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 2014
Geschrieben von: Julian