Sirkuit Monitor Denyut Jantung

Pada artikel ini kita secara komprehensif membahas rangkaian sensor detak jantung elektronik yang relatif akurat yang diproses oleh beberapa tahapan rangkaian opamp yang dikabelkan secara terpisah, dan selanjutnya kita akan mempelajari bagaimana hal ini dapat dimodifikasi untuk membuat rangkaian alarm monitor detak jantung.

Menggunakan Sensor Fotodioda IR

Penginderaan denyut jantung pada dasarnya dilakukan oleh dua dioda foto IR, satu menjadi pemancar IR sedangkan penerima lainnya.

Sinar IR yang dilemparkan oleh dioda pemancar dipantulkan dari kandungan darah ujung jari seseorang dan diterima oleh dioda penerima.

Intensitas sinar yang dipantulkan bervariasi pada proporsi yang ditentukan oleh laju pemompaan jantung dan oleh perbedaan kadar oksigen dalam darah di dalam kandungan darah.

Sinyal penginderaan dari dioda infra merah diproses oleh tahap-tahap opamp yang ditunjukkan yang pada kenyataannya adalah sepasang rangkaian filter akses rendah aktif yang identik ditentukan untuk memotong sekitar 2,5 Hz. Ini menyiratkan bahwa pencapaian maksimum pengukuran detak jantung akan dibatasi menjadi sekitar 150 bpm.

Kami menggunakan IC MCP602 untuk diolah dalam bentuk IC1a dan IC1b dalam usulan desain sensor detak jantung dan prosesor. IC adalah opamp ganda yang diproduksi oleh microchip.

Operasi Sirkuit

Ini dirancang untuk bekerja dengan suplai tunggal dan dengan demikian menjadi sangat disukai untuk sirkuit yang dibahas yang seharusnya beroperasi dari sel 9V tunggal.

Ini juga berarti bahwa output dari opamp akan dapat menghasilkan ayunan tegangan positif ke negatif penuh sesuai dengan sinyal detak jantung yang dirasakan dari dioda IR.

Karena kondisi sekitar dapat tercemar dengan banyak sinyal nyasar, opamps perlu diimunisasi terhadap semua gangguan listrik palsu tersebut, oleh karena itu memblokir kapasitor dalam bentuk kapasitor 1uF yang ditunjukkan diposisikan pada input masing-masing opamp.

Opamp pertama diatur untuk menghasilkan keuntungan 101, yang kedua identik dengan konfigurasi IC1a pertama juga diatur pada 101 penguatan.

Namun itu menyiratkan bahwa total atau perolehan akhir dari rangkaian pada output diberikan pada 101 x 101 = 10201 yang mengesankan, penguatan tinggi seperti itu memastikan penginderaan dan pemrosesan yang sempurna dari pulsa denyut jantung input yang sangat lemah dan tidak jelas yang dikirim dari IR dioda.

Sebuah LED dapat dilihat terpasang di output opamp IC1b kedua yang berkedip sebagai respons terhadap pulsa denyut jantung yang diterima dari tahap dioda IR.

Aplikasi yang disajikan di sini hanya untuk tujuan desain referensi dan tidak dimaksudkan untuk penggunaan penyelamatan jiwa atau pemantauan medis.

Diagram Sirkuit

Cara Mengatur sirkuit sensor detak jantung

Menyiapkan sensor detak jantung yang diusulkan, prosesor sebenarnya sangat mudah.

Seperti yang kita semua akan pahami bahwa perbedaan antara darah yang mengandung oksigen dan darah yang terdeoksigenasi hampir tidak dapat dibedakan dan membutuhkan ketelitian yang tinggi dalam segala hal untuk memungkinkan prosesor menilai perbedaan halus dalam aliran darah namun dapat mengubahnya menjadi perubahan tegangan berayun pada output.

Untuk memastikan sinar IR yang dioptimalkan secara sempurna dari dioda IR Tx, arus yang melewatinya harus dibatasi pada proporsi yang dihitung dengan baik sehingga darah beroksigen menawarkan resistansi yang relatif lebih tinggi agar sinar melewatinya tetapi memungkinkan jumlah resistansi yang relatif lebih rendah untuk sinar selama keadaan terdeoksigenasi darah. Hal ini memudahkan opamp untuk membedakan antara detak jantung yang berdetak.

Ini hanya dilakukan dengan menyesuaikan preset 470 ohm yang diberikan.

Pertahankan ujung jari telunjuk Anda di atas pasangan D1 / D2, nyalakan daya dan terus menyesuaikan preset sampai LED pada keluaran mulai mengembangkan efek kedip yang berbeda.

Tutup preset setelah ini tercapai.

Pengaturan posisi jari telunjuk di atas dioda foto yang tertutup

Ini dapat dilakukan dengan menyolder dioda di atas PCB pada jarak yang dihitung terpisah yang menjadi baik untuk ujung jari telunjuk untuk menutupi ujung dioda yang memancar sepenuhnya.

Untuk respon yang optimal, dioda harus ditutup di dalam pipa plastik buram dengan ukuran yang sesuai, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Di bagian berikut, kita akan belajar tentang monitor detak jantung sederhana dan rangkaian alarm yang dirancang khusus untuk warga lanjut usia untuk melacak detak jantung kritis mereka.

Di sini membahas sirkuit sederhana yang dapat digunakan untuk memantau detak jantung kritis seorang pasien (warga lanjut usia), sirkuit ini juga menyertakan alarm untuk menunjukkan situasi. Ide tersebut diminta oleh Bapak Raj Kumar Mukherji

Spesifikasi teknis

Harap Anda baik-baik saja.

Tujuan penulisan di sini adalah untuk berbagi dengan Anda gagasan tentang sebuah proyek - untuk merancang 'alarm monitor detak jantung' yang dapat dibuat dengan menggunakan komponen biaya rendah yang tersedia secara umum dan yang akan menghasilkan alarm yang dapat didengar setiap kali denyut nadi seseorang ditemukan abnormal. Itu harus memenuhi ketentuan berikut juga:

Sebuah. Kompak dan ringan, karena itu portabel

b. Konsumsi daya minimum, oleh karena itu harus beroperasi 24x7 selama satu atau dua bulan dari beberapa baterai AA atau paket 9 volt

c. Harus cukup akurat dalam kinerjanya

Saya tahu ada banyak sirkuit seperti itu yang tersedia di internet tetapi kinerja dan keandalannya dipertanyakan. Unit ini bisa sangat berguna terutama untuk orang tua (dengan / tanpa penyakit jantung), untuk pasien yang sering terbaring di tempat tidur dan sebagainya. Ketika jantung berdetak dengan kecepatan lebih tinggi / lebih rendah dari nilai ambang batas rata-rata yang ditetapkan, alarm akan berbunyi cukup keras untuk memperingatkan orang-orang di sekitar pasien.

Saya harap proposal saya jelas bagi Anda. Namun, jika Anda ragu, silakan kirimi saya email.

Terima kasih,

Salam,
Raj Kumar Mukherji

Desain

Di posting sebelumnya kita belajar bagaimana membuat sirkuit sensor detak jantung dengan prosesor, yang dapat digunakan dengan tepat dalam rangkaian alarm detak jantung kritis yang diusulkan.

Aplikasi yang disajikan di sini hanya untuk tujuan desain referensi dan tidak dimaksudkan untuk penggunaan penyelamatan jiwa atau pemantauan medis.

Diagram Sirkuit

Mengacu pada diagram di atas, kita dapat melihat beberapa tahapan rangkaian, yang pertama adalah sensor / prosesor detak jantung dengan pengali frekuensi terintegrasi, sedangkan yang kedua berupa integrator, pembanding.

Desain prosesor sinyal atas telah dijelaskan secara komprehensif di paragraf sebelumnya , pengali tegangan tambahan yang telah diintegrasikan ke prosesor menggunakan IC 4060 untuk mengalikan detak jantung yang relatif lebih lambat menjadi frekuensi tinggi yang bervariasi secara proporsional.

Denyut jantung frekuensi tinggi yang bervariasi secara proporsional di atas dari pin7 IC 4060 diumpankan ke input integrator yang tugasnya adalah mengubah frekuensi yang bervariasi secara digital menjadi sinyal analog eksponensial yang bervariasi secara proporsional.

Akhirnya tegangan analog ini diterapkan ke input non-pembalik dari komparator Ic 741. Komparator diatur melalui preset 10k yang terpasang sedemikian rupa sehingga level tegangan pada pin3 tetap tepat di bawah tegangan referensi pada pin2 ketika denyut jantung berada di sekitar wilayah aman.

Namun jika detak jantung cenderung meningkat di wilayah kritis, level tegangan yang lebih tinggi secara proporsional dikembangkan di pin3 yang melintasi level referensi pin2 yang menyebabkan output opamp menjadi tinggi dan membunyikan alarm.

Pengaturan di atas hanya monitor dan alarm mengenai detak jantung kritis yang lebih tinggi, untuk mencapai pemantauan dua arah, yang berarti mendapatkan alarm untuk detak jantung kritis yang lebih tinggi dan lebih rendah ... rangkaian kedua yang terdiri dari IC555 dan IC741 bisa jadi sepenuhnya dihilangkan dan diganti dengan rangkaian IC standar LM567 untuk menjaga outputnya tetap rendah pada denyut nadi yang aman, dan menjadi tinggi pada tingkat kritis naik atau turun.

Sirkuit pengkondisian sinyal terdiri dari dua filter akses rendah aktif yang identik dengan frekuensi cut-off sekitar 2,5 Hz.

Ini berarti detak jantung terukur maksimum sekitar 150 bpm. IC penguat operasional yang digunakan dalam rangkaian ini adalah MCP602, sebuah chip OpAmp ganda dari Microchip.

Ini beroperasi pada satu catu daya dan menyediakan ayunan keluaran rel-ke-rel. Penyaringan diperlukan untuk memblokir suara frekuensi tinggi yang ada dalam sinyal.

Menyiapkan Penguatan Amplifier

Gain dari setiap tahap filter diatur ke 101, memberikan amplifikasi total sekitar 10.000. Kapasitor 1 uF pada input setiap tahap diperlukan untuk memblokir komponen dc dalam sinyal.

Persamaan untuk menghitung gain dan frekuensi cut-off dari filter low pass aktif ditunjukkan pada diagram rangkaian.

Penguat / filter dua tahap memberikan penguatan yang cukup untuk meningkatkan sinyal lemah yang berasal dari unit sensor foto dan mengubahnya menjadi pulsa.

LED yang terhubung pada keluaran berkedip setiap kali detak jantung terdeteksi.

Sirkuit pengkondisian sinyal terdiri dari dua filter akses rendah aktif yang identik dengan frekuensi cut-off sekitar 2,5 Hz. Ini berarti detak jantung terukur maksimum sekitar 150 bpm.

IC penguat operasional yang digunakan dalam rangkaian ini adalah MCP602, sebuah chip OpAmp ganda dari Microchip. Ini beroperasi pada satu catu daya dan menyediakan ayunan keluaran rel-ke-rel. Penyaringan diperlukan untuk memblokir suara frekuensi tinggi yang ada dalam sinyal.

Gain dari setiap tahap filter diatur ke 101, memberikan amplifikasi total sekitar 10.000. Kapasitor 1 uF pada input setiap tahap diperlukan untuk memblokir komponen dc dalam sinyal.

Persamaan untuk menghitung gain dan frekuensi cut-off dari filter low pass aktif ditunjukkan pada diagram rangkaian. Penguat / filter dua tahap memberikan penguatan yang cukup untuk meningkatkan sinyal lemah yang berasal dari unit sensor foto dan mengubahnya menjadi pulsa.

LED yang terhubung pada keluaran berkedip setiap kali detak jantung terdeteksi. Output dari pengkondisi sinyal menuju ke input T0CKI dari PIC16F628A.

Penafian: Meskipun rangkaian di atas telah diuji, namun ini tidak disetujui secara medis, oleh karena itu pemirsa disarankan untuk berhati-hati saat membuat dan menggunakan rangkaian ini.

Artikel ini disajikan hanya untuk tujuan informasional, tanpa bermaksud memberikan nasihat atau saran medis. Penulis artikel ini, dan situs web ini tidak bertanggung jawab atas segala bentuk kerugian apa pun, yang mungkin terjadi pada pengguna saat menggunakan sirkuit ini, karena alasan yang tidak terduga.