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
Tags: atmega, Fingerpuls Sensor, heartbeat, Herzschlag messen, measure, puls
Veröffentlicht am: 25. September 2014Geschrieben von: Julian