česky english Vítejte, dnes je středa 08. prosinec 2021

Prevence není nikdy dost. Stejně jako obvodů od Maximu

DPS 3/2018 | Součástky - články
Autor: Ing. Jan Robenek

Široký záběr měřicí techniky se nevyhýbá ani elektronice, kterou budeme pro účely pulzní oxymetrie, monitorování tepové frekvence, EKG a také bioimpedance – BioZ − nosit přímo na sobě. Požadavek na přesné a nepřetržité sledování zůstává, jen si přitom musíme vystačit s omezeným prostorem a především pak porcí dostupné energie. S trojicí nových součástek od společnosti Maxim Integrated [1] to však zvládneme zase o něco snadněji.

24/7 a přímo v zárodku

Proč bychom měli vyčkávat na pravidelnou kontrolu od svého lékaře, když si některé informace o svém zdravotním stavu dokážeme zjistit v reálném čase a ještě k tomu sami? Být iniciativní neznamená čekat, až se něco přihodí, ale jednat.

Způsob, jakým lidé uvažují, se tak začíná měnit, což je dobře nejen pro ně samotné, ale také pro nás, vývojáře. Potřebná zařízení jim totiž rádi navrhneme i postavíme a využijeme k tomu např. obvodů MAX86140 a MAX86141 (Optical Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor, [2], [3]) sloužících k měření signálů PPG na zápěstí, prstu či uchu, s nimiž detekujeme tepovou frekvenci, související variabilitu HRV nebo řešíme pulzní oxymetrii. Na základě prvků analogového front-endu AFE MAX30001 pak do třetice vstupujeme do světa EKG, biopotenciálů a bioimpedancí, kdy na hrudníku a zápěstí zaznamenáváme srdeční činnost, dýchání a třeba i případné arytmie. Miniaturní systémy sbírají data s každým úderem a závažné příznaky tak lze rozpoznat ihned, jakmile se projeví. Struktury MAX30001 [4] kromě toho vyhovují klinickým standardům EKG IEC60601-2-47.

Obr. 1 Měření má spoustu podob, zvláště když se dotýká i nás samotných [1]

První dva systémy sběru dat s optickým rozhraním využijí na vysílací straně tří stavitelných budičů LED, s nimiž dokážeme řídit až šest diod. Pokud se však rozhodneme pro dvojici prvků MAX86140 / MAX86141 pracujících v režimu master– slave, ovládneme se zdroji až dvanáct diod. Oba integrované obvody, které jinak spojuje hlavní napájení 1,8 V, 3,1 až 5,5 V pro budiče LED, podpora rozhraní SPI, zcela autonomní provoz, 128 wordů FIFO nebo např. kompaktní provedení pouzder typu WLP o rozměrech 2,048 × 1,848 mm, konečně odlišíme jedním nebo dvěma vstupy 19bitového A/D převodníku pro fotodiody.

Se světlem si víme rady

Jak ostatně vyplývá z dokumentu s výstižným názvem „Train Your Fitness Monitor to Deal with Any Lighting Conditions“ [5], optické měřicí systémy provozované v nositelné podobě provází přinejmenším dvě starosti. První se dotýká nestálých světelných podmínek během cvičení nebo jen v běžném životě – např. při jízdě autem, kdy se mohou s rychlými změnami světla a stínů ve výsledku pojit i artefakty – zásadní změny snímaného signálu, které malé střídavé průběhy účinně zamaskují, a mikroprocesor tak nemůže správně spočítat tepovou frekvenci. Druhou otázkou s podobnými důsledky zůstává pohyb samotného uživatele.

Obr. 2 Možnosti nových obvodů od Maximu nahrávají nositelným systémům [1]

Obvody MAX86141 proto staví na dvou fotodetektorech pracujících nikoli sekvenčně, ale souběžně. Paralelní provoz, kdy diody aktivujeme pouze jednou, tak znamená nejen nižší spotřebu (zde 184 μW při 25 vzorcích za vteřinu), ale dostáváme rovněž rozdílové signály korelované v čase, které nově upotřebíme při optické detekci pohybu a jeho kompenzaci.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik