CONTADOR DE PULSOS CARDIACOS DE TIPO ULNAR MEDIANTE PIC 16F877A VISUALIZADO EN UN LCD
de JD-Tronics JD-Tronics,, el Martes, 13 de abril de 2010 a las 19:10 Objetivo: Diseñar un circuito con el cual seamos capaces de contabilizar los pulsos por minuto que tiene un ser humano , medición que se llevara acabo en el dedo anular mediante un optoacoplador, observando el conteo en una pantalla LCD , además de hacer este dispositivo portable. Introducción En el mundo de los foto detectores abundan infinidad de dispositivos electrónicos electrónicos capaces de realizar diferentes procesos para la comodidad y desarrollo del ser humano. Los dispositivos foto detectores han sido aplicados a campos como la medicina, la guerra, la exploración espacial etc. Debido a que cuentan con un Foto emisor y un Foto receptor son muy útiles para algunas aplicaciones como contadores, medidores de distancia, detectores de interrupciones etc. El proceso es explicado por física de semiconductores y en pocas palabras es un proceso en el cual los fotones provenientes de una fuente de luz; excitan a un foto receptor o foto detector causando una fotocorriente.
Dentro de los Foto emisores se encuentran una amplia gama de dispositivos que hacen la función de fuente de luz para excitar en todo caso a un foto receptor. Dentro de los emisores tenemos a los LED’S en todos sus colores , UV’s LED y LED’s infrarrojos; mientras que para los receptores contamos con: Foto Transistores, Foto Diodos, Foto Resistencias, Foto diodos de avalancha, Foto detectores de cavidad resonante y de Barrera Shottky; los cuales nos darán un tipo de respuesta diferente y una fotocorriente diferente afectada por la longitud de onda a la que trabaja cada dispositivo y un tiempo de respuesta distinta que es afectada por la constante RC del circuito asociado. Marco Teórico
En este proyecto aprovecharemos las propiedades de un foto detector usando un Fototransistor (como receptor) y un Led infrarrojo (como emisor) , para contar los pulsos cardiacos por minuto de un ser humano. Cabe mencionar que en medicina, el pulso de una persona es la pulsación provocada por la expansión de sus arterias como consecuencia de la circulación de sangre bombeada por el corazón. Se obtiene por lo general en partes del cuerpo donde las arterias se encuentran más próximas a la piel, como en las muñecas o el cuello. Las ondas de presión se mueven a lo largo de los vasos sanguíneos, que son flexibles, pero no están provocadas por el movimiento de avance de la sangre. Cuando el corazón se contrae, la sangre es expulsada a la aorta y ésta se expande. En este punto es cuando la onda de distensión (onda de pulso) es más pronunciada, pero se mueve relativamente lenta (3 a 6 m/s). A medida que viaja hacia los vasos sanguíneos periféricos, disminuye gradualmente y se hace más rápida. En las grandes ramas arteriales, su velocidad es de 7 a 10 m/s; en las arterias pequeñas, de 15 a 35 m/s. El pulso de presión se transmite 15 o más veces más rápidamente que el flujo sanguíneo.
Algunos puntos de pulsos comunes: • Pulso radial, situado en el lado de la muñeca más cercano al pulgar (arteria radial) • Pulso ulnar, situado en el lado de la muñeca más cercano al meñique (arteria ulnar). • Pulso carótido, situado en el cuello (arteria carótida). La carótida debe palparse suavemente, ya que estimular sus vasos receptores con una palpación vigorosa puede provocar bradicardia severa o incluso detener el corazón en algunas personas sensibles. Además, las dos arterias carótidas de una persona no deben palparse simultáneamente, para evitar el riesgo de síncope o isquemia cerebral. • Pulso braquial, situado entre el bíceps y el tríceps, en el lado medial de la cavidad del codo, usado frecuentemente en lugar del pulso carótido en infantes (arteria braquial). • Pulso femoral, situado en el muslo (arteria femoral). • Pulso poplíteo, situado bajo la rodilla en la fosa poplítea. El paciente flexiona la rodilla aproximadamente 120° y el médico la sujeta con ambas manos para localizar la arteria poplítea en el hueco bajo la rodilla. • Pulso dorsal del pie, situado en el empeine del pie (arteria dorsal del pie).
• Pulso tibial posterior, situado detrás del tobillo bajo el maléolo medial (arteria tibial posterior). • Pulso temporal, situado sobre la sien directamente frente a la oreja (arteria temporal). El circuito fue diseñado para hacer la medición en el dedo anular donde se encuentra la ARTERIA ULNAR, de ahí su nombre. Conoscamos ahora el funcionamiento de un diodo infrarrojo y un fototransistor: Diodo Infrarrojo
Forma física de un Led Infrarrojo con una longitud de onda de aproximadamente 690 nm (nanómetros). El funcionamiento de este LED lo explica la física de semiconductores como: El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa o "direct bandgap" con la energía correspondiente a su banda prohibida. Fototransistor
Es un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas: 1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común). 2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación). 3. Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar. En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente. Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad. Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión. DESARROLLO DEL CIRCUITO Hemos llegado al punto critico del diseño pues necesitamos captar con nuestros sensores ese aumento de volumen en la arteria urnal del dedo anular para mandarla directo a un micro controlador 16F877 el cual se encargara de contar los pulsos en un minuto. Necesitamos del fenómeno de amplificación para poder captar ese aumento diminuto de volumen de la arteria, todo esto sin procedimiento quirúrgico o dispositivos a base de presión analógicos, si no mediantes los sensores ópticos situados en el dedo sin causar demasiada presión en este.
Y que mejor componente electrónico para amplificar que un OPAM 741 ( Amplificador
operacional ) , por lo económico este dispositivo es doble en un mismo encapsulado por lo tanto lo aprovecharemos debido a que amplificaremos 2 veces para obtener mejores resultados , pero esto genera controversia y genera en el lector la pregunta ¿ Por que no amplifican 3 veces? Y la respuesta es muy sencilla, no haremos una triple amplificación puesto que en ese caso estaríamos amplificando posibles señales de ruido, causadas por el movimiento del dedo anular al estarse realizando la medición y por ende también estaríamos cargando de un aumento de consumo de corriente al circuito, con lo cual romperíamos nuestro objetivo principal, hacer el dispositivo portable, debido al consumo extra de voltaje. Etapa de amplificación:
El amplificador utiliza un doble amplificador LM741 para proporcionar dos salidas idénticas de amplia banda de sintonía de paso para las etapas con ganancias de 100 y trabajará en 5V . El potenciómetro permite ajustar la ganancia total a fin de evitar recortes en las señales de gran tamaño. Los condensadores de 2,2 uF deberan ser capaces de soportar un cierto sesgo inverso, de modo que no deben ser polarizados. ¿Por que se uso un Diodo infrarrojo como emisor? Sencillamente por que este tipo de diodo emite una longitud de onda que se acopla eficientemente a un Fototransistor. Algunas pruebas realizadas con diodos leds y fotorresistencias nos arrojan resultados buenos pero no tan eficientes como un infrarrojo y un fototransistor , ya que estos cuentan con un mayor ancho de banda y una mayor fotocorriente en mA.
#include #fuses #fuses
XT NOWDT
#fuses #fuses #use
NOPROTECT PUT delay (clock = 4000000)
#define LCD_DB4 PIN_D4 // definiendo los puertos de salida para el lcd #define LCD_DB5 PIN_D5 #define LCD_DB6 PIN_D6 #define LCD_DB7 PIN_D7 #define LCD_RS PIN_D2 #define LCD_RW PIN_D1 #define LCD_E PIN_D3 #include "flex_lcd.c" int cont1,cont2; int32 ppm = 0,pulsos; #int_EXT void EXT_isr() { disable_interrupts(int_EXT); enable_interrupts(int_EXT); ++ppm; } #int_timer0 void TIMER0_isr() { set_timer0(0); ++cont1; if (cont1 == 245) // Aproximadamente es un Segundo por desbordamiento de banderas { cont1 = 0; ++cont2; } } void main() { set_tris_a(0x00); set_tris_b(0xff); set_tris_c(0x00); set_tris_d(0x00); set_tris_e(0x00);
// configuracion de las salidas
enable_interrupts(GLOBAL|INT_EXT|INT_TIMER0); ext_int_edge (L_TO_H); setup_timer_0(RTCC_DIV_1 6); // Mensaje de presentacion en LCd lcd_init(); lcd_gotoxy(6,1); lcd_putc("Optoelectronica."); lcd_gotoxy(6,2); lcd_putc("Medidor Card."); while(TRUE) { if (cont2 == 5) // el tiempo en que vuelve ir a leer el pic en la pata de salida del sensor
{ cont2 = 0; cont1 = 0; pulsos=((ppm*12)-24); if((pulsos>=60)yy(pulsos { lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(6,1); printf (lcd_putc, "Pulsos/Min: %ld",pulsos); // datos sensados en el LCD. lcd_gotoxy(6,2); printf (lcd_putc, "Ritmo Normal"); } if((pulsos>=0)yy(pulsos { lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(6,1); printf (lcd_putc, "Pulsos/Min: %ld",pulsos); // datos sensados en el LCD. lcd_gotoxy(6,2); printf (lcd_putc, "Bradicardia"); } if((pulsos>100)yy(pulsos { lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(6,1); printf (lcd_putc, "Pulsos/Min: %ld",pulsos); // datos sensados en el LCD. lcd_gotoxy(6,2); printf (lcd_putc, "Taquicardia"); } ppm = 0; pulsos = 0; } } }
SIMULACION PROTEUS
RUTADOS Y PCB
DISPOSITIVO FISICO
LCD en el cual se visualizaran los pulsos en un minuto obteniendo una extensión del mismo mediante un cable ID. CONCLUSION Este circuito es confiable y únicamente se alterara el valor medido cuando la persona q ue tenga colocada el sensor se mueva, por tal motivo se recomienda advertir antes a la persona a no moverse.
