Capteur de rythme cardiaque – Fonctionnement et application

Qu'entendez-vous par Heartbeat ?

Le rythme cardiaque d'une personne est le son des valves de son cœur qui se contractent ou se dilatent alors qu'elles forcent le sang d'une région à une autre. Le nombre de battements cardiaques par minute (BPM) est le rythme cardiaque et le rythme cardiaque qui peut être ressenti dans n'importe quelle artère proche de la peau est le pouls.

Deux façons de mesurer un rythme cardiaque

• Manuel  : Le rythme cardiaque peut être vérifié manuellement en vérifiant son pouls à deux endroits :le poignet (le pouls radial ) et le cou (pulse carotidien ). La procédure consiste à placer les deux doigts (index et majeur) sur le poignet (ou le cou sous la trachée) et à compter le nombre d'impulsions pendant 30 secondes, puis à multiplier ce nombre par 2 pour obtenir le rythme cardiaque. Cependant, la pression doit être appliquée au minimum et les doigts doivent également être déplacés de haut en bas jusqu'à ce que le pouls soit ressenti.

• Utiliser un capteur  :Le rythme cardiaque peut être mesuré en fonction de la variation de la puissance optique lorsque la lumière est diffusée ou absorbée pendant son trajet dans le sang lorsque le rythme cardiaque change.

Principe du capteur de rythme cardiaque

Le capteur de rythme cardiaque est basé sur le principe de la photopléthysmographie. Il mesure le changement de volume de sang à travers n'importe quel organe du corps qui provoque un changement de l'intensité lumineuse à travers cet organe (région avasculaire). Dans le cas d'applications où la fréquence cardiaque doit être surveillée, la synchronisation des impulsions est plus importante. Le débit du volume sanguin est déterminé par la fréquence des impulsions cardiaques et puisque la lumière est absorbée par le sang, les impulsions de signal sont équivalentes aux impulsions cardiaques.

Il existe deux types de photopléthysmographie :

Transmission  :La lumière émise par le dispositif électroluminescent est transmise à travers n'importe quelle région vasculaire du corps comme le lobe de l'oreille et reçue par le détecteur.

Réflexion :La lumière émise par le dispositif électroluminescent est réfléchie par les régions.

Fonctionnement d'un capteur de rythme cardiaque

Le capteur de rythme cardiaque de base se compose d'une diode électroluminescente et d'un détecteur comme une résistance de détection de lumière ou une photodiode. Les impulsions cardiaques provoquent une variation du flux sanguin vers différentes régions du corps. Lorsque le tissu est illuminé avec la source lumineuse, c'est-à-dire la lumière émise par la LED, il réfléchit (un tissu de doigt) ou transmet la lumière (lobe de l'oreille). Une partie de la lumière est absorbée par le sang et la lumière transmise ou réfléchie est reçue par le détecteur de lumière. La quantité de lumière absorbée dépend du volume sanguin dans ce tissu. La sortie du détecteur se présente sous la forme d'un signal électrique et est proportionnelle à la fréquence cardiaque.

Ce signal est un signal DC relatif aux tissus et au volume sanguin et la composante AC synchrone avec le rythme cardiaque et provoquée par des changements pulsatiles du volume sanguin artériel se superpose au signal DC . Ainsi, la principale exigence est d'isoler ce composant AC car il est d'une importance primordiale.

Pour obtenir le signal AC, la sortie du détecteur est d'abord filtrée à l'aide d'un HP à 2 étages -LP et est ensuite converti en impulsions numériques à l'aide d'un circuit comparateur ou à l'aide d'un simple ADC. Les impulsions numériques sont transmises à un microcontrôleur pour calculer la fréquence cardiaque, donnée par la formule-

BPM (battements par minute) =60*f

Où f est la fréquence d'impulsion

Capteur de rythme cardiaque pratique

Des exemples pratiques de capteurs de rythme cardiaque sont les capteurs de fréquence cardiaque (produit n° PC-3147). Il se compose d'une led infrarouge et d'un LDR intégré sur une structure en forme de clip. Le clip se fixe sur l'organe (lobe de l'oreille ou doigt) avec la partie détecteur sur la chair.

Un autre exemple est TCRT1000 , ayant 4 broches-

Pin1 :Pour donner la tension d'alimentation à la LED

Les broches 2 et 3 sont mises à la terre. La broche 4 est la sortie. La broche 1 est également la broche d'activation et la tirer vers le haut allume la LED et le capteur commence à fonctionner. Il est intégré à un appareil portable qui peut être porté au poignet et la sortie peut être envoyée sans fil (via Bluetooth) à l'ordinateur pour traitement.

Application développant votre système de capteur de rythme cardiaque

Un système de capteur de rythme cardiaque de base peut également être construit à l'aide de composants de base comme un LDR, un comparateur IC LM358 et un microcontrôleur comme indiqué ci-dessous

Comme décrit ci-dessus concernant le principe d'un capteur de rythme cardiaque, lorsque le tissu du doigt ou le tissu du lobe de l'oreille est illuminé à l'aide d'une source lumineuse, la lumière est transmise après avoir été modulée c'est-à-dire qu'une partie absorbé par le sang et le reste étant transmis. Cette lumière modulée est reçue par le détecteur de lumière.

Ici, une résistance dépendante de la lumière (LDR) est utilisée comme détecteur de lumière. Il fonctionne sur le principe que lorsque la lumière tombe sur la résistance, sa résistance change. Lorsque l'intensité lumineuse augmente, la résistance diminue. Ainsi, la chute de tension aux bornes de la résistance diminue.

Ici, un comparateur est utilisé qui compare la tension de sortie du LDR à celle de la tension de seuil. La tension de seuil est la chute de tension aux bornes du LDR lorsque la lumière à intensité fixe, provenant de la source lumineuse, tombe directement sur celui-ci. La borne inverseuse du comparateur LM358 est connectée à l'agencement de diviseur de potentiel qui est réglé sur la tension de seuil et la borne non inverseuse est connectée au LDR. Lorsque le tissu humain est éclairé à l'aide de la source lumineuse, l'intensité de la lumière diminue. Lorsque cette intensité lumineuse réduite tombe sur le LDR, la résistance augmente et, en raison de la chute de tension, augmente. Lorsque la chute de tension aux bornes du LDR ou de l'entrée non inverseuse dépasse celle de l'entrée inverseuse, un signal logique haut est développé à la sortie du comparateur et dans le cas où la chute de tension est moindre, une sortie logique bas est développée. Ainsi, la sortie est une série d'impulsions. Ces impulsions peuvent être transmises au microcontrôleur qui traite en conséquence les informations pour obtenir la fréquence cardiaque et cela est affiché sur l'écran interfacé avec le microcontrôleur.

Explication vidéo sur le schéma du circuit du capteur de rythme cardiaque