощью следующих пунктов:

IC LM567, которая представляет собой IC декодера тонов или, проще говоря, IC частотного декодера, настроена на создание определенной частоты, определяемой R3 и C2.

Эта частота становится полосой пропускания цепи, так что теперь схема блокируется на этой частоте.

Входной контакт № 3 микросхемы подключен к фотодиодному устройству для приема ИК-сигнала, который может быть настроен на выше установленную частоту микросхемы.

Это означает, что теперь схема будет реагировать всякий раз, когда D2 обнаруживает частоту IR, настроенную на частоту, определенную R3 / C2 конфигурации.

При обнаружении кодированной частоты от соответствующего передатчика выходной контакт 8 IC M567 становится низким и остается в этом положении до тех пор, пока передача сигнала не будет запрещена.

Таким образом, эта схема становится модулем приемника и может запускаться схемой передатчика, настроенной на соответствующую фиксированную частоту.

IC2, которая является ИС делителя декодера Джонсона, подключена как триггерная схема, она интегрирована с выводом 8 микросхемы LM567

Пока сигнал не обнаруживается D2, вывод 8 IC1 остается на высоком уровне в момент, когда сигнал поступает. при обнаружении, срабатывает T3, который, в свою очередь, запускает контакт 14 IC2.

Вышеупомянутая ситуация побуждает выход IC2 изменить состояние, тем самым активируя RL1 и подключенное устройство, или деактивируя их в зависимости от его начального состояния.

Для управления несколькими устройствами с помощью одной переносной трубки многие из вышеупомянутых модулей могут быть сконструированы и интегрированы с соответствующими устройствами для предполагаемого переключения.

Принципиальная схема

Управление несколькими приборами с использованием следующей схемы единственного ИК-передатчика

Следующая схема формирует модуль передатчика предлагаемого ИК-пульта дистанционного управления для активации нескольких устройств.

Это простая нестабильная схема IC 555, выходная частота которой определяется 5 отдельными конденсаторами и должна быть соответствующим образом согласована с конкретными модулями схемы приемника, как обсуждалось в предыдущем разделе.

Конденсаторы, подключенные к соответствующим кнопкам, должны быть рассчитаны и согласованы таким образом, чтобы при нажатии соответствующей кнопки соответствующий приемник запускался для переключения соответствующего устройства.

R1, R2 могут быть выбраны произвольно, но Cz должен быть выбран в соответствии с частотой модуля приемника, определяемой R3 модуля.

Схема многочастотного передатчика

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какой-либо вопрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Смотрите также