Étape 2: Circuit PPG
Un photoplethysmogram (PPG) est une mesure du volume sanguin par la lumière. En mesurant la quantité de lumière passe à travers, par exemple, un doigt, vous pouvez obtenir une mesure relative de combien de sang a été dans le doigt. Le plus de sang il y a, le moins de lumière passe à travers. Grâce au suivi du volume sanguin au fil du temps, vous pouvez calculer la fréquence cardiaque de l’utilisateur.
Le circuit pour la PPG se compose de trois blocs principaux. Voilà le circuit de commande de LED, le circuit capteur photoélectrique et le circuit de conditionnement de signal.
Composants partagés :
1. clip de doigt PPG
2. carte de prototypage
3. les résistances et les condensateurs
4. fil de
5. les piles
6. LM7805 régulateur
Notez que le LED et le photocapteur mentionnés sont intégrées dans le clip de doigt PPG. Ce clip est très utile et facilite les mesures, mais on pourrait aussi faire leur propre avec discrètes LEDs et photodétecteurs.
Circuit de LED :
Composants :
1. LTC1043CN sous tension condensateur Building Block
2. 2N3904 BJT
Ce circuit est responsable de la conduite de la LED, il impulsions à 2 kHz et de rapport cyclique 50 %. Le bloc de construction de capacités commutées s’occupe de générer le signal "pulsé", qui est utilisé pour exciter le BJT qui tire vers le bas un courant par l’intermédiaire de la LED. Les résistances sont des limiteurs de courant et indispensable au fonctionnement. Sans eux le BJT ou la LED va souffler. La fréquence du signal est réglée par un condensateur externe. Nous avons constaté que 2,2 nF fonctionne bien, mais vous devrez peut-être modifier ce numéro pour obtenir juste. Il est important d’obtenir ce signal à proximité de 2 kHz, car nous allons utiliser cette horloge plus tard pour définir le niveau de la coupure d’un filtre
Circuit de capteur photoélectrique :
Composants :
1. LT1056 ampli-op
Lorsqu’il a frappé avec la lumière, le capteur photoélectrique sert une source de courant. L’amplificateur opérationnel est configuré comme un amplificateur à transimpédance largeur de bande limitée, fournissant une tension pour le circuit de conditionnement de signaux. Lorsqu’il y a des quantités différentes de volume de sang dans le doigt du capteur photoélectrique détecte différentes quantités de lumière, fournissant ainsi un signal changeant en synchronisation avec des impulsions de sang.
Circuit de conditionnement de signal :
Composants :
1. LTC1043 Bloc de construction de condensateur commuté
2. LT1167CN8 amplificateur d’Instrumentation
3. LT1112 Double ampli-Op
4. LTC1064 8e ordre filtre passe-bas de Butterworth
La première étape du circuit de conditionnement signal est l’amplificateur d’instrumentation de l’échantillon-and-hold. Au cours de chaque cycle d’horloge, le bloc de construction de capacités commutées passera sa sortie pour chacune des entrées amp instrumentation. Ces entrées ont des petits condensateurs pour y tenir leur valeur jusqu'à ce qu’ils ont mis à jour le prochain cycle d’horloge. Au cours de la partie sur le cycle de l’horloge, le LTC1043CN va pousser le signal de la sonde de lumière à une sortie, et au cours de la partie de l’arrêt du cycle horloge il faut pousser la valeur à l’autre entrée. Ceci fournit une valeur de base de la lumière ambiante pour l’amplificateur d’instrumentation comparer la valeur de lumière LED, améliorant la SNR. Il est important d’avoir les rails d’alimentation de l’amplificateur d’instrumentation correctement découplées. Beaucoup de bruit de 2kHz peut provenir dedans le générateur d’horloge de LTC1043, qui serait amplifié à ce stade si pas correctement découplé.
La prochaine étape du circuit de conditionnement de signaux est un filtre passe-haut avec une fréquence de coupure de de.1Hz sur l’un des amplis op de la LT1112. Cela agit comme un DC-bloqueur, facilitant ainsi le signal à travailler avec le reste du parcours du signal.
La scène après que c’est un 8e ordre filtre de Butterworth passe-bas avec une fréquence de coupure de 20Hz. Cette étape avec supprimer l’oscillation 2kHz dans le signal provenant de la modulation de la LED. Broche 10 de la LTC1064 est définie sur le rail négatif, qui définit la fréquence de coupure du filtre à 1/100 de sa fréquence d’horloge. C’est pourquoi il est important de bien définir la fréquence d’horloge plus tôt, donc le filtre plus que le seuil approprié.
L’étape finale est un simple filtre de Sallen-Key passe-bas sur le deuxième ampli-op de le LT1112. Avec une fréquence de coupure de 100 Hz, il se débarrasse de la petite quantité de bruit d’horloge qui vient de la LTC1064 elle-même. À la sortie de ce filtre, vous aurez un signal très propre et clair, d'où vous pouvez mesurer la fréquence cardiaque !
Les tests initiaux de ce circuit a été fait avec + - 7.5V rails (au maximum le LTC1043 peut gérer), mais pour le fonctionnement avec la goupille de Arduino analogique nous devions passer à rails de 5V. Le circuit fonctionne toujours bien à ce pouvoir.
