CardioSim: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En primer lugar, este es mi primer Instructable, y no soy un hablante nativo de inglés (o escritor), por lo tanto, me disculpo de antemano por la baja calidad general. Sin embargo, espero que este tutorial pueda ser útil para las personas que utilizan un sistema de monitorización de frecuencia cardíaca (FC) (compuesto por un transmisor de correa para el pecho y un reloj receptor) y que:

quiere saber exactamente qué batería necesita ser reemplazada (dentro del cinturón o dentro del reloj receptor), cuando el sistema deja de funcionar correctamente. Por lo general, solo para asegurarse de que el usuario termine cambiando ambas baterías, aunque la del cinturón esté sujeta a una carga más pesada y, por lo tanto, se descargue más rápido que la otra

o

están interesados (como yo) en desarrollar un registrador de datos de frecuencia cardíaca para evaluaciones adicionales, por ejemplo, para el análisis estadístico de la VFC (Variaciones de la frecuencia cardíaca) en condiciones estáticas, o para estudios de correlación entre la FC y los esfuerzos físicos en condiciones dinámicas, y prefiera usar un simulador de cinturón de pecho (Cardio) en lugar de usar uno real todo el tiempo durante las fases de prueba

Por las razones anteriores, llamé a mi Instructable "CardioSim"

Paso 1: ¿Cómo funciona?

La transmisión inalámbrica de los pulsos de frecuencia cardíaca entre el transmisor (cinturón para el pecho) y el receptor (reloj dedicado, así como cintas para correr, dispositivos de entrenamiento, etc.) se basa en una comunicación magnética de baja frecuencia (LFMC), y no una radiofrecuencia tradicional.

La frecuencia estándar para este tipo de sistemas de monitorización (analógicos) es de 5,3 kHz. Los nuevos sistemas digitales se basan en la tecnología Bluetooth, pero esto está fuera del alcance de este tutorial.

Para aquellos que estén interesados en profundizar en el tema, se puede encontrar una descripción completa de la tecnología LFMC, incluidos los pros y los contras frente a RF, en esta nota de la aplicación.

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

Sin embargo, por el bien de este proyecto, será suficiente saber que una portadora de campo magnético de 5.3kHz generado por un circuito resonante LC (serie) se modula sobre la base de un formato simple OOK (On-OFF Keying), donde cada pulso cardíaco enciende la portadora durante unos 10 ms. La señal es detectada por un tanque resonante LC (paralelo) (con la misma frecuencia de resonancia del campo magnético, y siempre que ambas bobinas estén correctamente alineadas), amplificada y enviada a la unidad de medición.

Aunque en la WEB se pueden encontrar algunos ejemplos del circuito receptor, no pude encontrar un modelo para el transmisor, por lo que decidí analizar la señal generada por mi cinturón pectoral, y construir un circuito que pueda simularlo, con una fuerza de campo, frecuencia y formato similares.

Paso 2: Esquema y piezas

Los circuitos están compuestos por muy pocos componentes que pueden caber en una caja pequeña:

• Estuche con tablero de tiras, como este
• Tira de espuma de alta densidad, 50x25x10 mm (como la que se utiliza para el embalaje de los circuitos integrados)
• Microcontrolador ATTiny85-20
• Controlador de motor L293
• Regulador de voltaje 5V, tipo 7805 o LD1117V50
• 2x condensador electrolítico 10uF / 25V
• Condensador 22n / 100V
• Trimpot con eje, 10K, 1 vuelta, (como en Arduino Starter Kit)
• Resistencia 22K
• Resistencia 220R
• LED rojo 5mm
• Inductancia 39mH, utilicé un BOURNS RLB0913-393K
• Batería de 9V
• mini interruptor SPDT (reciclé el interruptor AM / FM de una vieja radio de transistores)

El componente más importante es la inductancia, un núcleo de ferrita de alta calidad y baja resistencia son obligatorios para mantenerlo pequeño y obtener un buen Factor de Calidad del circuito resonante.

Paso 3: Descripción y código del circuito

Aplicando la fórmula del circuito LC que se muestra en el dibujo, con L = 39mH y C = 22nF, la frecuencia resultante es de alrededor de 5,4 kHz, que está lo suficientemente cerca del valor estándar de 5,3 kHz. El tanque LC es impulsado por un inversor de puente H compuesto por los 2 medios puentes 1 y 2 del controlador de motor IC L293. La frecuencia portadora es generada por el microcontrolador TINY85, que también impulsa la señal moduladora simulando la frecuencia cardíaca. A través del Trimpot conectado a la entrada analógica A1, la frecuencia cardíaca se puede cambiar de aproximadamente 40 a 170 bmp (latidos por minuto), lo que en condiciones reales se considera adecuado para la mayoría de los deportistas aficionados. Dado que el puente debe ser impulsado por dos ondas cuadradas opuestas (y con mi conocimiento limitado del código de ensamblador de ATTiny, pude generar solo una), usé el medio puente 3 como inversor.

Para estas tareas simples, el reloj interno a 16MHz es adecuado, sin embargo, medí previamente el factor de calibración necesario para mi chip y lo puse en la línea de comando "OSCCAL" en la sección de configuración. Para descargar el boceto al ATTiny utilicé un Arduino Nano cargado con el código ArduinoISP. Si no está familiarizado con estos dos pasos, hay toneladas de ejemplos en la Web, si alguien está interesado, desarrollé mis propias versiones que puedo proporcionar a pedido. Adjunto el código para el ATTiny:

Paso 4: Montaje del circuito

La carcasa ya tenía un orificio de 5 mm en la tapa superior que era perfecto para el Led, y solo tuve que perforar un segundo orificio de 6 mm, alineado con el primero, para el eje del trimpot. Arreglé la disposición de los componentes de tal manera que la batería se mantenga en su lugar entre el trimpot y el regulador de voltaje TO-220, y bloqueada firmemente en su posición por la tira de espuma pegada a la tapa superior.

Como puede notar, la inductancia está montada horizontalmente, t.i. con su eje paralelo al tablero. Esto es bajo el supuesto de que la inductancia del receptor también se encuentra en la misma dirección. En cualquier caso, para una transmisión óptima, asegúrese siempre de que ambos ejes sean paralelos (no necesariamente en el mismo plano espacial) y no perpendiculares entre sí.

Al final del montaje, verifique minuciosamente con un probador de circuitos todas las conexiones con un probador de circuitos.

Paso 5: prueba el circuito

La mejor herramienta de prueba para el circuito es un reloj receptor de monitoreo de frecuencia cardíaca:

1. Coloque el reloj junto al CardioSim.
2. Coloque el potenciómetro en la posición media y encienda la unidad.
3. El LED rojo debe comenzar a parpadear a intervalos de aproximadamente 1 segundo (60 bmp). Esto indica que el tanque resonador LC está correctamente energizado y funcionando. Si este no es el caso, revise todas las conexiones y puntos de soldadura.
4. Si aún no está encendido automáticamente, encienda el reloj manualmente.
5. El reloj debería comenzar a recibir la señal que muestra la frecuencia cardíaca medida.
6. Girando el potenciómetro a la posición final en ambas direcciones para verificar el rango de FC completo (+/- 5% de tolerancia de los límites del rango es tolerable)

Todos los pasos se muestran en el video adjunto.

Paso 6: Advertencia

Como último consejo de seguridad, tenga en cuenta que el LFMC implementado en este formato simple no permite direccionar diferentes unidades en el mismo rango de campo, eso significa que en caso de que tanto el CardioSim como un cinturón de medición real estén enviando sus señales al mismo receptor unidad, el receptor se bloqueará, con resultados impredecibles.

Esto puede ser peligroso en caso de que vaya a aumentar su rendimiento físico y maximizar sus esfuerzos sobre la base de la FC medida. CardioSim está diseñado para ser utilizado solo para probar otras unidades y no para entrenamiento.

Eso es todo, gracias por leer mi Instructable, ¡cualquier comentario es bienvenido!