Измеритель пульса на микроконтроллере PIC16F628A

Часть 1. Принцип действия и схема

Данный проект демонстрирует технику измерения частоты сердечных сокращений (пульса) по изменению объема крови в артерии пальца. В статье мы рассмотрим все основные моменты в аппаратной и программной реализации устройства.

Для измерения пульса используется датчик, который состоит из инфракрасного светодиода, который передает ИК сигнал на палец человека, и фотодиода, который принимает отраженный от клеток крови сигнал. Светодиод и фотодиод должны быть расположены близко друг к другу, как показано на рисунке ниже.

Интенсивность отраженного сигнала зависит от объема крови в кончике пальца. Следовательно, с каждым ударом сердца немного изменяется интенсивность отраженного ИК сигнала, которая фиксируется фотодиодом.

Изменяющийся с биением сердца человека объем крови в пальце вызывает появление импульсов на выходе фотодиода, однако величина их слишком мала для непосредственной подачи на микроконтроллер с целью обработки. Для решения этой задачи применена схема усиления и фильтрации сигнала на операционном усилителе. Вывод измеренного значения пульса осуществляется на 3-х разрядный семисегментный индикатор. Примененный микроконтроллер PIC16F628A производства компании Microchip.

Принципиальная схема

Схема нормализации сигнала состоит из двух идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2.5 Гц. Это означает, что максимальное измеряемое значение пульса составляет 150 ударов в минуту. Операционный усилитель, используемый в схеме MCP602 – сдвоенный операционный усилитель, работающий от однополярного источника напряжения. Выходной сигнал имеет размах, равный напряжению питания. Фильтрация сигнала необходима для блокирования высокочастотного шума.

Коэффициент усиления каждой ступени равен 101, а итоговое усиление 10000. Входной конденсатор каждой ступени необходим для блокирования постоянной составляющей сигнала. Выражения для расчета коэффициента усиления и частоты среза фильтра приведены на рисунке. Такая схема обладает достаточными возможностями для повышения уровня сигнала с фотодиода, его фильтрации и преобразования в импульсы для дальнейшего подсчета микроконтроллером.

Схема расположение контактов микроконтроллера

Величина пульса по окончанию измерения отображается на индикаторе. Для сброса результатов необходимо нажать на кнопку «Clear».