Датчик вимірювання пульсу. Як працює пульсометр у спортивному годиннику. Апарат для спостереження серцевого ритму

Рисунок 6. Виведення даних аналогового значення та частоти пульсу в монітор послідовного порту.

Для отримання графіка фотоплетизмограми на екрані комп'ютера використовуватимемо добре знайоме Ардуїнщикам середовище програмування Processing, схоже на Arduino IDE. Завантажимо на плату скетч Arduino (PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip), а на комп'ютері з Processing завантажимо скетч (PulseSensorAmpd_Processing_1dot1.zip). Передані з плати Arduino до послідовного порту дані, ми будемо отримувати в Processing і будувати графік (рис. 7).

Рисунок 7. Візуалізація даних у Processing.

Ще один варіант візуалізації (для комп'ютерів Mac) – програма Pulse Sensor. Вона також отримує дані, що надходять у послідовний порт від Arduino (завантажити скетч PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip) і виводить графік, рівень сигналу та значення пульсу (рис. 8).

Рисунок 8. Візуалізація даних із датчика пульсу у програмі Pulse Sensor.

Часті питання FAQ

• Перевірте правильність підключення датчика пульсу.

• Для створення постійного (не змінюється) зовнішнього тлаосвітлення оберніть датчик із одного боку чорною стрічкою.

• Прикладати датчик пульсу слід правильно між центром подушечки і вигином пальця.

Коли медицина не мала сучасних технічних засобів діагностики, пульс вимірювали, прикладаючи палець до артерії, і вважали кількість поштовхів стінки артерії через шкіру за певний проміжок часу - зазвичай 30 секунд або одну хвилину. Звідси й пішла назва цього ефекту – pulsus (лат. «удар»), що вимірюється в ударах за хвилину.

Існує багато методик визначення пульсу, але найвідоміші - промацування пульсу на зап'ясті, на шиї та в області сонної артерії.

Після появи електрокардіографа (ЕКГ), пульс стали обчислювати за сигналом електричної активності серця, вимірюючи тривалість інтервалу (у секундах) між сусідніми зубцями R на ЕКГ, а потім перераховуючи в «удари за хвилину» за простою формулою: ЧСС = 60/(RR- інтервал).

Електрокардіограма може багато сказати про наше серце і крім пульсу, але для зняття та розшифровки ЕКГ потрібні обладнання та кардіолог, яких не візьмеш із собою на пробіжку. На щастя, в сучасному світіпрактично кожен може дозволити собі пульсометр, який визначатиме частоту пульсу під час бігу та у стані спокою.

Як працює пульсометр

Вимірювання пульсу по електрокардіосигналу

Електрична активність серця була виявлена ​​і описана в кінці 19 століття, а вже в 1902 Віллем Ейнтховен став першим, хто її технічно зареєстрував за допомогою струнного гальванометра.

Крім цього, Ейнтховен вперше записав електрокардіограму (він сам дав їй таку назву), розробив систему відведень та ввів назви сегментів кардіограми. За свою працю в 1924 році він став лауреатом Нобелівської премії.

У сучасній клінічній практиці для реєстрації ЕКГ використовують різні системи відведень (тобто схеми прикріплення електродів): з кінцівок, грудні відведення у різних конфігураціях тощо.

Для того щоб виміряти пульс, можна використовувати будь-які відведення - на підставі цього принципу був розроблений спортивний годинник, що вміє визначати ЧСС.

Ранні моделі пульсометрів складалися з коробочки (монітор) та дротів, що кріпляться до грудей. Перший бездротовий ЕКГ-монітор був винайдений у 1977 році, і став незамінним помічником у тренуваннях збірної Фінляндії з лижних перегонів. У масовий продаж перші бездротові пульсометринадійшли в 1983 році, з того часу міцно зайнявши свою нішу в аматорському та професійному спорті.

При проектуванні сучасних спортивних гаджетів система відведень була спрощена до двох точок-електродів, а найвідомішим варіантом такого підходу стали спортивні датчики нагрудні у вигляді ремінця (HRM strap/HRM band).

Для отримання стабільного та якісного сигналу необхідно змочити "електроди" на нагрудному ремені водою.

У таких ремінцях електроди виконані у вигляді двох смужок з провідного матеріалу. Ремінець може бути частиною всього пристрою або пристібатись до нього застібками. Значення пульсу, як правило, передаються через Bluetooth на спортивний годинник або смартфон за протоколом ANT+ або Smart.

Вимірювання пульсу за допомогою оптичної плетизмографії

Зараз це найпоширеніший спосіб вимірювання пульсу з точки зору масового застосування, реалізований у спортивному годиннику, трекерах, мобільних телефонах. А перші спроби використання цієї технології робилися ще у 1800-х роках.

Звуження та розширення судини під дією пульсації кровотоку викликають відповідну зміну амплітуди сигналу, що отримується з виходу фотоприймача.

Спосіб широко використовується в лікарнях, пізніше технологія перейшла і до побутових пристроїв - компактні пульсоксиметри, що реєструють пульс і насичення киснем крові в капілярах пальця. Прекрасно підходить для періодичних вимірів пульсу, але зовсім не підходить для постійного носіння.

Пульсометри

Ідея вимірювання пульсу із зап'ястя спортсмена за допомогою оптичної плетизмографії без додаткового носіння нагрудних ремінців виглядала дуже привабливо. Першими цю ідею реалізували в годиннику Mio Alpha, який проголосив свій пристрій проривом і новим витком у вимірі пульсу. Сам модуль вимірювального датчика розроблено компанією Philips.

Оптична технологія вимірює пульс за допомогою світлодіодів, що оцінюють кровотік на зап'ясті. Це означає, що ви можете виміряти пульс без використання нагрудного датчика. На практиці це працює так: оптичний сенсор на зворотному боці годинника випромінює світло на зап'ясті за допомогою світлодіодів, і вимірює кількість розсіяного кровотоком світла.

Метод реєстрації пульсу для фотоплетизмографічних датчиків

Для вимірювання пульсу важлива область з максимальним поглинанням – це діапазон від 500 до 600 нм. Зазвичай вибирається значення 525 нм (зелений колір). Зелений світлодіод датчика пульсу - найбільш ходовий варіант у смарт-годинниках та браслетах.

Зараз ця технологія добре відпрацьована та впроваджена у серійне виробництво. Спектр пристроїв з подібною технологією досить широкий (смартфони, браслети-трекери, годинник), а виробники спортивних пристроїв теж не відстають - всі найбільш значущі компанії розширюють лінійку пульсометрів моделями з оптичними датчиками.

Помилки під час роботи оптичних датчиків

Вважається, що оптичні датчики досить точно визначають пульс при ходьбі та бігу. Однак, при підвищенні частоти пульсу, скажімо, до 160 уд/хв, кровотік настільки швидко проходить через область датчика, що виміри стають менш точними.

Крім цього, на зап'ясті, де не так багато тканини, але багато кісток, зв'язок і сухожилля, будь-яке зниження кровотоку (наприклад, в холодну погоду) може спотворити роботу оптичного датчика пульсометра.

В одному невеликому дослідженні було проведено порівняльний аналіз точності нагрудних та оптичних датчиків пульсометрів. Досліджуваних розділили на дві групи, в одній групі пульс вимірювався за допомогою нагрудного датчика, а в іншій – за допомогою оптичного. Обидві групи проходили тест на біговій доріжці, де вони спочатку йшли, а потім бігли, на цей час реєструвалася частота пульсу. У групі з нагрудним кардіодатчиком точність вимірювання ЧСС була 91%, тоді як у групі з оптичним датчиком вона становила лише 85%.

На думку глави компанії Mio Global, нині жоден із датчиків пульсометра не зрівняється в точності з нагрудним ременем.

Не можна забувати і про специфічні ситуації, коли оптичний датчик може працювати. Одягнутий поверх бігової куртки годинник, наявність татуювання на зап'ясті, нещільно прилеглий до шкіри годинник, тренування в спортзалі - все це може призвести до похибок у вимірі пульсу за допомогою оптичних датчиків.

Незважаючи на це, технологічний прогрес у вимірі ЧСС призвів до появи корисної альтернативи нагрудним ременям, і при усуненні низки недоліків оптичних датчиків ми отримаємо ще один потужний та точний інструмент спостереження за пульсом під час занять спортом.

Які бігові показники дозволяє отримати пульсометр

Власне, просунута бігова динаміка вимірюється за наявності нагрудного ременя. Зовні звичайний, всередині датчик складається з трансмітера і акселерометра, завдяки якому відбувається аналіз руху бігуна. Ті самі акселерометри є в телефонах, футподах, браслетах-трекерах.

До просунутих бігових показників відносять три величини: час контакту із землею (ground contact time), вертикальні коливання (vertical oscillation) та частоту кроків, або каденс (cadence).

Час контакту із землею (ground contact time, GCT)показує, як довго ваша стопа знаходиться на поверхні землі під час кожного кроку. Вимірюється у мілісекундах. Типовий бігун любитель витрачає на контакт із поверхнею 160-300 мілісекунд. При підвищенні швидкості бігу значення GCT коротшає, при уповільненні – зростає.

Існує взаємозв'язок між часом контакту із землею та частотою розвитку травм, а також м'язовим дисбалансом у бігуна. Зменшення часу контакту із землею знижує частоту травм. Одним з найбільш дієвих способівзменшити цей показник вважається укорочення кроку (підвищення каденсу), зміцнення сідничних м'язівта включення коротких спринтів у програму тренувань.

Вертикальні коливання (vertical oscillation, VO).Подивіться на будь-якого професійного бігуна - ви побачите, що верхня половина їх тулуба здійснює зовсім незначні рухи, тоді як основну роботу з переміщення бігуна виконують ноги.

Вертикальні коливання визначають, наскільки ваша верхня половина «підстрибує» при бігу. Ці підстрибування вимірюються в сантиметрах щодо якоїсь фіксованої точки (у разі нагрудного ременя – це сенсор, вбудований у нагрудний датчик). Вважається, що найбільш економічна техніка бігу передбачає мінімальні вертикальні коливання, а зменшення вертикальних коливань досягається підвищенням каденсу.

Частота кроків чи каденс (cadence).Як відомо з назви показника, він демонструє кількість кроків за хвилину. Досить важливий параметр, що оцінює економічність бігу. Чим швидше ви біжите, тим вищий каденс. Вважається, що частота близько 180 кроків за хвилину є оптимальною для ефективного та економічного бігу.

Пульсові зони (heart rate zones).Знаючи максимальний пульс, різні моделібігового годинника можуть розбивати ваше тренування по пульсових зонах, показуючи, скільки часу в ході тренування ви провели в тій чи іншій зоні.

У різних виробників ці зони позначені по-своєму, але їх можна поділити на такі типи:

• відновлювальна зона (60% від максимального ЧСС),
• зона для тренування витривалості (65%-70% від максимального ЧСС),
• зона тренування аеробної ємності (75-82% від максимальної ЧСС),
• зона ПАНО (82-89% від максимального ЧСС),
• зона максимальної аеробного навантаження(89-94% від максимальної ЧСС).

Знання своїх пульсових зон допоможе вам отримати максимум кожного тренування. Про тренування з пульсу ми докладно розповімо у статті рубрики.

Крім просунутих бігових характеристик сучасні пульсометри можуть вимірювати та відстежувати ще кілька цікавих показників:

EPOC (excess post-exercise oxygen consumption).Показник споживання кисню після тренування показує, наскільки змінився ваш метаболізм після пробіжки. Ми всі знаємо, що біг призводить до спалювання калорій, але навіть після того, як тренування закінчилося, калорії продовжують згоряти. Безумовно, для їхнього заповнення потрібно якісно відновитися.

Спостереження за показником EPOC допоможе вам зрозуміти, які тренування є найбільш енергетично витратними, а також покращити процес відновлення.

Підраховане споживання кисню (est. VO2).Показник поточного споживання кисню, розрахований на підставі максимального споживання кисню ( VO2max) та максимальної ЧСС.

Максимальне споживання кисню (VO2max).Показник відбиває здатність вашого організму споживати кисень. Це важливо, оскільки при підвищенні цього показника ваше тіло може краще і швидше утилізувати кисень, що доставляється до працюючих м'язів.

Значення максимального споживання кисню (МПК) збільшується у разі підвищення тренованості. Це один із найважливіших бігових показників, безпосередньо пов'язаний з економічністю бігу. Як і у випадку з визначенням максимальної ЧСС, найкращим способомВизначення МПК є тестування в лабораторії, але ряд виробників пульсометрів використовує алгоритми розрахунку МПК прийнятної точності. Тренування допомагають покращити значення цього показника.

Бігова продуктивність (running performance).Показник, що використовує VO2max (глобальний стандарт аеробної тренованості та витривалості) для відстеження прогресу у тренуваннях.

Піковий тренувальний ефект (peak training effect, PTE).Показує вплив тренувальної сесії на загальну витривалість та аеробну продуктивність. Чим ви тренованіші, тим важчі ви повинні тренуватися для того, щоб досягти більш високих цифр PTE.

Замість виведення

При інтенсивному використанні пульсометр може бути чудовим помічником для бігуна. Вкрай невірно вважати пульсометр дорогою іграшкою, який необов'язковий для «серйозних» спортсменів. Визначтеся з цілями на сезон, а потім почніть вибудовувати тренувальний план.

Пам'ятайте, що вимірювання та контроль ЧСС під час тренувань - надійний спосібпокращити результати та уникнути перетренованості.

Для тих, хто тільки починає свій біговий шлях, можна порекомендувати спочатку спостерігати за пульсом у ході легких пробіжок, і вже потім переходити до якогось тренувального плану. Дані, отримані пульсометром, допоможуть зрозуміти, як ваш організм реагує на навантаження.

Тим не менш, не потрібно ставати заручником цифр та гаджетів. Вчіться слухати свій організм, оцінюйте відчуття від кожного тренування, а цифри стануть важливим додатковим джерелом інформації.

На численні прохання читачів нашого блогу, на додаток до матеріалів з самостійного складання електрокардіографа, публікуємо все необхідне для складання пульсометра. Вимірювати ЧСС будемо оптичним методом "на відображення". Як датчик використовується світлодіод і фотоприймач, що монтуються в корпус приладу. Ви ж можете зробити свій датчик будь-якої іншої конструкції (наприклад, датчик "на просвіт" з прищіпки для білизни). До вашої уваги представляємо першу публічну (насправді - восьму досвідчену) версію пристрою "Pulse Lite".

Шановні радіоаматори, звертаю вашу увагу, що фотоплетизмограф - пристрій складний, В якому при складанні можна наробити масу помилок, і з "двох стусанів" воно не заведеться. Якщо ви збираєтеся збирати пристрій з того, що у вас є під рукою, замінюючи наведені на принциповій схемі деталі та номінали, врахуйте, що швидше за все пристрій не працюватиме. Навіть домашній кардіограф "ECG Lite" у цьому плані набагато менш вибагливий. Не слід потім нарікати на розробників за витрачений час, текстоліт і радіодеталі. Якщо Вам потрібен пульсометр із парочки підсилювачів, світлодіода та фотоприймача, використовуйте інші схеми, .

Пару слів про те, чому фотоплетизмограф набагато складніший, ніж кардіограф, з погляду схемотехніки.

Згадаймо, що електрокардіограф реєструє електричні потенціали, що наводяться електричною активністю серцевого м'яза на тілі. Ці самі біпотенціали не мають сильних відмінностей у різних людей, і нормі амплітуда сигналу (від кінцівок) становить 1 ± 0,2 мВ.

Пульсограф реєструє сигнали оптичним методом - фотоприймач реєструє зміну інтенсивності світла (як джерело виступає світлодіод), що пройшов через палець (або розсіяного ним - для датчика "на відображення"), викликане насосною роботою нашого серця - періодичним збільшенням кровонаповнення тканин.

Здавалося б, нічого складного, якби не два головні "АЛЕ". Кровонаповнення, еластичність судин, тиск і, найголовніше, - товщина шкірного покриву у людей відрізняються надзвичайно сильно. Це призводить до того, що рівень постійного засвічення фотоприймача (на який впливає наша шкіра та розмір пальців) та рівень змінної складової (тиск, судини, стан кровопостачання в кінцівках та ін.) відрізняються у різних людей у ​​сотні разів.

Для створення пульсографа потрібні ланцюги формування сигналу (драйвер) джерела світла, складні інфра-низькочастотні підсилювачі (ЕКГ - більш високочастотний сигнал), ланцюги, що пригнічують перешкоди від постійного засвічення сторонніх джерел; а також хитрі ланцюги автоматичного регулювання посилення.
Можете, для інтересу, порівняти ціни професійних кардіографів та пульсоксиметрів (останні – набагато дорожчі).
Сподіваюся, ми вас досить налякали, щоб зникло бажання зібрати фотоплетизмограф самому. Чи не пропало? Тоді читайте далі.

Якщо ви все зробили правильно - без помилок у платі та змін схеми та без бракованих деталей, то на виході ви отримаєте пристрій, який порадує Вас наступними фічами:

• реєструє пульсову хвилю датчиком, що складається з світлодіода та фотоприймача (можна робити датчик на просвіт або на відображення);
• передає сигнал у ПК USB, а ПЗ для ПК вміє чимало:
• обчислює миттєву ЧСС;
• виконує контурний аналіз пульсової хвилі та аналіз варіабельності серцевого ритму;
• записує фотоплетизмограму будь-якої тривалості у файл;
• виконує автоматизовану діагностику (база діагнозів налаштовується);
• виводить на друк результати досліджень.

Обмеження даного комп'ютерного пульсографа:

• не працює з прищіпками Nellcor та вушними кліпсами з Aliexpress!
• не працює з останньою версією програми Pulse Lite Control!
• не вимірює оксигенацію!

Ще раз повторюся: схема, плата та прошивка пульсометра – першої добре налагодженої версії фотоплетизмографа "Pulse Lite", тому з прищіпкою Nellcor не працює, з останньою версією ПЗ теж не працює. Відкривати останню версію пульсографа Pulse Lite не плануємо.

Принципову схему та все необхідне для виготовлення плати в домашніх умовах за ЛУТ (у форматі pdf) качайте за цим посиланням. В архіві знаходяться, крім схеми, готові до роздруківки (врахуйте, дзеркати вже нічого не потрібно, друкувати без масштабування, тобто 1:1!) верхня та нижня сторони плати, карта перехідних отворів (вид зверху та знизу), карта розташування елементів.

Автор цих рядків припускає, що ви вже завантажили та побачили електричну схему фотоплетизмографа. Якщо ви читаєте далі, значить, бажання зробити прилад все ще не пропало, і це не може не тішити 🙂. Тільки таким упертим читачам ми відкриємо головні таємниці створення нашого девайсу. Отже, щоб принципова схемафотоплетизмографа стала більш зрозумілою, проясним найважливіші технічні рішення та причини, що спонукали впровадити такі в наш прилад.

Одна з проблем фотоплетизмографії вже була нами озвучена - це чутливість приладу до засвіток сторонніх джерел, вплив яких дуже складно виключити настільки очевидним застосуванням ланцюгів, що фільтрують, тому що корисний сигнал лежить в тому ж діапазоні частот, що і НЧ перешкоди (від часток до десятків Герц) . Для посилення корисного сигналу (фотоплетизмограми) було прийнято рішення використати принцип модуляції - демодуляції, який полягає в наступному:

1. Переносимо корисний сигнал у область високих частот. Для цього світлодіод живиться не постійним струмом, а змінним частотою 5 кГц. Таким чином формується несучий сигнал високої частоти. При проходженні через палець інтенсивність світла (пульсує з частотою 5 кГц) змінюється через періодичні коливання кровонаповнення. Отже, на фотодетектор потрапляє ВЧ сигнал, промодулированний по амплітуді корисним сигналом фотоплетизмограми.
2. Далі цілком безпечно і щодо просто виконуємо фільтрацію низькочастотних перешкод, зумовлених стороннім засвітленням, оскільки спектр корисного сигналу лежить у ВЧ діапазоні (5 кГц).
3. Підсилює ВЧ сигнал класичними підсилювачами на дешевих операційниках.
4. Виконуємо амплітудне детектування для отримання корисного низькочастотного сигналу (огинає).
5. Фільтруємо та посилюємо сигнал низької частоти.

Проблему №2 (різне кровонаповнення, товщина шкірних покривів та інше) вирішували реалізацією автоматичного регулювання коефіцієнта посилення високочастотного та низькочастотного підсилювальних каскадів.

Власне кажучи, це все хитрощі, які, з одного боку, ускладнили схему до неподобства, з іншого - уможливили створення фотоплетизмографа, який стабільно реєструє пульсову хвилю не тільки у пацієнта, який його розробляв, а у всіх бажаючих, і який побудований на базі недорогих електронних комплектуючих, доступних у кожному поважає магазині радіодеталей.

Тепер перейдемо до подробиць. Харчування фотоплетизмограф отримує від ПК по кабелю USB. Гальванічна розв'язка приладу з ПК не реалізована, оскільки під час реєстрації пульсу електричного контакту з пацієнтом немає. Підвищує імпульсний перетворення живлення на базі boost-контролера NCP1406, вихід якого підключений до подвоювача напруги з середньою точкою, підключеною до загального дроту GND, забезпечує двополярне живлення ± 4В для підсилювального тракту, генератора та драйвера світлодіода. Живлення контролера забезпечується окремо від усієї аналогової частини лінійним стабілізатором на 3,3В NCP1117ST33T3G, оскільки для роботи пристрою з ПК по USB (прилад працює як HID-сумісний пристрій) на лініях контролера D+ та D-рівні не повинні перевищувати 3,3В. Можна, звичайно, поставити на лініях D+ та D-стабілітрони на 3,3В, що скидають зайву напругу, але це призводить до зайвого споживання, та й сама по собі розв'язка ланцюгів живлення аналогової та цифрової частини – це завжди плюс.

Генератор на базі мікросхеми ОУ TL072 (каскад DA1:A) формує синусоїдальний сигнал, драйвер живлення світлодіода (DA1:B) забезпечує електричний струмчерез світлодіод, сила якого пропорційна вихідному напрузі генератора. Водночас генератор та драйвер забезпечують пульсуюче випромінювання світлодіода X1 із частотою 5 кГц та мінімальними вищими гармоніками. Живлення світлодіода прямокутними імпульсами призводить до значного спотворення корисного сигналу вищими гармоніками після детектування, тому живимо світлодіод синусом.

Фотодіод включений в режимі фотогальванічного елемента (без зовнішньої зворотної напруги), R29 - резистор навантаження, який дозволяє збільшити швидкодію датчика при такому включенні. Конденсатори C29 і C36 дозволяють прибрати постійну складову сигналу, викликану сторонніми засвітками. Після першого ВЧ каскаду посилення встановлений резистивний дільник, що регулюється мікроконтролером (на цифровому потенціометрі MCP41010, керованому за інтерфейсом SPI).
Оскільки живлення MCP41010 однополярне (+4В), ВЧ сигнал зміщуємо на половину живлення (R35-R37). Після ослаблення сигналу дільником (із заданим контролером ATMega рівнем ослаблення) постійне зміщення прибираємо конденсатором C31, а ВЧ сигнал подаємо на вхід ВЧ підсилювача з частотно-виборчими ланцюгами у зворотному зв'язку (з максимумом посилення на 5 кГц) і далі на амплітудний детектор -C28 для отримання корисного сигналу ФПГ (демодуляції).

Рівень ослаблення сигналу резистивним дільником у ВЧ тракті підбирається виходячи з величини постійної складової, що вимірюється АЦП контролера на виході детектора ADC_AMP.

Після амплітудного детектування корисний сигнал надходить на повторювач на ОУ, який служить для узгодження опорів, підсилювач низької частоти на складовому транзисторі VT1-VT2. Схема Дарлінгтона дозволяє отримати мінімальний рівень інфранізкочастотних шумів за високого посилення НЧ сигналу. Після підсилювального НЧ каскаду сигнал подається на цифровий потенціометр MCP41010 та останній каскад посилення DA2:A. Рівень ослаблення сигналу потенціометр підбирається виходячи з розмаху сигналу, що вимірюється на вході АЦП контролера ADC_IN.

Цифрова частина фотоплетизмографа побудована на базі мікроконтролера сімейства AVR ATMega48. Контролер здійснює автоматичне регулювання посилення високочастотних та низькочастотних каскадів, вимірює сигнали на каналах АЦП (постійна складова ФПГ після демодуляції ADC_AMP та посилений сигнал пульсограми ADC_IN).

Підсумок – схема фотоплетизмографа далека від тривіальної. У ній немає зайвих деталей та електричних з'єднань. Якщо ви збираєтеся використовувати нашу прошивку пульсометра та нашу програму для ПК, нічого не змінюйте у схемі. Якщо вам потрібні тільки ідеї, а реалізувати збираєтеся свій девайс зі своєю програмною частиною – набивайте собі гулі експериментуйте на здоров'я!

Програмується контролер через роз'єм для внутрішньосхемного програмування X3 за інтерфейсом SPI за допомогою програматора STK-500, ucGoZillla, USBtiny або ін. Для прошивки контролера вам також знадобиться середовище Atmel AVR Studio, яке можна завантажити на офіційному сайті Microchip.

При програмуванні мікроконтролера налаштування встановіть відповідно до скріншот нижче (уважно поставтеся до даного пункту, щоб не перетворити контролер на "цеглу").

• Використовувати схему (або її частини) у Ваших проектах (у тому числі комерційних).
• Збирати комп'ютерний фотоплетизмограф для себе та своїх близьких, для наукових експериментів та інших благих цілей.
• Написати в коментарях на сайті про проблеми або успіхи у збиранні приладу.
• Повідомити в коментарях про неясності, неточності, про неповноту матеріалів зі збирання фотоплетизмографа.
• Повідомити у коментарях на сайті про можливі помилки у матеріалах зі збирання пульсографа.
• Пропонувати в коментарях розумніші технічні рішення для завдань реєстрації пульсової хвилі.
• Ділитись інформацією про складання приладу на тематичних блогах, форумах з посиланням на першоджерело.
• Залишати посилання на наш сайт як подяку авторам проекту.

• Просити вихідні коди прошивки та програми для ПК 🙂 .
• Вимагати від нас написати додаткові матеріали будь-якого змісту на тему комп'ютерного фотоплетизмографа (технічне завдання, бізнес-план, диплом, паспорт на виріб тощо).
• Просити розмістити відкриті матеріализі збирання останньої версіїкомп'ютерного фотоплетизмографа "Pulse Lite".
• Міняти схему пульсографа на свій розсуд, а потім лаяти розробників за непрацюючий результат.
• Критикувати схемні рішення без вагомих аргументів та розумних пропозицій.

В Інтернеті ви легко знайдете більш прості і дешеві схеми датчиків пульсу. Наш прилад не для тих, кому просто захотілося "втратити вечір за паяльником і пограти з ЧСС". Тут ми опублікували схему нашого восьмого досвідченого зразка фотоплетизмографа, тому можемо з упевненістю сказати - даний прилад дозволить вам зареєструвати пульсову хвилю з мінімальним рівнем шуму в абсолютної більшості людей. Вам не доведеться крутити ручки підстроювальних резисторів, щоб побачити на екрані пульс. За формою пульсової хвилі ви зможете порахувати індекси жорсткості та відображення, а не лише миттєву ЧСС (тим більше, що програма все зробить для вас). Даний прилад - не китайська іграшка, з "недопиленим" ПЗ і глюковою прошивкою, і не виріб, зроблений навісним монтажемзі "старого розпаю". Це повноцінний комп'ютерний фотоплетизмограф, який може стати надійним помічником у питаннях об'єктивного контролю вашого здоров'я.

Дякуємо за увагу до наших розробок та всіх успіхів у складанні вашого домашнього пульсографа!

пульсометр схема фотоплетизмограф схема пульсоксиметр своїми руками пульсометр своїми руками схема фотоплетизмографа купити фотоплетизмограф купити ведапульс схема елдар датчик пульсу самому датчик пульсу схема

Для контролю частоти серцевих скорочень усі кардіотренажери оснащуються датчиками пульсу. Штатно все бігові доріжкикомплектуються провідними датчиками, які мають простий пристрій, але високу похибку вимірів.

Бездротові датчики є найточнішими приладами вимірювання пульсу, похибка яких не перевищує +/- 1 удар.

Пульс – це кількість розширень артерії у момент викидів крові серцем за одиницю часу. Потрібно відзначити, що пульс і частота серцевих скорочень (ЧСС) - це не те саме, хоча для фізично здорової людиниїх значення справді будуть однаковими. Частота серцевих скорочень характеризують роботу нижніх відділів серця (шлуночків) за одиницю часу (хвилину) і може відрізнятися від частоти пульсу. Таке явище можна спостерігати у разі порушення ритму серця (аритмії).

Норми значень пульсу

Кожна людина індивідуальна і значення частоти серцевих скорочень можуть відрізнятися для різних людей. Фактором, що впливає на ЧСС, є фізична підготовленість, ступінь тренованості серця та організму загалом. Організм - це складна система, у якому серце вирішує задачу транспортування кисню всім тканинам та органам.

Як правило, серце тренованих спортсменів у стані спокою скорочується значно рідше за серце середньостатистичної людини.

Нормою для здорової людини вважається діапазон 60-90 ударів за хвилину. При значеннях пульсу нижче 60 ударів на хвилину настає брадикардія, при прискорених значеннях вище 90 ударів - тахікардія. Потрібно знати, що у новонародженої дитини прискорене значення пульсу до 140 ударів на хвилину вважається нормою, а пульс у жінки в порівнянні з чоловіком вище на 5-10 ударів.

Значення пульсу швидко зростають при фізичних навантажень, під час емоційних сплесків (гнів, страх, хвилювання), залежить від статистичного положення тіла (стоячи, сидячи), збільшується після їжі або після застосування деяких медикаментів.

Таблиця 1 – Середньостатистичні значення частоти серцевих скорочень для здорової людини.

Навіщо необхідно контролювати пульс на біговій доріжці?

Щоб тренування було максимально ефективним, необхідно стежити за частотою серцевих скорочень. Зона ефективності розраховується, виходячи із значень максимальної частоти серцевих скорочень (МНСС). Для чоловіків МНС = 220 - вік, для жінок це значення становить МНС = 226 - вік.

Умовно цільові зони можна розбити на чотири діапазони:

1. Зона загального оздоровчого навантаження (щадний режим): 50-60% від МНС. Така зона рекомендується початківцям і людям, які ведуть малоактивний спосіб життя.
2. Зона помірного навантаження (загальний режим): 60-70% від МНС. Підходить для більшості тренувань, спрямованих на ефективне спалювання жиру.
3. Зона підвищеного навантаження (просунутий режим): 70-80% від МНС. Рекомендується для досвідчених людей із тренованим серцем, цільова зона призначена для зміцнення серцево-судинної системи.
4. Зона анаеробного навантаження (короткочасний екстремальний режим): 80-90% від МНС. Рекомендується для спортсменів, які працюють за індивідуальними програмами у присутності тренера.

Види кардіодатчиків для бігових доріжок

Провідні датчики вимірювання пульсу

Перші спроби електрично виміряти пульс з'явилися на початку ХХ століття. В 1902 Віллем Ейнтховен за допомогою струнного гальванометра отримав перший електричний кардіосигнал. Вага його вимірювального приладустановив 270 кг, а ось принцип виміру дійшов до наших часів. В основі вимірювань ЧСС лежить система відведень (трикутник Ейнтховена), що реєструє момент електричного збудження шлуночків.

Гальванометр, за допомогою якого в 1902 вимірювали частоту серцевих скорочень

Сучасні бігові доріжки оснащуються провідними датчиками вимірювання пульсу. Принцип роботи таких датчиків простий: два електроди, розташовані на поручнях, вимірюють різницю потенціалів, а інформацію про проводи передають в аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) консолі. Там інформація обробляється та видається на екран.

Недоліком такої системи є висока похибка вимірювань (20-30%), незручність використання та швидкість відображення реальних значень.

Часто виходить так, що лише через 30-40 секунд утримування датчиків можна судити про справжні значення ЧСС.

На поручнях консолі є провідні датчики вимірювання пульсу.

Бездротові датчики вимірювання пульсу

Бездротові кардіодатчики мають простий пристрій і ряд переваг у порівнянні з дротовими пристроями:

1. Максимально точні виміри ЧСС. Похибка бездротових датчиків +/- 1 удар за хвилину
2. Зручність використання. Кардіодатчик за допомогою спеціального пояса закріплюється у районі серця. За допомогою двох електродів відбувається реєстрація різниці потенціалів. Електроди рекомендується змочувати водою для контакту. Далі по радіоканалу передається аналоговий або цифровий сигнал, який надходить на приймач консолі та відображається на екрані.
3. Можливість використання кардіозалежних програм.

Бездротові кардіодатчики для вимірювання пульсу мають точніші вимірювання частоти серцевих скорочень. Похибка бездротових датчиків +/- 1 удар за хвилину

Недоліки такого методу несуттєві:

1. Необхідність використання датчика батареї. При щоденному тренуванні заряду вистачить на 1 рік.
2. Незручність використання кардіопоясу при тривалих тренуваннях.

Найбільш популярні бездротові датчики вимірювання пульсу

Для вимірювання пульсу застосовуються бездротові датчики, що працюють у діапазоні частот 5 кгЦ Датчики бувають кодовані (застосовуються у фітнес-залах), та некодовані (призначені для домашньої експлуатації).

Провідним лідером на ринку пульсометрів є компанія Polar. Поряд із нею у продажу можна зустріти пульсометри торгових марок Sigma, Beurer, Oregon, Garmin, Suunto. Найбюджетніші моделі мають невеликий набір функцій і йдуть у ціні від 500 рублів. У середньому ціновому діапазоні від 3000 рублів можна зустріти якісні та зручні пульсометри. Дорогі моделі, призначені для інтенсивного та професійного використання, нерідко мають кодований сигнал, продаються в районі 20000 рублів.

Багато моделей бігових доріжок мають у комплекті бездротовий кардіопояс, переважно фірми Polar, що працює на частоті 5,4 кГц.

Як дізнатися, чи можна використовувати бездротовий кардіодатчик на своєму тренажері?

Перед покупкою бігової доріжки варто уточнити наявність телеметричного приймача ЧСС у цій моделі. Таку технічну інформацію можна отримати на офіційному сайті продавця або в інструкції з експлуатації тренажера.

Підключення кардіодатчика

Якщо кардіодатчик вмикається вперше, необхідно встановити батарейку живлення, яка також поставляється в комплекті. Далі поверхня кардіодатчика, що контактується з тілом, змочується водою і кардіопояс фіксується на грудях. Після увімкнення тренажера відбувається автоматичне узгодження пристроїв.