Fingerpuls Sensor

Aufgabe: Bestimmung und Anzeige der Herzschläge pro Minute, Methode: Fingerpuls Sensor

Funktionsweise: 

  • Eine Infra-Rot LED strahlt in den Finger
  • Ein Phototransistor misst die Stärke des reflektierten Lichtes
  • Die Stärke der Reflexion ist abhängig vom Sauerstoffgehalt des Blutes
  • Bei jedem Herzschlag steigt der Sauerstoffgehalt pulsartig an und fällt wieder ab
  • Durch die Messung der Zeit zwischen 2 Impulsen wird auf die BPM geschlossen //BPM: Beats Per Minute

Bauteile: Atmega328P, LCD-Display, Folientastatur, IR-LED, Fototransistor, Operationsverstärker

Spannungsversorgung: +/- 12V, +5V

Analogteil

Aufgabe: Versorgung der IR-LED, Filtern und Verstärken des Fototransistor-Signals

Funktionsweise:

  • Die IR-LED wird hier im Dauerbetrieb mit einem Vorwiderstand an +5V betrieben
  • Am Phototransistor ist der Pulsschlag mit einer Amplitude von ca. 40mV messbar
  • Durch 2 Operationsverstärker wird das Signal gefiltert, gleichspannungs entkoppelt und 100-fach verstärkt
  • Das Ausgangssignal bewegt sich nun zwischen 0 – 5V //sehr gut mit einem µC messbar
  • 2 Schutz-Dioden begrenzen den Ausgangsspannungs Bereich auf 0 bis +5V
  • Durch 2 Potis ist die Verstärkung sowie ein eine Offsetspannung einstellbar

Digitalteil

Aufgabe: Messung der Ausgangs-Spannung des Analogteils, Berechnung der BPM, Anzeige auf Display, Kommunikation zum PC

Funktionsweise:

  • Der interne ADC des ATMega328P misst die Spannung des Analogteils
  • Die Abtastrate beträgt 100 Messungen/Sekunde
  • Das Ergebnis ist je ein 10-Bit Messwert //Bei der von Referenzspannung=5V ergibt sich eine Auflösung von ΔV = 4.88mV
  • Um das Signal weiter zu filtern wird der Mittelwert über je 3 Messwerte gebildet

Benutzer Interface

Über eine Folientastatur kann zwischen den folgenden 2 Modi ausgewählt werden:

Modus 1 „PC“

  • Die Messwerte werden ohne Verarbeitung über eine RS232<->USB Schnittstelle an den PC übertragen
  • Kommuniziert wird über einen virtuellen COM-Port
  • Ein Programm übernimmt die Berechnung der BPM //geschrieben in „Processing“
  • Die BPM wird als Zahlenwert dargestellt
  • Zusätzlich werden die Messwerte in einem Grafen angezeigt //zu sehen ist der typische Herzschlag

Modus 2 „Display“

  • Von dem Eingangssignal (den Mittelwerten) wird die 1. und 2. Ableitung bestimmt
  • Zu dem Zeitpunkt an dem beide 0 sind liegt ein Minimum/Maximum des Signals vor //Steigung = 0 und Krümmung = 0
  • Der µController ermittelt die Zeit zwischen 2 Maximalwerten //gemessen wird über 5 Pulsschläge
  • Aus der ermittelten Zeit wird auf die BPM hochgerechnet
  • Das Ergebnis wird auf einem 16×1 Zeichendisplay angezeigt
  • Optional: Bei jedem Herzschlag gibt es ein kurzes Piepsen //über Jumper einstellbar

 

 

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