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

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

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

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

Veröffentlicht am: 25. September 2014
Geschrieben von: Julian

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