Uitgebreide Handleiding voor het Bouwen van een Betrouwbare Hartslagmonitor-schakeling

De hartslagmonitor is een apparaat waar je waarschijnlijk al van hebt gehoord. De kans is groot dat je een of twee apparaten of personen kent die hartslagsensoren hebben.

Ze zijn tegenwoordig zo algemeen dat je ze waarschijnlijk ingebouwd in smartwatches vindt of zelfs in polsband-stijlen die ze gemakkelijk toegankelijk maken.

Dus, als je benieuwd bent hoe het werkt en er een wilt maken als project, maak je je geen zorgen. Je bent op de juiste plek.

Hier leer je het geheim achter de hartslagmonitor-schakeling en leer je hoe je er een paar verschillende maakt in een paar eenvoudige stappen.

Klaar? Laten we beginnen!

Het Concept van de Hartslagsensor

Voordat we in de technische details duiken, hier zijn een paar dingen die je moet weten.

Hartslagsensoren zijn essentieel voor mensen zoals patiënten en atleten omdat het hen helpt de toestand van hun hart te kennen.

Hoewel er verschillende manieren zijn om de hartslag te monitoren, is de hartslagsensor de makkelijkste manier. Plus, het is draagbaar en heeft verschillende formaten en maten. Ook biedt het een toegankelijk platform om je hartslag direct te controleren.

Smartwatch

Zoals we eerder noemden, vind je ze in horloges, telefoons en andere slimme gadgets. Daarmee helpt het de tijd te meten die je hart nodig heeft om zich uit te recombinant of samen te trekken per minuut.

Het Concept van de Hartslagmonitor

Een primaire hartslagmonitor heeft de volgende kenmerken:

• Sensor
• IR-led
• Fotodiodie aanwezig in de sensor
• Regelschakeling

In tegenstelling tot dit, komt de schakeling met een Op-Amp IC en andere elementen die het oorspronkelijke signaal met verschillende microcontrollers verbinden.

Hieronder hebben we een hartslagsensor-schakelingsschema om je het concept beter te laten begrijpen.

Hartslagsensor Schakeling

Het bovenstaande schema toont een vingertop-hartslagsensor die pulsen detecteert. Hartslagen veranderen automatisch de hoeveelheid bloed en de intensiteit van het licht van de IR-led. Bovendien zal wat de fotodiodie detecteert ook anders zijn.

Daarnaast voedt een condensator de uitgang van de fotodiodie naar de "niet-inverterende belasting" van de eerste op-amp. Dit blokkeert de DC-componenten van het signaal. De op-amp werkt ook als een "niet-inverterende" versterkerfase die een afsnijfrequentie-versterkingsfactor van 1001 gebruikt.

Ook ontvangt de 2e op-amp de uitgang van de 1e op-amp in een van zijn ingangen. Het neemt ook de vorm van een comparator. Bovendien zal de uitgang van de 2e op-amp een transistor activeren, die het signaal ook naar de microcontroller overbrengt.

De LM358 is de op-amp van deze hartslagsensor-schakeling, en het komt met twee op-amps in één chip. Bovendien is de BC547 de transistor, en de LED die aan de transistor verbonden is, zal pulseren wanneer het een signaal detecteert.

Schakelingontwerp

Hier leren we hoe we drie hartslagsensors maken, namelijk:

• Hartslagsensor met LM358
• Hartslagsensor met Arduino
• Hoe een Arduino-hartslagsensor te interfaccen

Hartslagmonitor-schakeling: Hartslagsensor met LM358

Met deze schakeling kun je hartslagen detecteren via een LM358 IC gekoppeld aan een infrarood-zender en -ontvanger. De IR-led is de IR-zender, terwijl een fotodiodie de detector van de schakeling is. Bekijk de onderstaande schakelingillustratie:

Hartslagsensor met LM358 Schakelingillustratie

Ook hier is de pinout van de LM358:

LM358 Pinout-diagram

Benodigde Componenten:

• LM358 IC Operationele versterker (1)
• 4,7 µF elektrolytische condensator (1)
• 100 nF keramische condensator (1)
• 9V batterij (1)
• Paar IR-leds (1)
• 5mm LED (1)
• 220k weerstanden (2)
• 10k weerstand (1)
• 680k weerstand (1)
• 6,8k weerstand (1)
• 47k weerstand (1)
• Hartslagsensor (PC3) (1)

Stappen

• 1: Verbind de basis van je LM358 IC met de PC en de IC met de basis.

• 2: Neem al je LEDs en verbind ze met de printplaat
• 3: Vervolgens verbind je beide condensators met de printplaat
• 4: Ook, neem al je weerstanden en verbind ze ook
• 5: Voeg je batterijclip aan de schakeling toe en verbind de batterij om te checken of de schakeling werkt

Let op: Vergeet niet al je verbindingen te solderen.

Hoe Het Werkt

Deze schakeling werkt op dezelfde manier als de eerder beschreven hartslagsensor. Hier hebben we twee IR-fotodiodes die de pulsen van het hart waarnemen.

Echter, ervan fungeert één als zender die licht door je vinger uitzendt, terwijl de ontvanger meet hoeveel licht de vinger reflecteert.

Ook hangt de intensiteit van de gereflecteerde stralen die door de ontvanger gemeten wordt van twee dingen af. Eén, de snelheid van het pumpende hart, en twee, het verschil in de gezuurde bloedniveaus die het bloed bevat.

Hartslagmonitor-schakeling: Hartslagsensor met Arduino

Nu kijken we naar hoe je een Arduino-gebaseerde hartslagsensor maakt. Deze sensor heeft een vingertop-clip en gebruikt drie pinnen om data, GND en VCC te verbinden.

Arduino's Hartslagsensor

Benodigde Componenten

Voor deze schakeling heb je nodig:

• Arduino-board (1)
• 10kΩ potentiometer (1)
• 330Ω weerstand (1)
• 2x16 LCD-display (1)
• Verbindingsdraden
• Drukknop
• Mini-breadboard
• Hartslagsensor-chip met vingertop-probe (1)

Hoe Een Arduino-hartslagsensor Te Interfacen

Het is makkelijk om een Arduino te interfaccen met een hartslagsensor. Als je de waarden van je hartslag in slagen per minuut wilt zien, is het eerste wat je moet doen een Arduino-board verbinden met je 16x2 LCD.

Verbinden dus de vier datapinnen (D7, D5, D4 en D6) van de LCD-module met pin 1 van de Arduino. Daarnaast klik je de 10kΩ potentiometer aan pin 3 van de LCD. Dan voeg je pin 3 en 5 van de LCD (E & RS) samen met pin 1 van de Arduino.

Ten slotte verbind je de uitgangspin van de hartslagsensor met pin 1 (analoge invoersignaalpin) van de Arduino.

Code

Na het interfaccen van de hartslagsensor met een Arduino, is het volgende om de regels code te schrijven die nodig zijn om het systeem te laten draaien.

Hier is een link naar de regels code.

Hoe Werkt Het?

Nou, het gebruik van deze schakeling is ook makkelijk. Je hoeft alleen een vinger, behalve de duim, op de sensorclip te leggen en op de knop van de schakelaar te drukken.

Nu berekent de Arduino de hartslagmeting uit de gegevens die het van de sensor ontvangt en toont het in bpm.

Blijf echter ontspannen terwijl de sensor de gegevens verzamelt, zodat je de draden niet schudt. Anders krijg je foutieve metingen.

Nadat de Arduino de hartslag toont, kun je op de knop drukken om een nieuwe meting te starten.

Hartslagmonitor-schakeling: Toepassingen

• Bereken de hartslag van een menselijk lichaam (persoon, patiënt of atleet)

Hartslag van Menselijk Lichaam

• Gebruik als alternatief voor dure hartslagmonitors

Hartslag-app Controleren Op Mobiele Telefoon

• Patiëntgezondheidsmonitoringssysteem

Patiëntgezondheidsmonitoringssysteem

Laatste Gedachten

Voordat we dit artikel afronden, moet je het principe begrijpen achter hoe de hartslagsensor werkt en het werkt met de richting van fotoplethysmografie.

Deze principe stelt dat je de intensiteit van licht dat door een orgaan gaat kunt gebruiken om het bloedvolume van dat orgaan te meten.

Kortom: je zult merken dat IR-leds betere lichtbronnen zijn voor de meeste hartslagsensoren.

Daarom kun je een detector gebruiken die lichtfonen omzet in stroom of een stroomversterkingscomponent die op licht reageert.

Hartslagsensor met Vingertop-clip

Bron: Wikimedia Commons

Nou, we zijn nog niet aan het einde van onze leerreis. Als je verdere assistentie nodig hebt, aarzel niet om contact met ons op te nemen. We helpen graag.