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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Veröffentlicht am: 25. September 2014
Geschrieben von: Julian

2 Kommentare zu “Fingerpuls Sensor

  1. nader

    kann ich den code haben

    1. Nico

      Hi Nader,
      der Code wurde für eine Abschlussarbeit erstellt und steht aktuell leider noch unter Verschluss. Sollte aber ein leichtes für dich sein dies nachzuentwickeln. Wenn du spezielle Fragen hast immer gerne!

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