Дата на обновяване:29.07.2011

   ПЧЕЛАР / ЕЛЕКТРОНЧИК-пробвай-сам.bg

     Страница за пчеларство, пчеларски и ел.  разработки, представени като статии

Комютърът на пчелина | Нестандартни кошери | Пчеларски сайтове | Пчеларски инвентар | Размисли и идеи за пчеларството Физиотерапия, Апитерапия, Фитотерапия | Книги, Списания, РС, Интернет |  Пчеларски технологии |  Видове мед  | Пчеларски хумор

Сезонни и месечни задължения на пчеларя | Пчеларски статии на руски език | Малки Oбяви свързани с пчеларството

Информация, която е полезна за начинаещия пчелар | Използване на автомобила ... не само за предвижване - видеоклипове

 

 

 
Информация  от  ОБЛАСТЕН  ПЧЕЛАРСКИ  СЪЮЗ  - ПЛЕВЕН

 

 

Полезна и забавна информация за начинаещи с ел., радио и електронен характер, част от която с приложение и в пчеларството

- Електронни схеми, радиосхеми и устройства удобни за повторение от начинаещи;

- Снимки на фигурки изработени от електрически, разноцветни кабели. Други ел. снимки;

- Детски любителски набори - радиоконструктори за сглобяване на радиоприемници наричани играчки;

- Детекторни радиоприемници, техни модели;

- Сувенирни радиоприемници - играчки, някои от тях предназначени за ученици;

- Модулни набори - радиоконструктори от типа "Електронни кубчета" или "Мозайка" с които се работи без поялник и се захранват с батерии;

Информация за електрически и електронни компоненти и устройства, някои от които приложими и в пчеларството

- Токозахранващи устройства. Стабилизатори, преобразуватели, удвоители на напрежение;

- Импулсни стабилизатори на напрежение. Инвертори на напрежение;

- Устройства за дозареждане и компенсиране на саморазряда на акумулаторни батерии;

- Релета за време. Процедурни часовници. Схеми с ИСх 555;

- Цветомузикални устройства. Светлинни ефекти;

- Схеми за регулиране и поддържане на температура;

- Измерване на топлинния режим на радиоелектронна апаратура. Електронни термометри;

- Мрежови трансформатори. Опростени методики за изчисляването им. Електрожен;

- Зарядни устройства за Ni-Cd акумулатори;

- Устройства за имитиране гласовете на животни и птици. Мелодични звънци;

- Уреди, пробници, индикатори, генератори, тестери, измервателни приставки за любителската лаборатория;

- Металотърсачи, включително такива за откриване на метални предмети и кабели;

- Схеми на устройства, приложими за и около автомобила;

- Схеми на устройства с приложение на оптрони;

- Измерване на относителна влажност. Прецизен влагорегулатор. Поддържане на влажността на въздуха;

- Регулатори и сигнализатори за ниво на течност;

- Регулатори на мощност и на обороти;

- Опростено изчисляване на повърхността на радиатори за полупроводникови елементи;

- Схеми за управление на стъпков двигател, включително четирифазен. Енкодер/Валкодер, някои от които реализирани със стъпков двигател;

- Мощни, широколентови, операционни усилватели. Логаритмичен и антилогаритмичен усилвател;

- Електронни реле - регулатори. Реле - регулатор за лек автомобил. Стенд за проверка на реле - регулатори;

- Променливотоков регулатор. Стабилизатор за променлив ток. Ферорезонансен стабилизатор;

- Електронни схеми и устройства приложими в медицината;

- Няколко светодиодни индикатора. Икономичен светодиод. Светодиодна стрелка;

Практически приложими ел. устройства с учебна цел, реализирани с PIC16F84A, PIC16F88, PIC16F628 ... Arduino и др.

Подобряване със свои ръце възпроизвеждането на звука в дома, офиса, автомобила - subwoofer и други варианти

Радиоелектронни сайтове | Електронни библиотеки

 

 Разработки     Главна (съдържание на статиите)                         
Собствено Търсене

 

 




Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628A (Измервател на пулса с PIC16F628A)

Часть 1. Принцип действия и схема


Данный проект демонстрирует технику измерения частоты сердечных сокращений (пульса) по изменению объема крови в артерии пальца. В статье мы рассмотрим все основные моменты в аппаратной и программной реализации устройства.

Пульс – это количество ударов сердца в единицу времени, и обычно измеряется в ударах в минуту. Для взрослых нормальный пульс составляет 60-100 ударов в минуту при отсутствии нагрузок. Пульс, измеренный в отсутствии физических нагрузок, является важным показателем здоровья человека.
Для измерения пульса используется датчик, который состоит из инфракрасного светодиода, который передает ИК сигнал на палец человека, и фотодиода, который принимает отраженный от клеток крови сигнал. Светодиод и фотодиод должны быть расположены близко друг к другу, как показано на рисунке ниже.

 

   Надписи на рисунке
IR diode ИК светодиод
Fingertip Кончик Пальца
Photodiode Фотодиод

 

Интенсивность отраженного сигнала зависит от объема крови в кончике пальца. Следовательно, с каждым ударом сердца немного изменяется интенсивность отраженного ИК сигнала, которая фиксируется фотодиодом.
Изменяющийся с биением сердца человека объем крови в пальце вызывает появление импульсов на выходе фотодиода, однако величина их слишком мала для непосредственной подачи на микроконтроллер с целью обработки. Для решения этой задачи применена схема усиления и фильтрации сигнала на операционном усилителе. Вывод измеренного значения пульса осуществляется на 3-х разрядный семисегментный индикатор. Примененный микроконтроллер PIC16F628A производства компании Microchip
 

 

Принципиальная схема
Схема нормализации сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальное измеряемое значение пульса составляет 150 ударов в минуту. Операционный усилитель, используемый в схеме MCP602 – сдвоенный операционный усилитель, работающий от однополярного источника напряжения. Выходной сигнал имеет размах, равный напряжению питания. Фильтрация сигнала необходима для блокирования высокочастотного шума.

Коэффициент усиления каждой ступени равен 101, а итоговое усиление 10000. Входной конденсатор каждой ступени необходим для блокирования постоянной составляющей сигнала. Выражения для расчета коэффициента усиления и частоты среза фильтра приведены на рисунке. Такая схема обладает достаточными возможностями для повышения уровня сигнала с фотодиода, его фильтрации и преобразования в импульсы для дальнейшего подсчета микроконтроллером.
Светодиод Led (см. схему выше) на выходе фильтра мигает каждый раз, как определяется удар сердца.
Управление, подсчет импульсов и вычисления, вывод измеренного значения на индикатор выполняет микроконтроллер. Примененный индикатор – 3-хразрядный семисегментный, с общим анодом. Выводы сегментов a-g индикатора подключены к порту B микроконтроллера (RB0 – RB6, соответственно). Управление разрядами осуществляется посредством транзисторов BC557, подключенных к линиям ввода/вывода RA0-RA2 (сотни, десятки, единицы).
Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц, в качестве источника тактовой частоты применен кварцевый резонатор. Кнопка «Start» подключена к порту RB7 (вывод 13 микроконтроллера).

Расположение и назначение выводов микроконтроллера PIC16F628A


По нажатию этой кнопки начинается измерение пульса, микроконтроллер активизирует передачу ИК импульсов на время 15 секунд. ИК светодиод, через управляющий транзистор BC547, подключен к порту RA3 (вывод 2 микроконтроллера). В течении этого времени осуществляется подсчет импульсов приходящих на вход TOCK1 таймера, встроенного в микроконтроллер (Timer0). Полученное количество импульсов умножается на 4, чтобы получить количество ударов сердца в минуту.

Величина пульса по окончанию измерения отображается на индикаторе. Для сброса результатов необходимо нажать на кнопку «Clear».
В следующей части статьи познакомимся с конструкцией самого прибора и ИК сенсора, рассмотрим программу микроконтроллера и порядок работы с устройством.
 

На английском языке - Часть1:

Heart rate measurement from fingertip. Part 1. Schematic
Heart rate measurement indicates the soundness of the human cardiovascular system. This project demonstrates a technique to measure the heart rate by sensing the change in blood volume in a finger artery while the heart is pumping the blood. It consists of an infrared LED that transmits an IR signal through the fingertip of the subject, a part of which is reflected by the blood cells. The reflected signal is detected by a photo diode sensor. The changing blood volume with heartbeat results in a train of pulses at the output of the photo diode, the magnitude of which is too small to be detected directly by a microcontroller. Therefore, a two-stage high gain, active low pass filter is designed using two Operational Amplifiers (OpAmps) to filter and amplify the signal to appropriate voltage level so that the pulses can be counted by a microcontroller. The heart rate is displayed on a 3 digit seven segment display. The microcontroller used in this project is PIC16F628A.
 

Theory
Heart rate is the number of heartbeats per unit of time and is usually expressed in beats per minute (bpm). In adults, a normal heart beats about 60 to 100 times a minute during resting condition. The resting heart rate is directly related to the health and fitness of a person and hence is important to know. You can measure heart rate at any spot on the body where you can feel a pulse with your fingers. The most common places are wrist and neck. You can count the number of pulses within a certain interval (say 15 sec), and easily determine the heart rate in bpm.

This project describes a microcontroller based heart rate measuement system that uses optical sensors to measure the alteration in blood volume at fingertip with each heart beat. The sensor unit consists of an infrared light-emitting-diode (IR LED) and a photodiode, placed side by side as shown below. The IR diode transmits an infrared light into the fingertip (placed over the sensor unit), and the photodiode senses the portion of the light that is reflected back. The intensity of reflected light depends upon the blood volume inside the fingertip. So, each heart beat slightly alters the amount of reflected infrared light that can be detected by the photodiode. With a proper signal conditioning, this little change in the amplitude of the reflected light can be converted into a pulse. The pulses can be later counted by the microcontroller to determine the heart rate.
 

Circuit Diagram
The signal conditioning circuit consists of two identical active low pass filters with a cut-off frequency of about 2.5 Hz. This means the maximum measurable heart rate is about 150 bpm. The operational amplifier IC used in this circuit is MCP602, a dual OpAmp chip from Microchip. It operates at a single power supply and provides rail-to-rail output swing. The filtering is necessary to block any higher frequency noises present in the signal. The gain of each filter stage is set to 101, giving the total amplification of about 10000. A 1 uF capacitor at the input of each stage is required to block the dc component in the signal. The equations for calculating gain and cut-off frequency of the active low pass filter are shown in the circuit diagram. The two stage amplifier/filter provides sufficient gain to boost the weak signal coming from the photo sensor unit and convert it into a pulse. An LED connected at the output blinks every time a heart beat is detected. The output from the signal conditioner goes to the T0CKI input of PIC16F628A.
The control and display part of the circuit is shown below. The display unit comprises of a 3-digit, common anode, seven segment module that is driven using multiplexing technique. The segments a-g are driven through PORTB pins RB0-RB6, respectively. The unit’s, ten’s and hundred’s digits are multiplexed with RA2, RA1, and RA0 port pins. A tact switch input is connected to RB7 pin. This is to start the heart rate measurement. Once the start button is pressed, the microcontroller activates the IR transmission in the sensor unit for 15 sec. During this interval, the number of pulses arriving at the T0CKI input is counted. The actual heart rate would be 4 times the count value, and the resolution of measurement would be 4. You can see the IR transmission is controlled through RA3 pin of PIC16F628A. The microcontroller runs at 4.0 MHz using an external crystal. A regulated +5V power supply is derived from an external 9 V battery using an LM7805 regulator IC.
 

Часть 2.
Part 2. Software


Программное обеспечение микроконтроллера осуществляет управление и вычисление данных. С целью экономии ресурса батареи (в случае питания от батареи) модуль ИК сенсора активируется только при запуске измерения, включаясь на 15 секунд после нажатия кнопки «Start».
Импульсы, поступающие на вывод TOCK1 микроконтроллера, подсчитываются таймером Timer0, который работает в режиме счетчика без предделителя.
Программа для микроконтроллера полностью написана с использованием компилятора mikroC, разработанного компанией mikroElektronika, текст программы снабжен подробными комментариями.


Загрузки


Исходный код и hex файл для прошивки микроконтроллера - скачать

На английском языке: Heart rate measurement from fingertip. Part 2. Software

Software
The firmware does all the control and computation operation. In order to save the power, the sensor module is not activated continuously. Instead, it is turned on for 15 sec only once the start button is pressed. The pulses arriving at T0CKI are counted through Timer0 module operated in counter mode without prescaler. The complete program written for MikroC compiler (mikroElektronika) is provided below. An assembled HEX file is also available to download.


Часть 3.
Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628AКонструкция прибора и использование, настройка ИК сенсора.


Прибор очень прост в использовании. При включении питания на дисплее появится значение «000». Необходимо подождать несколько секунд, пока показания не исчезнут. Теперь необходимо поместить указательный палец на ИК сенсор и нажать кнопку «Start». Во время измерения нужно держать палец неподвижно до тех пор, пока на дисплее не появится измеренное значение пульса. Вы заметите, что светодиод будет мигать при ударе сердца (т.е. при определении удара сердца сенсором), и по истечению 15 секунд на дисплее отобразится значение пульса.


Демонстрация работы

 


Следует обратить внимание на аналоговую схему формирования и согласования сигнала с ИК датчика, т.к. эта часть схемы является самой сложной в проекте.
Как было замечено в начале статьи, мы используем два идентичных активных фильтра нижних частот на базе операционных усилителей, чтобы одновременно усилить полученный от фотодиода сигнал. ИК светодиод и ИК фотодиод располагаются близко друг к другу, но прямое воздействие излучения ИК светодиода на фотодиод исключается (см. рисунок ниже).


Кроме того, вы заметили, что и светодиод и фотодиод помещены в непрозрачный корпус, что исключает влияние рассеянного света и внешнего освещения на датчик. Можно использовать готовые ИК датчики на базе светодиода и фотодиода (например, Vishay TCRT5000L).

Внешний вид ИК сеносра Vishay TCRT5000L


Резистор номиналом 150 Ом в цепи светодиода D1 (см. схему) служит для ограничения тока через светодиод и, следовательно, интенсивность ИК-излучения. Интенсивность не должна быть слишком высокой, т.к. затрудняется определение отраженного сигнала. Значение этого резистора подбирается для различных ИК светодиодов в соответствии со спецификацией.


Для тестирования и подбора резистора автор использовал следующую методику.


Автор использовал постоянный резистор 68 Ом с потенциометром 470 Ом, включенные последовательно со светодиодом. Поместив указательный палец на датчик и медленно изменяя сопротивление потенциометра, необходимо добиться четкого мигания светодиода на выходе схемы нормализации сигнала при ударах сердца. Затем необходимо измерить сопротивление эквивалентного резистора R (потенциометр + резистор 68 Ом) и заменить его одним постоянным резистором с измеренным сопротивлением. Однако, можно оставить потенциометр в схеме для дальнейшей подстройки при необходимости.


На английском языке: Heart rate measurement from fingertip. Part 3. References, notes, using the device.

Output
The use of this device is very simple. Turn the power on, and you will see all zeros on display for few seconds. Wait till the display goes off. Now place your forefinger tip on the sensor assembly, and press the start button. Just relaxed and don’t move your finger. You will see the LED blinking with heart beats, and after 15 sec, the result will be displayed.


Important note:
I am adding these paragraphs to provide further detail on the sensor and signal conditioning part of this project.
The harder part in this project is the signal conditioning circuit that uses active low pass filters using OpAmps to boost the weak reflected light signal detected by the photo diode. The IR transmitting diode and the photo diode are placed closely but any direct crosstalk between the two are avoided. Look at the following pictures to see how I have blocked the direct infrared light from falling into the adjacent photo diode. Besides, surrounding the sensor with an opaque material makes the sensor system more robust to changing ambient light condition. I have used separate IR diode and photo diode, but you can buy reflective optical sensor systems that have both the diodes assembled together.
The 150 Ω resistance in series with the IR diode is to limit the current and hence the intensity of the transmitted infrared light. The intensity of IR light should not be too high otherwise the reflected light will be sufficient enough to saturate the photo detecting diode all the time and no signal will exist. The value of this current limiting resistor could be different for different IR diodes, depending upon their specifications.
Here’s my practical test circuit that I used to find the appropriate value of the series resistor for the IR diode I used.
First I used a 68 Ω resistor with a 470 Ω potentiometer in series with the IR diode. Placing a fingertip over the sensor assembly, I slowly varied the potentiometer till I found the output LED blinking with heartbeat. Then I measured the equivalent resistance R and replaced the 68 Ω and the potentiometer with a single resistor closest to R. But you can also keep the potentiometer in your circuit so that you can always adjust it when needed. You should keep your fingertip very still over the sensor while testing. Once you see the pulses at the output of the signal conditioning circuit, you can feed them to a microcontroller to count and display.

 

Источники:

http://www.rlocman.ru

http://embedded-lab.com


 

Материалите подготви за сайта:

Иван Парашкевов

e-mail: ivanparst@dir.bg

 

         главна страница                   горе

 

 
СТАТИСТИКА
    

Copyright2007  Design by