česky english Vítejte, dnes je středa 24. červenec 2024

Senzory pro HRM se celý den nezastaví. Po vzoru srdce

DPS 2/2018 | Články
Autor: Ing. Jan Robenek

Nositelná zařízení, která by s využitím optických biometrických čidel nabídla pokročilé možnosti sledování tepové frekvence HRM (Heart Rate Monitoring) rozšířené navíc o jeden kanál pro EKG? Proč ne, když novou rodinu takových prvků v Silicon Labs označují Si117x a vedle nevšední integrace provázané s vysokou citlivostí systému lákají rovněž na velmi nízkou spotřebu [1].

Hodinky nebo náramky, kterým tak dáme vzniknout, budou zase o něco chytřejší. Přesně po vzoru vývojářů nerozpakujících se nasadit ucelené řešení zahrnující vedle samotných modulů – čidel také dostupné HRM algoritmy, SoC s jádry ARM® Cortex®-M4 pro bezdrátová rozhraní Bluetooth® Low Energy a třeba i jednoduše použitelné kity s ukázkami kódu a typickými příklady projektů.

Obr. 1 Krásné vývojové desky chytnou za srdce. A v případě HRM snad i doslovně [1]

Odstup od lidí? Spíše od šumu

U nositelné „fitness“ elektroniky dohlížející na tepovou frekvenci se předpokládá dlouhodobá výdrž. To aby se koncoví uživatelé, stejně jako poskytovatelé zdravotní péče, mohli s ještě menší baterií dopracovat až k analýze konkrétních obrazů a detekci případných potíží ještě předtím, než přerostou ve vážný problém. Následnou úpravu „životního stylu“ však neočekáváme pouze od pacientů.

Omezit by se mohly, a také tak činí, i naše moduly řady Si117x, které pro účely nepřetržitého HRM nabídnou v kombinaci senzoru a LED odběry pod 50 μA a s režimem standby pak cca 500 nA [2]. Zajímavá bude též podpora synchronizace s akcelerometrem, svižné vzorkování 24bitového A/D převodníku, odstup užitečného signálu od šumu SNR na úrovni převyšující 100 dB nebo schopnost vyloučit nesprávná data včetně rušení. Zhodnocení srdeční aktivity proto nemusí stát v cestě ani různé odstíny kůže, natož pak tetování.

Diody uvnitř i venku

Informací si vážíme a s podporou jednoho kanálu pro měření EKG vybaveného dále detekcí připojení/odpojení vysokoimpedančních suchých elektrod jich o nositeli vytěžíme ještě více. Stačí zapojit obvody Si1172 nebo Si1173, kde systém poběží souběžně s optickými prvky. Synchronní práce s více čidly tak rozhodně není zapovězena a už vůbec nemusí být složitá nebo zabírat spoustu místa na desce.

Obr. 2 Vnitřní zapojení modulů biometrických senzorů Si1172 od Silicon Labs pracujících v rozsahu od 1,71 až do 3,63 V. Počítá se každá setina, u převodníku navíc 24 bitů [2]

Moduly LGA s 28 vývody budou mimochodem měřit 3,7 × 7,0 × 1,1 mm a jako takové integrovat až čtyři samostatné LED odlišené v různých kombinacích nejen proudovou zatížitelností, ale i spektrálně, stejný počet nezávisle ovládaných budičů (externích) LED s průtoky od 1,7 až do 310 mA připadajícími na každý z driverů, nízkošumový analogový front-end, ADC, číslicová rozhraní I²C a SPI, jednotku pro přerušení a také synchronizaci, buffer o velikosti 2 kB a samozřejmě též důležité vstupy sloužící dvojici volitelných vnějších fotodiod. Jednu velkou, interní již máme. Další verze optických biometrických čidel Si118x se konečně bez interních svítivých diod usídlily v pouzdrech typu QFN o rozměrech 3 × 3 mm. Přehled biometrických senzorů najdou zájemci přímo na webu Silicon Labs [3].