AD8232 Ръководство за свързване монитор на сърдечната честота

Източник: learn.sparkfun.com

Автор: CASEYTHEROBOT

Превод от английски: Т. Б.

ИС AD8232 е чист малък чип използван за измерването на електрическата активност на сърцето. Електрическата активност може да бъде графично изчертана като ЕКГ или Електрокардиограма. Електрокардиографията се използва, за да се подпомогне диагностицирането на различните състояния на сърцето. А сега за отказ от отговорност:

Това устройство не е предназначено за диагностика или лечение на всякакви условия.

HeartRateBoardISO_Small-

Теми засегнати в това ръковоство

В това ръководство, ние ще преминем през основните етапи, за конфигурирането и пускането в експлоатация на вашия AD8232 Heart Rate Monitor. Първо ще бъде представен преглед на платката и на всички нейни възможности. След това, ние ще Ви покажем как да я свържете към вашия любим микроконтролер и как да създадете визуална информация използвайки обработка.

Препоръчително за четене

В случай, че не сте запознати с някой от следните идеи, Вие може би бихте желали да ги прегледате преди да продължите напред.
[] Какво е Arduino?
[] Свързване на Arduino за обработка
[] Как да захраните проекта си
[] Серийна комуникация
[] Основи на Серийният терминал
[] Работа с проводници

Разбиране на ЕКГ

В общи линии, нека погледнем какво се представя с ЕКГ и как ние можем да го детектираме. ЕКГ се разделя на два основни интервала, PR Интервала и QT Интервала, описани отдолу.

Забележка: Цялата информация идва от Waves and Intervals секцията в страницата ECG Wikipedia.

EKG_Complex_en.svg-

Кредит Wikipedia.org

Heart_diagram-en.svg-

Диаграма на сърцето. Кредит Wikipedia.org

PR Интервал

Интервалът PR е първоначалната вълна създадена от електрическия импулс преминаващ от дясното предсърдие към лявото. Дясното предсърдие е първата камера виждаща електрическия импулс. Този електрически импулс довежда до „деполяризацията“ на предсърдията. Това го кара да се свие и да изтласка навън бедната на кислород кръв от двете вени – горната(Superior vena cava) и долната(Inferior vena cava) в дясната камера. Докато електрическият импулс преминава през горната част на сърцето, след това той предизвиква свиването на лявото предсърдие. Лявото предсърдие е отговороно за получаването на нова, обогатена с кислород кръв от дробовете в лявата камера чрез лявата и дясна белодробни вени. Белодробните вени са червени на диаграмата тъй като те пренасят богата на кислород кръв. Те още се наричат вени, тъй като вените пренасят кръвта към сърцето. Наука!

QT Интервал

Интервалът QT e момента от времето, през който нещата стават по-интересни. QRS е сложен процес, който създава отпечатъка „beep“ в мониторите на сърдечната дейност. По време на QRS и двата вентрикула(ventricles) започват да изпомпват. Десният вентрикул започва да изпомпва обеднената на кислород кръв в дробовете през лявата и дясната белодробна артерии. Белодробните артерии са показани в синьо върху диаграмата, тъй като те пренасят обеснената на кислород кръв. Те също така се наричат артерии, тъй като артериите пренасят кръвта навън/надалече от сърцето. Отново наука! Левият вентрикъл също започва да изпомпва току-що обогатената с кислород кръв през аортата към останалата част от тялото. След първоначалното свиване/ контракция идва и ST сегмента. ST сегмента е почти електрически тих, тъй като по това време вентрикулите чакат да бъдат „ре-поляризирани“. Фазата на отпускане връща в начално положение вентрикулите, за да бъдат напълнени отново от предсърдията.

 ECG_principle_slow__1_-

Свързване на хардуера

В това ръководство ще свържем AD8232 Breakout към Ардуино микроконтролера. Ще сглобим елементарен монитор на сърдечната дейност, който ще Ви позволи да измервате електрическата активност на сърцето в реално време.

Материали необходими за този пример

> SparkFun Single Heart Rate Monitor – AD8232
> Biomedical Sensor Pad
> Sensor Cable – Electrode Pads
> Arduino Pro Mini – 3.3V/8MHz
> Breadboard – Self-Adhesive(White)
> Break Away Header – Straight
> Jumper Wire Kit
> SparkFun FTDI Basic Breakout – 3.3V
> SparkFun USB Mini-B Cable

Свързване на изводите

Модулът AD8232 Heart Rate Monitor притежава девет площадки/ връзки от интегралната схема. Обикновенно наричаме тези връзки „пинове“(изводи), тъй като те излизат от интегралната схема, но всъщност те са отвори към които вие може да запоите проводници.

HeartRateBoardFront

 Ще свържем пет от деветте пина от платката към вашето Arduino. Петте пина от които се нуждаете имат следните етикети GND, 3.3v, OUTPUT, LO-, и LO+.

======================================
||    Етикет   ||    Функция Пин   || Arduino Връзка  ||
======================================
||     GND     ||            Маса          ||           GND         ||
======================================
||      3.3v      ||  3.3v Захранване  ||           3.3v          ||
======================================
||  OUTPUT ||  Изходен Сигнал ||            A0            ||
======================================
||       LO-     ||  Leads-off Detect- ||            11             ||
======================================
||       LO+    || Leads-off Detect+ ||            10             ||
======================================
||      SDN     ||     Изключване     ||   Не се използва ||
======================================

Свързване на рейките към платката

Може да използвате всеки метод, който желаете, за да направите връзките към платката. За този пример, ние запоихме мъжка рейка и дължина пет пина, както и breadboard и джъмпери, за да направим нашите връзки.

Ad8232_headers

Рейките са поставени

Последвайте схемата отдолу, за да на осъществите необходимите връзки. Пин SDN не се използва в това демо. Свързването на този пин към маса или „LOW“ ниво на този пин ще изключи чипа. Това е полезна функция за приложения с малка консумация.

Heart_Rate_Monitor

Схема на свързване

След като електрониката е завършена, нека погрледнем сега за поставянето на подложката с датчика. Препоръчително е да закрепите подложката с датчика към електродите преди да ги прекрепите към тялото. Колкото по-близко до сърцето са електродите, толкова по-добро е измерването. Кабелите са с цветно кодиране, за да се улесни поставянето им.
====================================
|  Черен  |   RA  (Right Arm, дясна ръка)           |
====================================
|    Син   |   LA  (Left Arm, лява ръка)                |
====================================
| Червен |   RL  (Right Leg, десен крак)             |
====================================

FullSetup

Сензорите свързани към монитора на сърдечна дейност

body

Типично разположение на сензорите

Качване на примерния код и свързване с обработката

До този момент вие вече би трябвало да сте свързвали вашият хардуер и да бъде в готовност.

Този пример може да бъде открит в github тук. Вие може да отрежете и копирате кода направо от github или да копирате този от repository и да отворите файла. За повече информация относно използването на Sparkfun Github repositories, прочетете това полезно ръководство. Ако никога до този момент не сте работили с Arduino IDE(среда за програмиране), моля погледнете това ръководство.

ArduinoCapture_Anotated

Качване на шаблона в Arduino Pro-Mini

Сега вече вашият шаблон се изпълнява. Нека да подготвим обработката. Шаблона за обработката ще Ви осигури визуална информация на това какво се случва. Примерният шаблон за обработката може да бъде открит тук.

ProcessingCapture_Anotated

 

Изпълняване на шаблона за обработка

Ако шаблона за обработка неработи, може да се наложи да промените следния ред:

myPort = new Serial(this, Serial.list()[2], 9600);

Може да се наложи да промените параметрите вътре в Serial.list()[N]. Списък на достъпните COM портове ще се появи в долната част на прозореца на шаблона. Запомнете, че избора на COM порт започва от 0. Обиквовено вашето Arduino ще се появи като COM портта с най-голям номер, ако е единственото устройство свързано към компютъра Ви.

ProcessingSketchWindow_Anotated

 

В случая Arduino се показва като COM38. Това се намира в Серийният Списък „2-ри“ елемент на масив.

Ако всичко работи коректно, вие трябва да наблюдавате хубав изкачащ прозорец, който ще започе да отпечатва изходния сигнал.

HeartRate_Normal

„Нормален“ сърдечен ритъм на SFE инженер

Ако вашият пациент/ обект реши да премести сензорите, механизма за свален електрод(leads off detection) ще сработи и ще се визуализира синя, хоризонтална линия.

HeartRate_Leads_Off

“Flight, we just lost Lovell!”

Съвети & Трикове

ЕКГ са пословично зашумени. Това е така, тъй като Вие измервате мускулна дейност. Колкото подложките с датчиците са по-далече от сърцето, то толкова повече шум от мускулите ще наблюдавате. Те често са известни като „Артефакти от движението“(“Motion Artifacts”). Затова тук са изброени няколко елементарни съвета, за да подобрите качеството на сигнала.

– Поставете сензорните подложки, колкото може по-близко до сърцето.
– Уверете се, че сензорните подложки RA и LA се намират от правилната страна на сърцето.
– Постарайте се да се движите много докато се прави измерването.
– Опитайте се да използвате свежи подложки за всяко измерване. С всяко изминало измерване подложките губят способността си да провеждат сигнали.
– Подгответе и почистете областта в която планирате да залепите подложките. Това ще спомогне, за да се реализира добра връзка(косата не е добър проводник).
– Може да се наложи да нагласите местоположението на сензора за различните хора.

Ресурси и Продължаване Напред

Благодарим Ви за четенето. За повече ресурси за AD8232 Heart Rate Monitor, проверете следните хипервръзки:
AD8232 Datasheet
AD8232 GitHub Repository

За повече забавление с електрониката, проверете тези други SparkFun ръководства:
Hacking the MindWave Mobile
Misfit Shine Teardown

Повече Biometric продукти предлагани от SparkFun:
BITalino
Pulse Sensor
Muscle Sensor v3 Kit