Herzfrequenzüberwachungsschaltung:Eine gut detaillierte Anleitung

Der Pulsmesser ist ein Gerät, von dem Sie höchstwahrscheinlich schon einmal gehört haben. Wahrscheinlich kennen Sie ein oder zwei Geräte oder Personen mit Herzfrequenzsensoren.

Sie sind heutzutage so verbreitet, dass Sie sie wahrscheinlich in Smartwatches integriert oder sogar in Form von Armbändern finden werden, die sie leicht zugänglich machen.

Wenn Sie also neugierig sind, wie es funktioniert, und eines als Projekt erstellen möchten, machen Sie sich keine Sorgen. Hier sind Sie richtig.

Hier erfahren Sie das Geheimnis hinter der Herzfrequenzüberwachungsschaltung und erfahren, wie Sie in wenigen einfachen Schritten eine andere Schaltung herstellen können.

Sind Sie bereit? Fangen wir an!

Das Konzept des Herzschlagsensors

Bevor wir auf die technischen Details eingehen, hier ein paar Dinge, die Sie wissen sollten.

Herzschlagsensoren sind für Menschen wie Patienten und Sportler unerlässlich, da sie ihnen helfen, den Zustand ihres Herzens zu erkennen.

Obwohl es mehrere Möglichkeiten gibt, die Herzfrequenz zu überwachen, ist der Herzschlagsensor der einfachste Weg. Außerdem ist es tragbar und hat verschiedene Größen und Formen. Außerdem bietet es eine zugängliche Plattform, auf der Sie Ihren Herzschlag sofort überprüfen können.

Smartwatch

Wie bereits erwähnt, finden Sie sie in Uhren, Telefonen und anderen intelligenten Geräten. Daher ist es hilfreich, die Zeit zu messen, die Ihr Herz benötigt, um sich pro Minute auszudehnen oder zusammenzuziehen.

Das Konzept des Pulsmessers

Ein primärer Herzfrequenzmonitor bietet Folgendes:

• Sensor
• IR-LED 
• Fotodiode im Sensor vorhanden
• Steuerkreis 

Im Gegensatz dazu verfügt die Schaltung über einen Operationsverstärker-IC und andere Elemente, die ihr ursprüngliches Signal mit verschiedenen Mikrocontrollern verbinden.

Deshalb haben wir unten ein Schaltbild eines Herzschlagsensors, um Ihnen zu helfen, das Konzept besser zu verstehen.

Herzschlagsensorschaltung

Die obige Schaltung zeigt einen Fingerherzschlagsensor, der Impulse erkennt. Herzschläge ändern also automatisch die Blutmenge und die Intensität des Lichts der IR-LED. Außerdem wird auch das, was die Fotodiode erkennt, unterschiedlich sein.

Zusätzlich speist ein Kondensator den Ausgang der Fotodiode in die „nichtinvertierende Last“ des ersten Operationsverstärkers. Dies blockiert wiederum die DC-Komponenten des Signals. Der Operationsverstärker arbeitet auch als „nicht invertierender“ Stufenverstärker, der einen Verstärkungsfaktor von 1001 für die Grenzfrequenz verwendet.

Außerdem empfängt der 2. Operationsverstärker den Ausgang des 1. Operationsverstärkers in einem seiner Eingänge. Es hat auch die Form eines Komparators. Zusätzlich triggert die Arbeit des zweiten Operationsverstärkers einen Transistor, der das Signal ebenfalls an den Mikrocontroller weiterleitet.

Der LM358 ist der Operationsverstärker dieser Herzschlagsensorschaltung und verfügt über zwei Operationsverstärker in einem Chip. Außerdem ist der BC547 der Transistor, und die mit dem Transistor verbundene LED pulsiert, wenn sie ein Signal erkennt.

Schaltungsdesign

Hier lernen wir, wie man drei Herzschlagsensoren herstellt, darunter:

• Herzschlagsensor mit LM358
• Herzschlagsensor mit Arduino
• Anbindung eines Arduino-Herzschlagsensors

Herzfrequenzüberwachungsschaltung: Herzschlagsensor mit LM358

Mit dieser Schaltung können Sie Herzschläge über einen LM358-IC erkennen, der mit einem Infrarotsender und -empfänger gekoppelt ist. Außerdem ist die IR-LED der IR-Sender, während eine Fotodiode der Detektor der Schaltung ist. Schauen Sie sich die Schaltungsabbildung unten an:

Herzschlagsensor mit LM358-Schaltungsdarstellung

Hier ist auch die Pinbelegung der LM358-Pinbelegung:

LM358-Pinbelegungsdiagramm

Erforderliche Komponenten:

• LM358 IC Operationsverstärker (1)
• 4,7 uF Elektrolytkondensator (1)
• 100-nF-Keramikkondensator (1)
• 9-V-Batterie (1)
• Paar IR-LEDs (1)
• 5-mm-LED (1)
• 220k Widerstände (2)
• 10k-Widerstand (1)
• 680k-Widerstand (1)
• 6,8k Widerstand (1)
• 47k-Widerstand (1)
• Herzschlagsensor (PC3) (1)

Schritte

• 1:Verbinden Sie die Basis Ihres LM358 IC mit dem PC und den IC mit der Basis.

• 2:Nehmen Sie alle Ihre LEDs und verbinden Sie sie mit der Platine
• 3:Verbinden Sie als nächstes beide Kondensatoren mit der Platine
• 4:Nimm auch alle deine Widerstände und verbinde sie ebenfalls
• 5:Fügen Sie Ihren Batterieclip der Schaltung hinzu und schließen Sie die Batterie an, um zu prüfen, ob die Schaltung funktioniert

Hinweis:Vergessen Sie nicht, alle Ihre Verbindungen zu löten.

Wie es funktioniert

Diese Schaltung funktioniert ähnlich wie der zuvor beschriebene Herzschlagsensor. Hier haben wir zwei IR-Fotodioden, die die Pulse vom Herzen erfassen.

Einer von ihnen fungiert jedoch als Sender, der Licht durch Ihren Finger aussendet, während der Empfänger misst, wie viel Licht der Finger reflektiert.

Auch die vom Empfänger gemessene Intensität der reflektierten Strahlen hängt von zwei Dingen ab. Erstens die Herzschlagfrequenz und zweitens der Unterschied im sauerstoffreichen Blutspiegel im Blut.

Herzfrequenzmonitorschaltung:Herzschlagsensor mit Arduino

Schauen wir uns nun an, wie man einen Arduino-basierten Herzschlagsensor herstellt. Dieser Sensor verfügt über einen Fingerclip und verwendet drei Pins, um Daten, GND und VCC zu verbinden.

Arduinos Herzschlagsensor

Erforderliche Komponenten

Für diese Schaltung benötigen Sie:

• Arduino-Board (1)
• 10-kΩ-Potentiometer (1)
• 330Ω Widerstand (1)
• 2 x 16 LCD-Display (1)
• Verbindungsdrähte
• Drucktaste
• Mini-Steckbrett
• Herzschlagsensorchip mit fingerbasierter Sonde (1)

Anbindung eines Arduino-Herzschlagsensors

Es ist einfach, ein Arduino mit einem Herzschlagsensor zu verbinden. Wenn Sie jedoch die Messwerte Ihres Herzschlags in Schlägen pro Minute sehen möchten, sollten Sie als Erstes ein Arduino-Board an Ihr 16×2-LCD anschließen.

Verbinden Sie also die vier Datenpins (D7, D5, D4 und D6) des LCD-Moduls mit Pin 1 des Arduino. Klicken Sie außerdem das 10-kΩ-Potentiometer auf Pin drei des LCD. Verbinden Sie dann die Pins drei und fünf (E &RS) des LCD mit dem Pin von Arduino.

Verbinden Sie schließlich den Ausgangspin des Herzschlagsensors mit Pin 1 (analoger Eingangssignalpin) des Arduino.

Code

Nachdem Sie den Herzschlagsensor mit einem Arduino verbunden haben, müssen Sie als Nächstes die Codezeilen schreiben, die zum Ausführen des Systems erforderlich sind.

Hier ist ein Link zu den Codezeilen.

Wie funktioniert es?

Nun, die Verwendung dieser Schaltung ist auch einfach. Alles, was Sie tun müssen, ist, einen beliebigen Finger außer dem Daumen auf den Sensorclip zu legen und die Taste des Schalters zu drücken.

Jetzt berechnet der Arduino die Herzfrequenzmessung aus den Daten, die er vom Sensor erhält, und zeigt sie in Schlägen pro Minute an.

Bleiben Sie jedoch entspannt, während der Sensor die Daten sammelt, damit Sie nicht an den Kabeln wackeln. Andernfalls erhalten Sie fehlerhafte Messwerte.

Nachdem der Arduino die Herzfrequenz anzeigt, können Sie die Taste drücken, um eine weitere Messung zu starten.

Herzfrequenzmesserschaltung:Anwendungen

• Berechnen Sie die Herzfrequenz eines menschlichen Körpers (Person, Patient oder Sportler)

Herzfrequenz des menschlichen Körpers

• Verwendung als Alternative zu teuren Pulsuhren

Überprüfen der Herzfrequenzanwendung auf dem Mobiltelefon

• System zur Überwachung der Patientengesundheit

Patientengesundheitsüberwachungssystem

Abschließende Gedanken

Bevor wir diesen Artikel abrunden, müssen Sie das Prinzip der Funktionsweise des Herzschlagsensors verstehen und es funktioniert mit der Richtung des Photoplethysmographen.

Dieses Prinzip besagt, dass Sie die Intensität des Lichts, das durch ein Organ fällt, verwenden können, um das Blutvolumen dieses Organs zu messen.

Kurz gesagt, Sie werden feststellen, dass IR-LEDs bessere Lichtquellen für die meisten Herzschlagsensoren sind.

Daher können Sie einen Detektor verwenden, der Lichtphotonen in Strom umwandelt, oder eine Stromverstärkungskomponente, die auf Licht angewiesen ist, um zu funktionieren.

Herzschlagsensor mit Fingerclip

Quelle:Wikimedia Commons

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