CardioSim: 6 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | day@howwhatproduce.com. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:15

Trước hết, đây là tài liệu có thể hướng dẫn đầu tiên của tôi và tôi không phải là người nói tiếng Anh bản ngữ (hoặc nhà văn), vì vậy tôi xin lỗi trước vì chất lượng tổng thể thấp. Tuy nhiên, tôi hy vọng rằng hướng dẫn này có thể hữu ích cho những người sử dụng hệ thống theo dõi nhịp tim (HR) (bao gồm bộ phát đai đeo ngực và đồng hồ thu) và những người:

muốn biết chính xác pin nào cần được thay thế (bên trong dây đai hoặc bên trong đồng hồ thu), khi hệ thống ngừng hoạt động bình thường. Thông thường, chỉ để chắc chắn rằng người dùng kết thúc việc thay cả hai pin, mặc dù pin trong dây đai chịu tải nặng hơn và do đó phóng điện nhanh hơn pin còn lại

hoặc

quan tâm (như tôi) quan tâm đến việc phát triển một bộ ghi dữ liệu nhịp tim để đánh giá thêm - ví dụ: phân tích thống kê HRV (Biến thể nhịp tim) trong điều kiện tĩnh hoặc nghiên cứu tương quan giữa nhịp tim và nỗ lực thể chất trong điều kiện động - và thích sử dụng bộ mô phỏng đai đeo ngực (Cardio) hơn là đeo một chiếc thật mọi lúc trong các giai đoạn thử nghiệm

Vì những lý do ở trên, tôi đã gọi là "CardioSim" có thể hướng dẫn của mình

Bước 1: Nó hoạt động như thế nào

Việc truyền không dây các xung nhịp tim giữa bộ phát (đai đeo ngực) và bộ thu (đồng hồ chuyên dụng, cũng như máy chạy bộ, thiết bị tập luyện, v.v.) dựa trên giao tiếp từ tính tần số thấp (LFMC) chứ không phải một tần số vô tuyến truyền thống.

Tần số tiêu chuẩn cho loại hệ thống giám sát (tương tự) này là 5,3kHz. Các hệ thống kỹ thuật số mới dựa trên công nghệ Bluetooth, nhưng điều này nằm ngoài phạm vi của hướng dẫn này.

Đối với những người quan tâm đến việc đào sâu chủ đề, có thể tìm thấy mô tả toàn diện về công nghệ LFMC, bao gồm cả ưu và nhược điểm so với RF, có thể tìm thấy trên Ghi chú ứng dụng này

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

Tuy nhiên, vì lợi ích của dự án này, hãy biết rằng sóng mang từ trường 5,3kHz được tạo ra bởi mạch cộng hưởng LC (nối tiếp) được điều chế trên cơ sở của định dạng OOK (On-OFF Keying) đơn giản, trong đó mỗi nhịp tim bật nhà cung cấp dịch vụ trong khoảng 10ms. Tín hiệu được phát hiện bởi một bể cộng hưởng LC (song song) (có cùng tần số cộng hưởng của từ trường và với điều kiện cả hai cuộn dây được căn chỉnh đúng cách), được khuếch đại và gửi đến đơn vị đo.

Mặc dù trong WEB có thể tìm thấy một số ví dụ về mạch thu, tôi không thể tìm thấy mô hình cho bộ phát, vì vậy tôi quyết định phân tích tín hiệu được tạo ra bởi đai ngực của mình và xây dựng một mạch có thể mô phỏng nó, với một trường tương tự kéo dài, tần suất và định dạng.

Bước 2: Sơ đồ và các bộ phận

Các mạch được cấu tạo bởi rất ít thành phần có thể lắp vừa trong một hộp nhỏ:

• Hộp đựng có bảng dải, như thế này
• Dải bọt mật độ cao, 50x25x10mm (giống như dải được sử dụng cho bao bì của IC)
• Vi điều khiển ATTiny85-20
• Trình điều khiển động cơ L293
• Bộ điều chỉnh điện áp 5V, typ 7805 hoặc LD1117V50
• 2x Tụ điện 10uF / 25V
• Tụ điện 22n / 100V
• Trimpot với trục, 10K, 1 lượt, (giống như trong Bộ khởi động Arduino)
• Điện trở 22K
• Điện trở 220R
• LED đỏ 5mm
• Điện cảm 39mH, tôi đã sử dụng BOURNS RLB0913-393K
• Pin 9V
• công tắc SPDT mini (Tôi đã tái chế công tắc AM / FM từ một đài bán dẫn cũ)

Thành phần quan trọng nhất là điện cảm, lõi ferit chất lượng cao và điện trở thấp là bắt buộc để giữ cho nó nhỏ và để có được Hệ số chất lượng tốt của mạch cộng hưởng.

Bước 3: Mô tả & Mã mạch

Áp dụng công thức của mạch LC trong hình vẽ, với L = 39mH và C = 22nF, tần số thu được là khoảng 5,4 kHz, gần với giá trị tiêu chuẩn là 5,3 kHz. Bể LC được điều khiển bởi một biến tần cầu H được cấu tạo bởi 2 nửa cầu 1 và 2 của IC điều khiển động cơ L293. Tần số sóng mang được tạo ra bởi bộ vi điều khiển TINY85, bộ vi điều khiển này cũng điều khiển tín hiệu điều chế mô phỏng HR. Qua Trimpot gắn với đầu vào tương tự A1, Nhịp tim có thể thay đổi từ khoảng 40 đến 170 bmp (nhịp mỗi phút) - trong điều kiện thực tế được coi là phù hợp với hầu hết những người chơi thể thao nghiệp dư. Vì cầu cần được điều khiển bởi hai sóng vuông đối diện (và với kiến thức hạn chế của tôi về mã Assembler của ATTiny, tôi chỉ có thể tạo ra một sóng duy nhất), tôi đã sử dụng half brige 3 làm biến tần.

Đối với những tác vụ đơn giản này, xung nhịp bên trong @ 16MHz là đủ, tuy nhiên, tôi đã đo trước hệ số hiệu chuẩn cần thiết cho chip của mình và đặt nó dòng lệnh "OSCCAL" trong phần thiết lập. Để tải bản phác thảo xuống ATTiny, tôi đã sử dụng Arduino Nano được nạp mã ArduinoISP. Nếu bạn không quen với hai bước này, có rất nhiều ví dụ trên Web, nếu ai đó quan tâm, tôi đã phát triển các phiên bản của riêng mình mà tôi có thể cung cấp theo yêu cầu. Đính kèm mã cho ATTiny:

Bước 4: Lắp ráp mạch

Vỏ hộp đã có một lỗ 5mm trên nắp trên hoàn hảo cho đèn Led, và tôi chỉ phải khoan một lỗ 6mm thứ hai, thẳng hàng với lỗ đầu tiên, cho trục của trimpot. Tôi đã sắp xếp bố cục của các thành phần theo cách sao cho pin được giữ ở vị trí giữa trimpot và bộ điều chỉnh điện áp TO-220, và được chặn chắc chắn ở vị trí của nó bằng dải xốp được dán vào nắp trên.

Như bạn có thể nhận thấy, cuộn cảm được gắn theo chiều ngang, t.i. với trục của nó song song với bảng. Đây là giả thiết rằng độ tự cảm của máy thu cũng nằm trong cùng một hướng. Trong mọi trường hợp, để truyền lực tối ưu, luôn đảm bảo rằng cả hai trục song song (không nhất thiết phải nằm trên cùng một mặt phẳng không gian) và không vuông góc với nhau.

Khi kết thúc quá trình lắp ráp, hãy kiểm tra kỹ lưỡng bằng máy kiểm tra mạch tất cả các kết nối bằng máy kiểm tra mạch.

Bước 5: Kiểm tra mạch

Công cụ kiểm tra tốt nhất cho mạch là đồng hồ thu giám sát nhịp tim:

1. Đặt đồng hồ bên cạnh CardioSim.
2. Đặt trimpot ở vị trí chính giữa và bật thiết bị.
3. Đèn LED màu đỏ sẽ bắt đầu nhấp nháy với khoảng thời gian khoảng 1 giây (60bmp). Điều này cho thấy rằng bình cộng hưởng LC được cung cấp năng lượng và hoạt động đúng cách. Nếu không đúng như vậy, hãy kiểm tra kỹ tất cả các kết nối và điểm hàn.
4. Nếu chưa tự động bật, hãy bật đồng hồ theo cách thủ công.
5. Đồng hồ sẽ bắt đầu nhận tín hiệu hiển thị nhịp tim đo được.
6. Xoay trimpot về vị trí cuối theo cả hai hướng để kiểm tra toàn bộ phạm vi nhịp tim (dung sai +/- 5% của các giới hạn phạm vi có thể chấp nhận được)

Tất cả các bước được hiển thị trong video đính kèm

Bước 6: Cảnh báo

Như lời khuyên cuối cùng về an toàn, hãy lưu ý rằng LFMC được triển khai ở định dạng đơn giản này không cho phép xác định các đơn vị khác nhau trong cùng một phạm vi trường, điều đó có nghĩa là trong trường hợp cả CardioSim và dây đai đo thực đang gửi tín hiệu của chúng đến cùng một bộ thu máy thu sẽ bị nhiễu, với kết quả không thể đoán trước.

Điều này có thể nguy hiểm trong trường hợp bạn muốn tăng hiệu suất thể chất và tối đa hóa nỗ lực của mình dựa trên chỉ số HR đo được. CardioSim chỉ được sử dụng để thử nghiệm các đơn vị khác và không dùng để tập luyện!

Đó là tất cả, cảm ơn vì đã đọc Có thể hướng dẫn của tôi, mọi nguồn cấp dữ liệu đều được chào đón!