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lino

Fortgeschrittener

1

07.01.2019, 12:40

Health-Solution mit Arduino: AD8232 Analog Heart Rate Sensor

Hallo und guten Tag liebe Knoppix - Community,

vorweg: Euch allen ein gutes tolles 2019!!

Bin gerade am Sichten der Möglichkeiten einer Health-Solution mit Raspi / Arduino.
Suche also grade noch ein gutes Beispiel biometrische Daten aufzunehmen.

- Puls
- Blutdruck
- EKG (wäre cool)
- etc.etx.

[sollten Messungen sein, die relativ schnell gehen u. v.a. auch die Leistungsfähigkeit von Arduiono zeigen.]

Also - ich dachte - an das Angebot biometr. Messungen. mit Raspi / Arduino. - ggf. auch noch mit der Moeglichkeit Daten ausdrucken zu lassen.

Während es hier große u. sehr elaboriete Loesungen gibt - solchen mit teuren Shields (z.B. dem e-health-shield für den Raspi für mehr als 200 Euro) hab ich mal günstigere gesucht: hier eine allererste relativ gut Übersicht - eine Sammlung aus Projekten die die verschiedensten biometr. Daten aufnehme.

https://ru-clip.net/rev/heart+rate+sensor+arduino/CMgBEAA

mit circa 40 Projketen von einfach bis aufwändig.

eine sehr sehr übersichtliche Lösung ist diese -

[b]DIY Heart rate monitor with a photoresistor and 2 op amps - ECG Pulse Oximeter circuit - mit einfachen OP Amps:

Zitat


DIY Heart rate monitor with a photoresistor and 2 op amps - ECG Pulse Oximeter circuit - mit einfachen OP Amps: This project is a variation of the ECG Pulse Oximeter circuit from Scott Harden( ru-clip.net/video/bKAJsZJvMI0/video.html )
the main differences are that this one uses aphotoresistor instead of a photodiode and does not require a led, in fact it just needs ambient light, it even works pretty well in low light conditions. For its realization you only need 2 general purpose op-amps, 3 if you don't want to use a dual voltage power supply. I've used two old lm741 (lm324 would work as well). In the right conditions of illumination you can even observe the systolic and diastolic blood pressure separated by the dicrotic notch, which coincides with the aortic valve closure.

DIY Heart (Anatomical Structure) circuit diagram Do It Yourself (Hobby) heart pulse pressure dicrotic Aorta (Artery) Electronics Gadget Technology Heart Rate Monitor Heart Rate (Literature Subject) oscilloscope blood oximeter detector heartbeat opamp Operational Amplifier (Invention) operational a Physics lm324 Health (Industry) amplifier photo resistor capacitor ceramic breadboard


Link: https://ru-clip.net/video/1b6AIaV0jck/di…-2-op-amps.html

https://www.youtube.com/watch?v=WDJWSvaDi2k

Darüber hinaus gibt es dann noch diesen Ansatz: AD8232 Analogl Heart Rate Sensor/Single Lead ECG Sensor For Arduino - mit einem AD8232 Analog Heart Rate Sensor/Single Lead ECG Sensor

Zitat


AD8232 Analogl Heart Rate Sensor/Single Lead ECG Sensor - For Arduino (SEN0213) and explaining how ECG works with microcontrollers like Arduino.
The AD8232 SparkFun Single Lead Heart Rate Monitor is a cost-effective board used to measure the electrical activity of the heart. This electrical activity can be charted as an ECG or Electrocardiogram and output as an analog reading. ECGs can be extremely noisy, the AD8232 Single Lead Heart Rate Monitor acts as an op amp to help obtain a clear signal from the PR and QT Intervals easily.
The AD8232 is an integrated signal conditioning block for ECG and other biopotential measurement applications. It is designed to extract, amplify, and filter small biopotential signals in the presence of noisy conditions, such as those created by motion or remote electrode placement.The AD8232 Heart Rate Monitor breaks out nine connections from the IC that you can solder pins, wires, or other connectors to. SDN, LO+, LO-, OUTPUT, 3.3V, GND provide essential pins for operating this monitor with an Arduino or other development board. Also provided on this board are RA (Right Arm), LA (Left Arm), and RL (Right Leg) pins to attach and use your own custom sensors. Additionally, there is an LED indicator light that will pulsate to the rhythm of a heart beat. Biomedical Sensor Pads and Sensor Cable are required to use the heart monitor and can be found in the Recommended Products section below. Note: This product is NOT a medical device and is not intended to be used as such or as an accessory to such nor diagnose or treat any conditions.


weitere Infos und Daten:
SparkFun Single Lead_Heart_Rate_Monitor-AD8232
https://www.analog.com/media/en/technica…eets/ad8232.pdf
https://www.sparkfun.com/products/12650


- Was haltet ihr von den o.g. Ansätzen?
- Welche Werte würdet ihr auch noch aufnehmen - mit messen!?
- Würdet ihr auf die AD8232 Ansatz setzen oder gibt es hier noch Moeglichkeiten die ich nicht erwähnt habe - vergessen oder übersehen habe?


Freue mich von Euch zu hoeren.

viele Grüße
[/b]

klaus2008

Meister

Beiträge: 2 701

Geschlecht: Männlich

2

15.01.2019, 00:27

Hallo lino!

Messen mit dem Arduino ist schon ein spannendes Thema! Je mehr man sich damit befasst, umso zahlreichere Möglichkeiten entdeckt man. Leider gibt es Experimente, die zunächst kostengünstig aussehen, weil man die Hardware günstig im Onlineshop bestellen kann, wie zum Beispiel das von Dir angesprochene Gerät mit einem AD8232. Jedoch ist es mit dem Sensormodul alleine nicht getan. Man benötigt außerdem eine Anschlussleitung und die dazu passenden Elektrodenpads, um Messungen durchzuführen. Die Elektrodenpads haben nur eine begrenzte Haltbarkeit und müssen aus hygienischen Gründen für jede Versuchsperson erneuert werden. Selbst bei einer kleinen Gruppe kommt man schon auf eine beachtliche Anzahl (3 für jede Person). Das sind dann plötzlich unerwartete Kosten, und eine Demonstration des Arduinos muss sorgfältig geplant werden.

Wie wäre es übrigens mit einem Infrarotsensor, um die Körpertemperatur zu kartographieren? Da müsste man vermutlich etwas recherchieren...

Ich wünsche Dir auch ein tolles 2019!

Viele Grüße
Klaus

lino

Fortgeschrittener

3

15.01.2019, 14:51

Hallo Klaus 2008

vielen Dank für deine Antwort. Freue mich sehr von Dir zu hoeren.
Hallo lino!

Messen mit dem Arduino ist schon ein spannendes Thema! Je mehr man sich damit befasst, umso zahlreichere Möglichkeiten entdeckt man. Leider gibt es Experimente, die zunächst kostengünstig aussehen, weil man die Hardware günstig im Onlineshop bestellen kann, wie zum Beispiel das von Dir angesprochene Gerät mit einem AD8232. Jedoch ist es mit dem Sensormodul alleine nicht getan. Man benötigt außerdem eine Anschlussleitung und die dazu passenden Elektrodenpads, um Messungen durchzuführen. Die Elektrodenpads haben nur eine begrenzte Haltbarkeit und müssen aus hygienischen Gründen für jede Versuchsperson erneuert werden. Selbst bei einer kleinen Gruppe kommt man schon auf eine beachtliche Anzahl (3 für jede Person). Das sind dann plötzlich unerwartete Kosten, und eine Demonstration des Arduinos muss sorgfältig geplant werden.

Wie wäre es übrigens mit einem Infrarotsensor, um die Körpertemperatur zu kartographieren? Da müsste man vermutlich etwas recherchieren...

Ich wünsche Dir auch ein tolles 2019!

Viele Grüße
Klaus

Das mit dem Infrarot-Sensor hoert auch sehr interessant an.


Bzgl. des Cardio-Monitors bin soeben noch über einen sehr sehr interessanten Ansatz gekommen: " real time ECG Signal Transmission for Remote Monitoring"

vgl https://www.ijedr.org/papers/IJEDR1303068.pdf



mir ist es ganz entschieden um die Demos von Funktionsprinzipien. Das unten genannte Beispiel finde ich unter diesem Blickwinkel sehr interessant:


- Einsatz von Arduino zum Messen
- Einsatz von ein paar OP-Amps die kleine Signale vertärken
- Einsatz von Filter - um Rauschen zu unterdrücken
- Integration von Matlab u. Simulink um digital noch zu filtern
- Einsatz von Zigbee /(Xbee) um Signale zu übertragen.

Zitat

Abstract - Our main objective is to implement a monitoring system which monitors the heart pulse of a patient. This work presents a novel easy-to-use system intended for the fast and non invasive monitoring of the Lead I electrocardiogram (ECG) signal by using a wireless steering wheel. The steering wheel used here is a prototype model. A novel heart rate detection algorithm based on the continuous wavelet transform has been implemented, which is specially designed to be robust against the most common sources of noise and interference present when acquiring the ECG in the hands. Skin Electrodes were used to record the nerve voltages for monitoring the heart pulse. The voltages recorded will be sent to an instrumentation amplifier which amplifies the signal, and then to a filter which filters the noise. Thus, analog signal is given to Analog-to-Digital Convertor (ADC) of Arduino. There, analog voltages are been converted to digital and that digital values will be stored in the EEPROM of Arduino. The values stored in EEPROM will be sent to PC via XBEE (IEEE 802.15.4) wirelessly and a serial port will be opened in the MATLAB by using a serial object. GUI is programmed to make the user interface interactive and simple. Using the real time plot, I've plotted the values received by XBEE module and making a running waveform which displays when the MATLAB sent a query to Arduino.

mehr auf https://www.ijedr.org/papers/IJEDR1303068.pdf

Die drei Autoren verfolgen halt das Ziel -zunächst mal das Signal analog kräftig zu verstärken - u. dann via Tiefpassfilter auch Störungen auszufiltern... ( siehe unten )


sehr sehr interessant:

Zitat

Internal circuit of INA126U
Instrumentation Amplifier The signal acquisition is the first consideration when an HRM is implemented. But the signal is too small and contains a lot of added noise. As we said above the signal extracted from the heart has amplitude of approximately 0.5mV. Since, it is necessary to amplify the signal and filter the noise, and then extract the QRS complex. An instrumentation amplifier is usually the very first stage in an instrumentation system. This is because of the very small voltages usually received from the probes need to be amplified significantly to be proceeding stages. We can summarize the reasons to use

instrumentation amplifier
1. Get differential signal
2. High input impedance
3. High CMRR

Output Stage AmplifierThe LMC6084 is a precision quad low offset voltage operational amplifier, capable of single supply operation. Performance characteristics include ultra low input bias current, high voltage gain, rail to rail output swing, and an input common mode voltage range that includes ground. These features, plus its low offset voltage, make the LMC6084 ideally suited for precision circuit applications.


Filter
A further stage in this is to use band pass filter. The reason for using band pass filter is to avoid the DC voltages created by the muscles and to avoid the high frequency component which is not of any use to us. The high pass filter section has a cut off of 0.5Hz and the low pass filter has cut off of 35Hz approximately. Since the low pass cut off is must lower than 50Hz, it helps in suppressing some of the 50Hz noise as well, which is a good thing. We preferred passive filter topology i.e. using only capacitor and resistors to filter out the signal. Passive filters of 2nd order are implemented and they require around 10 seconds of settling time. That means you need 10 seconds for the circuit to settle down and start showing you correct signal. Active filters if at all used would yield better result and the settling time for them is less than a second
Das sieht schon mal sehr gut aus..

Zitat


The above figure shows the filter schematic with values calculated using the equation: F = 1 / (2*pi*RC) - Anm. Nyquist eben... ;)

This stage receives the signal from the first stage i.e. INA126. After the filter stage comes the final amplification stage in which the filtered ECG signal is amplified using non inverting operational amplifier with a gain of 100 to 220. This stage is necessary to bring the ECG signal's peak to peak amplitude to around 2V approximately. Bringing the voltage level to 12V will yield a better resolution when given to the ADC of the microcontroller in later stage. A low amplitude signal given to ADC would require high resolution (>12bits) to be recognizable which would increase the cost and components. To avoid adding another ADC IC, we preferred to amplify the voltage level of the signal. The stage successive to this is where we will give the final ECG signal from the circuit to the analog digital converter of the microcontroller. We will discuss about the microcontroller later in this book. Once the data is digitized, we can transmit this information to the computer where we can digitally filter the signal and plot it in real time, or do whatever we want with.

Also der Ansatz ist sehr sehr interessant - er bringt damit einen Kurvenverlauf der um Störungen u.s.w. bereinigt ist.

Ferner sehr sehr intersessant - dass XBEE oder Zigbee hier eine Rolle spielt noch mit eingesetzt ist.

https://www.ijedr.org/papers/IJEDR1303068.pdf

Was allerdings noetit scheint

- Matlab
- Simulink

Damit bin ich nicht vertraut - ich finde es aber interessant sich hier mal einzuarbeiten.

Was wäre wenn ich das mal aufbaue mit den OP Amps - und dem Filter.

Dann zusätzlich Matlab und Simulink einrichte und guck ob ich das mit den Filter hinbekomme!?
Was meinst Du denn - ist das ein Ansatz!?

Freue mich von Dir wieder zu hoeren.

Viele Grüße

lino :)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »lino« (15.01.2019, 14:57)


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