CardioSim : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Tout d'abord, il s'agit de mon premier Instructable, et je ne suis pas anglophone (ou écrivain), donc je m'excuse à l'avance pour la faible qualité globale. Cependant, j'espère que ce tutoriel pourra être utile aux personnes utilisant un système de moniteur de fréquence cardiaque (FC) (composé d'un émetteur ceinture ceinture pectorale et d'une montre-récepteur) et qui soit:

voulez savoir exactement quelle pile doit être remplacée (à l'intérieur de la ceinture ou à l'intérieur de la montre réceptrice), lorsque le système cesse de fonctionner correctement. Habituellement, juste pour être sûr que l'utilisateur finit par changer les deux batteries, même si celle de la ceinture est soumise à une charge plus lourde et se décharge donc plus rapidement que l'autre

ou

sont intéressés (comme je le suis) par le développement d'un enregistreur de données de fréquence cardiaque pour d'autres évaluations - par exemple pour l'analyse statistique de la VRC (variations de la fréquence cardiaque) dans des conditions statiques, ou pour des études de corrélation entre la fréquence cardiaque et les efforts physiques dans des conditions dynamiques - et préférez utiliser un simulateur de ceinture pectorale (Cardio) plutôt que d'en porter une vraie en permanence lors des phases de test

Pour les raisons ci-dessus, j'ai appelé mon Instructable "CardioSim"

Étape 1: Comment ça marche

La transmission sans fil des impulsions de fréquence cardiaque entre l'émetteur (ceinture pectorale) et le récepteur (montre dédiée, ainsi que tapis de course, appareils d'entraînement, etc.) est basée sur une communication magnétique basse fréquence (LFMC), et non une Radio-Fréquence traditionnelle.

La fréquence standard pour ce type de systèmes de surveillance (analogiques) est de 5,3 kHz. Les nouveaux systèmes numériques sont basés sur la technologie Bluetooth, mais cela sort du cadre de ce tutoriel.

Pour ceux qui souhaitent approfondir le sujet, une description complète de la technologie LFMC, y compris les avantages et les inconvénients par rapport à RF, peut être trouvée sur cette note d'application

ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/002…

Cependant, pour le bien de ce projet, il suffit de savoir qu'un porteur de champ magnétique de 5,3 kHz généré par un circuit résonant LC (série) est modulé sur la base d'un simple format OOK (On-OFF Keying), où chaque impulsion cardiaque allume la porteuse pendant environ 10 ms. Le signal est détecté par un réservoir résonant LC (parallèle) (avec la même fréquence de résonance du champ magnétique, et à condition que les deux bobines soient correctement alignées), amplifié et envoyé à l'unité de mesure.

Bien que l'on puisse trouver sur le WEB quelques exemples de circuit récepteur, je n'ai pas pu trouver de modèle pour l'émetteur, j'ai donc décidé d'analyser le signal généré par ma ceinture thoracique et de construire un circuit capable de le simuler, avec une force de champ, une fréquence et un format similaires.

Étape 2: Schéma et pièces

Les circuits sont composés de très peu de composants pouvant tenir dans un petit boîtier:

• Boîtier avec planche à bande, comme celui-ci
• Bande de mousse haute densité, 50x25x10mm (comme celle utilisée pour l'emballage des circuits intégrés)
• Microcontrôleur ATTiny85-20
• Pilote de moteur L293
• Régulateur de tension 5V, type 7805 ou LD1117V50
• 2x condensateur électrolytique 10uF/25V
• Condensateur 22n/100V
• Trimpot avec arbre, 10K, 1 tour, (comme dans le kit de démarrage Arduino)
• Résistance 22K
• Résistance 220R
• LED rouge 5mm
• Inductance 39mH, j'ai utilisé un BOURNS RLB0913-393K
• pile 9V
• mini switch SPDT (j'ai recyclé le switch AM/FM d'une vieille radio transistor)

Le composant le plus important est l'inductance, un noyau de ferrite de haute qualité et une faible résistance sont obligatoires pour le garder petit et pour obtenir un bon facteur de qualité du circuit résonant.

Étape 3: Description et code du circuit

En appliquant la formule du circuit LC illustrée sur le dessin, avec L = 39 mH et C = 22 nF, la fréquence résultante est d'environ 5,4 kHz, ce qui est suffisamment proche de la valeur standard de 5,3 kHz. Le réservoir LC est entraîné par un onduleur à pont en H composé des 2 demi-ponts 1 et 2 du pilote de moteur IC L293. La fréquence porteuse est générée par le microcontrôleur TINY85, qui pilote également le signal de modulation simulant la FC. Grâce au Trimpot attaché à l'entrée analogique A1, la fréquence cardiaque peut être modifiée d'environ 40 à 170 bmp (battements par minute) - ce qui, dans des conditions réelles, est considéré comme suffisant pour la plupart des sportifs amateurs. Étant donné que le pont doit être entraîné par deux ondes carrées opposées (et avec ma connaissance limitée du code assembleur d'ATTiny, je n'ai pu en générer qu'une seule), j'ai utilisé le demi-pont 3 comme onduleur.

Pour ces tâches simples, l'horloge interne à 16 MHz est adéquate, mais j'ai déjà mesuré le facteur d'étalonnage nécessaire pour ma puce et l'ai mis sur la ligne de commande "OSCCAL" dans la section de configuration. Pour télécharger le croquis sur l'ATTiny, j'ai utilisé un Arduino Nano chargé avec le code ArduinoISP. Si vous n'êtes pas familier avec ces deux étapes il y a des tonnes d'exemples sur le Web, si quelqu'un est intéressé j'ai développé mes propres versions que je peux fournir sur demande. Ci-joint le code de l'ATTiny:

Étape 4: Assemblage du circuit

Le boîtier avait déjà un trou de 5 mm sur le couvercle supérieur qui était parfait pour la Led, et je n'ai eu qu'à percer un deuxième trou de 6 mm, aligné avec le premier, pour l'arbre du potentiomètre. J'ai disposé la disposition des composants de manière à ce que la batterie soit maintenue en place entre le potentiomètre et le régulateur de tension TO-220, et fermement bloquée dans sa position par la bande de mousse collée sur le capot supérieur.

Comme vous pouvez le remarquer, l'inductance est montée horizontalement, t.i. avec son axe parallèle à la planche. C'est en supposant que l'inductance du récepteur se trouve également dans la même direction. Dans tous les cas, pour une transmission optimale, assurez-vous toujours que les deux axes sont parallèles (pas nécessairement sur le même plan spatial) et non perpendiculaires l'un à l'autre.

À la fin de l'assemblage, vérifiez soigneusement avec un testeur de circuit toutes les connexions avec un testeur de circuit.

Étape 5: Testez le circuit

Le meilleur outil de test pour le circuit est une montre récepteur de surveillance HR:

1. Posez la montre à côté du CardioSim.
2. Réglez le potentiomètre en position médiane et allumez l'appareil.
3. La LED rouge doit commencer à clignoter à des intervalles d'environ 1 seconde (60bmp). Cela indique que le réservoir du résonateur LC est correctement alimenté et fonctionne. Si ce n'est pas le cas, revérifiez toutes les connexions et points de soudure.
4. Si ce n'est déjà fait automatiquement, allumez la montre manuellement.
5. La montre devrait commencer à recevoir le signal indiquant la fréquence cardiaque mesurée.
6. Tourner le potentiomètre jusqu'à la position finale dans les deux sens pour vérifier toute la plage de FC (+/-5% de tolérance des limites de plage est tolérable)

Toutes les étapes sont montrées dans la vidéo ci-jointe

Étape 6: Avertissement

Comme dernier conseil de sécurité, sachez que le LFMC implémenté dans ce format simple ne permet pas d'adresser différentes unités dans la même plage de champ, cela signifie que dans le cas où le CardioSim et une vraie ceinture de mesure envoient leurs signaux au même récepteur unité, le récepteur sera bloqué, avec des résultats imprévisibles.

Cela peut être dangereux dans le cas où vous allez augmenter vos performances physiques et maximiser vos efforts sur la base de la FC mesurée. CardioSim est destiné à être utilisé uniquement pour tester d'autres unités et non pour l'entraînement !

C'est tout, merci d'avoir lu mon Instructable, tout feedabck est le bienvenu !