Stap 2: PPG Circuit
Een photoplethysmogram (PPG) is een meting van het volume van het bloed door licht. Door te meten hoeveel licht doorlaten, bijvoorbeeld een vinger, kunt u een relatieve meting van hoeveel bloed er in de vinger. Het meer bloed er is, hoe minder licht krijgt door. Door het bijhouden van bloed volume na verloop van tijd, u kunt het berekenen van de hartslag van de gebruiker.
Het circuit voor de PPG bestaat uit drie hoofdgroepen. Dat zijn het LED driver circuit, het circuit van photosensor, en het signaal conditioning circuit.
Gedeelde onderdelen:
1. PPG vinger clip
2. breadboard
3. weerstanden en condensatoren
4. draad
5. batterijen
6. LM7805 Regulator
Merk op dat de LED en photosensor vermeld zijn ingebouwd in de PPG vinger clip. Deze clip is zeer nuttig en vergemakkelijkt van metingen, maar men ook zou kunnen maken hun eigen met discrete LED's en photosensors.
LED Driver Circuit:
Onderdelen:
1. LTC1043CN Switched Capacitor bouwsteen
2. 2N3904 BJT
Dit circuit is verantwoordelijk voor het besturen van de LED, het pulserende op 2 kHz en taakcyclus van 50%. De geschakelde condensator bouwsteen zorgt voor het genereren van het pulserende signaal, dat wordt gebruikt om te rijden op de BJT die naar beneden een stroom door de LED trekt. De weerstanden zijn huidige-limiters en essentieel voor werking. Zonder dat ze zal de BJT of de LED blazen. De frequentie van het signaal is ingesteld door een externe condensator. We vonden dat 2,2 nF werkt goed, maar u zou moeten tweaken dat nummer om het te krijgen precies goed. Het is belangrijk om dit signaal dichtbij 2 kHz zoals wij deze klok later gebruiken zullen om de cutoff voor een filter instellen
Photosensor Circuit:
Onderdelen:
1. LT1056 opamp
Bij aanrijding met licht, fungeert de photosensor als een stroombron. De opamp is geconfigureerd als een beperkte bandbreedte transimpedantie-versterker, bieden een spanning aan het signaal conditioning circuit. Wanneer er detecteert verschillende bedragen voor bloed volume in de vinger het photosensor verschillende hoeveelheden van het licht, waardoor een veranderende signaal in sync met bloed pulsen.
Signaal Conditioning Circuit:
Onderdelen:
1. LTC1043 Geschakelde condensator bouwsteen
2. LT1167CN8 instrumentatie versterker
3. LT1112 Dual Op-Amp
4. LTC1064 8e orde Butterworth Low-Pass Filter
De eerste fase van het signaal conditioning circuit is de monster-and-hold instrumentatie versterker. Tijdens elke klokcyclus gaat de bouwsteen geschakelde condensator zijn output naar elk van de instrumentatie versterker ingangen. Deze ingangen hebben kleine condensatoren met het oog op hun waarde houden totdat ze de volgende klokcyclus bijgewerkt krijgen. Tijdens het ON-deel van de klokcyclus, de LTC1043CN het photosensor signaal zal duwen aan een uitgang en tijdens het OFF-deel van de klokcyclus zal duwen de waarde op de andere ingang. Dit biedt een basiswaarde van het omgevingslicht voor de instrumentatie versterker te vergelijken de lichtwaarde van de LED, verbetering van de SNR. Het is belangrijk dat de rails van de macht van de instrumentatie versterker goed losgekoppeld. Een heleboel 2 kHz geluid kan komen in het van de LTC1043 klok generator, die zou worden versterkt door deze fase zo niet goed losgekoppeld.
De volgende fase van het signaal conditioning circuit is een high-pass-filter met een cutoff van .1Hz op één van de op-amps van de LT1112. Dit fungeert als een DC-blocker, waardoor het signaal makkelijker om te werken in de rest van het signaal pad.
De fase na dat is een 8e orde Butterworth low-pass filter met een cutoff frequentie van 20Hz. Deze etappe met Verwijder de 2 kHz trilling in het signaal dat de LED modulatie vandaan. Pin 10 van de LTC1064 is ingesteld op de negatieve spoor, waarin de grensfrequentie van het filter tot 1/100 van de klokfrequentie. Daarom was het belangrijk om goed stel de klokfrequentie eerder, zodat het filter de juiste licht-donkerscheiding hebben zou.
De laatste stap is een eenvoudige Sallen-Key laagdoorlaatfilter op de tweede opamp van de LT1112. Met een cut-off frequentie van 100 Hz, het wordt verlost van de kleine hoeveelheid klok lawaai dat afkomstig is van de LTC1064 zelf. Aan de uitgang van dit filter zul je een zeer schoon en helder signaal waaruit u de hartslag kunt meten!
De eerste testen van dit circuit werd gedaan met + - 7.5V rails (de maximumwaarde kan omgaan met de LTC1043), maar voor de operatie met de analoge pin van de Arduino moesten we schakelen naar 5V rails. Het circuit werkt nog steeds goed op deze kracht.
