Monitorowanie bicia serca za pomocą mikrokontrolera pic i czujnika tętna

Tętno jest najważniejszym parametrem w monitorowaniu zdrowia każdej osoby. We współczesnej erze urządzeń do noszenia istnieje wiele urządzeń, które mogą mierzyć bicie serca, ciśnienie krwi, kroki, spalone kalorie i wiele innych rzeczy. Te urządzenia mają w sobie czujnik tętna do wykrywania tętna. Dzisiaj użyjemy również czujnika tętna z mikrokontrolerem PIC do zliczania uderzeń serca na minutę i interwału między uderzeniami, wartości te będą dalej wyświetlane na wyświetlaczu LCD 16x2 znaków. W tym projekcie użyjemy mikrokontrolera PIC16F877A PIC. Połączyliśmy już czujnik tętna z Arduino dla systemu monitorowania pacjenta.

Wymagane komponenty

1. Mikrokontroler PIC16F877A
2. Kryształ 20 Mhz
3. Kondensator 33pF 2 szt
4. Rezystor 4,7k 1 szt
5. Wyświetlacz LCD 16x2 znaków
6. Potencjometr 10K do kontroli kontrastu wyświetlacza LCD
7. SEN-11574 Czujnik tętna
8. rzep
9. Zasilacz 5V
10. Płytka prototypowa i przewody przyłączeniowe

Czujnik tętna SEN-11574

Do pomiaru bicia serca potrzebny jest czujnik tętna. Tutaj wybraliśmy czujnik tętna SEN-11574, który jest łatwo dostępny w sklepach online lub offline. Użyliśmy tego czujnika, ponieważ istnieją przykładowe kody dostarczone przez producenta, ale jest to kod Arduino. Przekonwertowaliśmy ten kod dla naszego mikrokontrolera PIC.

Czujnik jest naprawdę mały i idealny do odczytu bicia serca w płatku ucha lub na opuszku palca. Ma 0,625 ”średnicy i 0,125” grubości od okrągłej strony PCB.

Ten czujnik dostarcza sygnał analogowy, a czujnik może być zasilany napięciem 3 V lub 5 V, pobór prądu czujnika wynosi 4 mA, co jest idealne do zastosowań mobilnych. Czujnik jest dostarczany z trzema przewodami z 24-calowym kablem połączeniowym i końcówką męską berg na końcu. Ponadto czujnik jest wyposażony w pasek na palec z rzepem, który można nosić na czubku palca.

Schemat czujnika tętna jest również dostarczany przez producenta i dostępny również na stronie sparkfun.com.

Schemat czujnika składa się z optycznego czujnika tętna, obwodu RC z redukcją szumów lub filtrów, które można zobaczyć na schemacie. R2, C2, C1, C3 i wzmacniacz operacyjny MCP6001 zapewniają niezawodne wzmocnione wyjście analogowe.

Istnieje kilka innych czujników do monitorowania bicia serca, ale czujnik tętna SEN-11574 jest szeroko stosowany w projektach elektronicznych.

Schemat obwodu dla połączenia czujnika impulsów z mikrokontrolerem PIC

Tutaj podłączyliśmy czujnik tętna do ^drugiego pinu jednostki mikrokontrolera. Ponieważ czujnik dostarcza dane analogowe, musimy przekonwertować dane analogowe na sygnał cyfrowy, wykonując niezbędne obliczenia.

Kryształ 20 MHz oscylatora jest połączony poprzez dwa kołki OSC z mikrokontrolerem z dwoma kondensatorami ceramicznymi 33pF. Wyświetlacz LCD jest podłączony przez port RB mikrokontrolera.

PIC16F877A Objaśnienie kodu monitora tętna

Kod jest nieco skomplikowany dla początkujących. Producent udostępnił przykładowe kody dla czujnika SEN-11574, ale został on napisany dla platformy Arduino. Musimy przekonwertować obliczenia dla naszego mikroczipa, PIC16F877A. Kompletny kod jest podany na końcu tego projektu wraz z filmem demonstracyjnym. Obsługiwane pliki C można pobrać stąd.

Nasz przepływ kodu jest stosunkowo prosty, a kroki wykonaliśmy przy użyciu przełącznika . Jak podaje producent, dane z czujnika musimy pobierać co 2 milisekundy. Więc użyliśmy procedury obsługi przerwania timera, która będzie uruchamiać funkcję co 2 milisekundy.

Nasz przepływ kodu w instrukcji switch będzie wyglądał następująco:

Przypadek 1: Przeczytaj ADC

Przypadek 2: Oblicz tętno i IBI

Przypadek 3: Pokaż bicie serca i IBI na wyświetlaczu LCD

Przypadek 4: IDLE (nic nie rób)

W funkcji przerwania timera zmieniamy stan programu na Przypadek 1: Czytaj ADC co 2 milisekundy.

Tak więc w funkcji głównej zdefiniowaliśmy stan programu i wszystkie przypadki przełączania .

void main () { system_init (); main_state = READ_ADC; while (1) { przełącznik (stan_główny) { przypadek READ_ADC: { adc_value = ADC_Read (0); // 0 to numer kanału main_state = CALCULATE_HEART_BEAT; przerwa; } przypadek CALCULATE_HEART_BEAT: { oblicz_bicie_heartu (wartość_adc); main_state = SHOW_HEART_BEAT; przerwa; } case SHOW_HEART_BEAT: { if (QS == true) {// A Heartbeat Was Found // Określono BPM i IBI // Quantified Self "QS" true, gdy Arduino znajdzie puls QS = false; // zresetuj flagę Quantified Self na następny raz // 0.9 używane do uzyskania lepszych danych. w rzeczywistości nie powinno być używane BPM = BPM * 0,9; IBI = IBI / 0,9; lcd_com (0x80); lcd_puts ("BPM: -"); lcd_print_number (BPM); lcd_com (0xC0); lcd_puts ("IBI: -"); lcd_print_number (IBI); } } main_state = IDLE; przerwa; sprawa IDLE: { przerwa; } domyślnie: { } } } }

Używamy dwóch sprzętowych urządzeń peryferyjnych PIC16F877A: Timer0 i ADC.

W pliku timer0.c

TMR0 = (uint8_t) (tmr0_mask & (256 - (((2 * _XTAL_FREQ) / (256 * 4)) / 1000)));

To obliczenie zapewnia 2 milisekundowe przerwanie timera. Formuła obliczeniowa to

// TimerCountMax - (((opóźnienie (ms) * Focs (hz)) / (PreScale_Val * 4)) / 1000)

Jeśli widzimy funkcję timer_isr , jest to:

void timer_isr () { main_state = READ_ADC; }

W tej funkcji stan programu zmienia się na READ_ADC co 2 ms.

Następnie funkcja CALCULATE_HEART_BEAT jest pobierana z przykładowego kodu Arduino.

void calc_heart_beat (int adc_value) { Signal = adc_value; sampleCounter + = 2; // śledzenie czasu w mS za pomocą tej zmiennej int N = sampleCounter - lastBeatTime; // monitoruj czas od ostatniego uderzenia, aby uniknąć szumu // znajdź szczyt i dół fali tętna if (Signal <thresh && N> (IBI / 5) * 3) {// unikaj szumu dichrotycznego czekając 3/5 ostatniego IBI if (Signal <T) {// T jest doliną T = Signal; // śledź najniższy punkt fali tętna } } …………. ………………………..

Ponadto pełny kod jest podany poniżej i dobrze wyjaśniony w komentarzach. Te dane z czujnika bicia serca mogą być dalej przesyłane do chmury i monitorowane przez Internet z dowolnego miejsca, dzięki czemu jest to system monitorowania bicia serca oparty na IoT. Kliknij łącze, aby dowiedzieć się więcej.

Pobierz obsługiwane pliki C dla tego projektu czujnika tętna PIC stąd.