Как работает датчик пульса смартфоне. Как работает пульсометр в спортивных часах

Если вы хотите лучше следить за своей общей физиологической способностью, необходимо внимательно отслеживать частоту сердечных сокращений. Как показала практика, наилучшим образом это можно сделать с помощью нагрудного монитора сердечного ритма. В нашем обзоре мы поможем вам выбрать лучший нагрудный пульсометр.

Пульсометр нагрудный и в спортивных часах/фитнес-браслете: в чем разница?

Трекеры для измерения пульса в нагрудных ремнях обеспечивают наиболее последовательное и точное считывание сердечных ударов, нежели спортивные часы на руке. Это благодаря более высокой частоте считывания и меньшему их колебанию на теле. Тем не менее, не все спортсмены считают ремень удобным, уж тем более, если пользователь не умеет . Больше всего он подойдет бегунам или велосипедистам, но не для фитнес залов. Некоторые пловцы используют нагрудный пульсометр, хотя есть замечания, что он сдавливает грудную клетку и приносит дискомфорт.

В настоящее время многие фитнес-браслеты и умные часы включают оптический датчик сердечного ритма. Вместо измерения электрических импульсов, как в случае с ремнем, он использует свет для чтения пульса кровотока через кожу. В то время как эти гаджеты более удобны, оптические сенсоры не так точны и не всегда являются лучшим выбором. Они не станут хорошим компаньоном для людей, которые участвуют в высокоинтенсивном интервальном тренинге и других тренировках, во время которых случаются резкие изменения в частоте сердечных сокращений.

Есть три группы ремней с пульсометрами: одна по беспроводной сети подключается к смартфону или ПК, а другая использует сочетание двух датчиков, которые общаются друг с другом. В данном случае, используется устройство на запястье — будь то спортивные часы или фитнес-браслет, — которое обеспечивает беспроводное соединение с нагрудным ремнем. Третья группа способна подключаться как к смартфонам и ПК, так и фитнес-браслетам и часам. Связь с периферийными устройствами осуществляется с помощью канала Bluetooth или ANT+.

Используя ремень первой группы, у спортсмена не будет немедленной обратной связи при работе с нагрудным пульсометром, поскольку он не имеет дисплея. Все данные из его памяти будут переданы на смартфон или ПК после тренировки. В противном случае, телефон придется брать с собой на пробежку.

Тренируясь с ремнем второй группы, есть возможность наблюдать сердечный ритм и другие данные прямо на экране часов во время занятий.

В любом случае, решать именно вам, какой вид предпочтительнее.

Топ 5 нагрудных пульсометров

Сегодня на рынке существует множество моделей ремней для точного отслеживания сердечного ритма. Мы предлагаем обзор нагрудных пульсометров, которые предоставляют самые точные данные ЧСС, по сравнению с фитнес-браслетами и спортивными умными часами.

Ремень Tickr X включает в себя датчик, который подсчитывает повторения во время силовой тренировки и записывает расширенные показатели упражнений, такие как вертикальные колебания тела и время контакта с землей во время бега, а также фиксирует скорость и расстояние. Любители велосипедов смогут оценить каденс при использовании приложения Wahoo Fitness.

Этот нагрудный ремень с пульсометром надежно отслеживает сердечный ритм во время тренировок и отправляет данные через ANT + и Bluetooth на любое устройство, которое у вас есть под рукой, будь то телефон на Android/iOS или какой-нибудь фитнес-трекер. Tickr X имеет встроенную память до 16 часов информации, которую вы можете просмотреть в приложении позже.

Устройство предоставляет обратную связь с пользователем с помощью двух небольших мигающих светодиодов, один из которых — красный — указывает на то, что ЧСС обнаружена, а другой — синий — оповещает о том, что Tickr X подключен к другому устройству.

Другим типом обратной связи является вибрация во время определенных действий пользователя. Например, когда трекер запрограммирован на запуск или остановку музыкального трека при касании к нему.

Fitness Tickr X не только позиционирует себя как пульсометр для бега с нагрудным датчиком, но и вполне подходит для любителей фитнеса. Он предлагает больше, чем любой другой нагрудный пульсометр из нашего списка, поэтому мы присвоили ему первое место в этом рейтинге.

Работа с большим количеством приложений
Водонепроницаемость
Обратная связь с пользователем
Есть Bluetooth и ANT+

На подключенном устройстве (спортивных часах или фитнес-браслете) можно просмотреть только данные ЧСС — другие показатели просматриваются лишь с помощью приложений
Непригоден для плавания

Разработанный специально для триатлетов, нагрудный пульсометр Garmin с маленьким и легким трекером регулируется для удобства как в воде, так и на суше. Этот ремень можно использовать не только пловцам, но и спортсменам в тренажерном зале в качестве традиционного монитора сердечного пульса. Трекер отправляет данные сердцебиения в реальном времени на сопряженные часы с помощью технологии беспроводной передачи ANT+ (вместо Bluetooth LE).

Когда вы плаваете, датчик сердечного ритма хранит до 20 ч информации о ЧСС, а затем, когда вы выходите из бассейна, он передает ее на подключенные часы Garmin. Это связано с тем, что сигналы ANT+ не могут проходить сквозь воду.

Нагрудный пульсометр HRM Tri совместим с такими моделями часов Garmin:

Кроме стандартных показателей сердечного ритма при беге, HRM Tri обеспечивает динамику движений, включая частоту шагов, вертикальное колебание тела и время контакта с землей (используя его с Epix, Fenix 3 и Forerunner 920 XT).

В бесплатном онлайн-сообществе Garmin Connect можно хранить данные, планировать свои тренировки и делиться результатами с другими пользователями. Вы можете просматривать подробные показатели плавания, включая графики сердечного ритма, скорость плавания, тип удара, картографирование и многое другое. А также отслеживать статистику активности: ежедневные шаги, расстояние и количество сожженных калорий.

Garmin HRM Tri — отличный нагрудный пульсометр для плавания, фитнеса, бега и езды на велосипеде с прочной конструкцией и точными показателями.

Водостойкость	5 АТМ (50 м)
Батарея	срок жизни 10 месяцев (три тренировки 1 час в день)
Цена	$129,99

Прочная конструкция
Подходит для плавания
Работает с часами Garmin

Дорогой
Только ANT + (нет Bluetooth LE)

Красивый и маленький нагрудный пульсометр Suunto Smart Belt прекрасно сочетается со спортивными часами Suunto AMBIT3 с использованием Bluetooth 4 Smart LE.

Главной чертой этого пульсометра для груди является то, что он не показывает информацию в реальном времени из-за отсутствия дисплея, а записывает все данные в память. Включить датчик пульса на ремешке можно с помощью приложения, доступное через смартфон или умные часы Suunto AMBIT3. Затем можно идти тренироваться: бегать, плавать, заниматься фитнесом. Точные данные о частоте сердечных сокращениях и сжигаемых калориях перейдут в программное обеспечение MOVESCOUNT для ведения журнала и последующего анализа. Выключить устройство необходимо также через ПО.

Поскольку пульсометр имеет технологию Bluetooth, он также будет работать с многими другими приложениями для фитнеса на iOS и Android.

Suunto Smart Belt — самый маленький Bluetooth Smart-совместимый датчик сердечного ритма на рынке, который измеряет сердечный ритм с большим комфортом и точностью.

Компактная удобная посадка
Предоставляет точные данные
Водонепроницаемый
Совместим как с iOS, так и Android
Работает с приложением-компаньоном на смартфоне

Со временем теряет эластичность, что приводит к плохому контакту с кожей, а в последствии — неточным данным
Плохо спроектированное и неудобное приложение MOVESCOUNT

Пульсометр нагрудного ремня Polar H10 имеет встроенную память, имея возможность хранить один тренировочный сеанс до 65 часов перед синхронизацией с телефоном. Включается датчик с помощью приложения в смартфоне, а затем по окончанию тренировки вы сможете просмотреть данные о своем сердечном ритме.

Отсутствие экрана на устройстве ремня не дает возможности обратной связи в реальном времени. Поэтому можно использовать его с совместимым оборудованием для тренажеров этой же компании, а также умными часами и велосипедными компьютерами Polar. H10 с помощью Bluetooth объединяется с большинством современных смартфонов (iOS, iPhone и Android) и работает с приложениями для занятий фитнесом.

Polar H10 не отслеживает сон, ежедневную активность и не считает шаги, однако в паре со спортивными часами Polar он намного улучшит чтение вашей производительности. А вместе с V800 вы можете получать данные о пульсе при плавании.

Компания известна хорошей работой своей продукции, поэтому нагрудный пульсометр Polar имеет отличную репутацию в плане надежности и точности показателей и почетное место в нашем рейтинге.

Водостойкость	3 АТМ (30 м)
Батарея	сменная (CR2025), 400 часов
Цена	$89

Комфортный при носке
Точные показания пульсометра
Хорошее время автономной работы
Водонепроницаемый
Работает со сторонними приложениями
Не требует использования смартфона
Передает данные о ЧСС в экшн-камеры GoPro Hero 4 и 5

Платные общие функции в собственном приложении
Высокая цена

Нагрудный датчик MZ-3 имеет уникальный подход к использованию данных о сердечном ритме. Он использует пульс для вознаграждения пользователя на основе индивидуальных уровней его усилий. По сути, вы получаете баллы, основанные на ударах по различным диапазонам сердечного ритма. Количество баллов увеличивается с ростом вашей интенсивности.

В приложении имеется статистика конкурентов, где можно сравнить свои очки с друзьями и знакомыми. Этот игровой подход может применяться к любому упражнению, будь вы гребцом, бегуном или велосипедистом.

Включается трекер в том случае, когда обнаруживает контакт с кожей. Здесь не будет проблем с разрядкой батареи, если вы забудете отключить пульсометр через приложение в смартфоне, как в других нагрудных ремнях. Но есть риск запустить пульсометр, держа его просто в ладони. В этом случае устройство при включении и выключении подает характерный звуковой сигнал, чтобы оповестить пользователя.

Поскольку MZ-3 отслеживает ваш сердечный ритм, а не движения или шаги, он может быть в значительной степени применен к любому виду спорта — даже плаванию, так как он водонепроницаем до 5 АТМ. Датчик MZ-3 поддерживает ANT+, что позволяет ему работать со сторонними приложениями, такими как Strava или MapMyFitness, давая возможность передавать в них данные пульса и маршруты GPS во время бега или езды на велосипеде. Есть также спортивные часы MyZone MZ-50, которые можно спаривать с ремешком, чтобы обеспечить живую статистику во время тренировок.

Если вам нужна мотивация, а также точный показатель того, как много вы прикладываете усилий, мы рекомендуем MyZone MZ-3. Усилия вознаграждаются. Это делает MyZone MZ-3 надежным выбором для всех, начиная от фитнес-новичков и заканчивая профессионалами.

Водостойкость	5 АТМ (50 м)
Батарея	7 месяцев
Цена	$130

Конкурентный элемент платформы MyZone мотивирует и стимулирует
Точные показания ЧСС
Мультиспортивная универсальность
Длительное время автономной работы

Не всегда очевидно, что трекер включен
Может сползать во время плавания и интенсивных тренировок
Родное приложение нуждается в дополнительных функциях
Высокая цена

Большинство мониторов сердечного ритма используют перезаряжаемые аккумуляторы. Однако некоторые используют батареи размером с батарейку в часах, которые иногда требуют замены.
Не все мониторы сердечного ритма являются водонепроницаемыми. Если вы хотите поплавать с помощью нагрудного ремня, выберите тот, который рассчитан на занятия в воде.
Чтобы очистить экран монитора и датчики сердечного ритма, аккуратно протрите их мягкой тканью. Для избавления от сильных пятен сначала слегка смочите ткань.
Для чистки ремней используйте теплую мыльную воду. Высушите ремни на воздухе под солнцем.

Сравнительная таблица характеристик

Для мобильных используйте горизонтальную прокрутку таблицы


Батарея	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2025	Сменный аккумулятор CR2032	USB, литиевый аккумулятор
Срок службы батареи	До 12 месяцев	10 месяцев (три тренировки 1 час в день)	До 500 часов	До 400 ч	7 месяцев автономной работы от заряда
Водостойкость	IPX7 (водонепроницаемый до 10 АТМ)	5 АТМ (50 м)	3 АТМ (30 м)	3 АТМ (30 м)
Датчик		Датчик сердечного ритма, акселерометр	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма
Связь	Bluetooth 4.0 и ANT + (двухдиапазонная технология)	ANT +	Bluetooth	Bluetooth (поддерживает одновременные подключения)	Bluetooth, ANT +
Внутреннее хранилище		Да	Да. До 3 часов данных тренировки	Да	Да. До 16 часов данных тренировки
Частота сердцебиения	Да	Да	Да	Да	Да
Изменчивость сердечного ритма	Нет	Да	Нет	Нет	Нет
Отслеживание	Калории, вертикальное колебание и время контакта с землей	Каденция, длина шага, время контакта с землей, баланс времени контакта с землей, вертикальное колебание и вертикальное соотношение	Данные о сердечном ритме в реальном времени и сжигаемых калориях	Следит за частотой сердечных сокращений с несколькими целевыми зонами, а также сжигаемыми калориями, сделанными шагами и расстоянием	Контролирует частоту сердечных сокращений, калории и время
Статистика плавания	Сердечный ритм	Сердечный ритм	Частота сердцебиения	Передаёт информацию о частоте сердечных сокращений во время плавания на устройства, поддерживающие передачу 5 кГц	Нет
Особенности	Работает с такими приложениями, как RunFit 7-минутная тренировка и многое другое Отслеживает каденс во время езду на велосипеде в паре с приложением Wahoo Fitness	Специально разработан для триатлетов		Совместимость с крытым тренажерным залом Подключение GoPro Дает возможность выбрать свое любимое занятие из более 100 спортивных профилей и получить голосовое руководство в режиме реального времени во время тренировки	Живое отображение данных через мобильное приложение, часы или тренажеры в спортзале Интернет-журнал с настройкой цели, биометрическими данными, задачами, статусом и социальными каналами

Помните: если у вас есть какие-либо опасения по поводу вашего здоровья или уровня физической подготовки, проконсультируйтесь с вашим врачом. И всегда полезно проконсультироваться с персональным тренером при разработке упражнений и целей. Берегите себя.

Для контроля частоты сердечных сокращений все кардиотренажеры оснащаются датчиками пульса. Штатно все беговые дорожки комплектуются проводными датчиками, которые имеют простое устройство, но высокую погрешность измерений.

Беспроводные датчики являются наиболее точными приборами измерения пульса, погрешность которых не превышает +/- 1 удар.

Пульс - это количество расширений артерии в момент выбросов крови сердцем за единицу времени. Нужно отметить, что пульс и частота сердечных сокращений (ЧСС) - это не одно и то же, хотя для физически здорового человека их значения действительно будут одинаковыми. Частота сердечных сокращений характеризуют работу нижних отделов сердца (желудочков) за единицу времени (минуту) и может значительно отличаться от частоты пульса. Такое явление можно наблюдать при нарушении ритма сердца (аритмии).

Нормы значений пульса

Каждый человек индивидуален и значения частоты сердечных сокращений могут значительно различаться для разных людей. Фактором, влияющим на ЧСС, является физическая подготовленность, степень тренированности сердца и организма в целом. Организм - это сложная система, в котором сердце решает задачу транспортировки кислорода всем тканям и органам.

Как правило, сердце тренированных спортсменов в состоянии покоя сокращается значительно реже сердца среднестатистического человека.

Нормой для здорового человека считается диапазон 60-90 ударов в минуту. При значениях пульса ниже 60 ударов в минуту наступает брадикардия, при учащенных значениях выше 90 ударов - тахикардия. Надо знать, что у новорожденного ребенка учащенное значение пульса до 140 ударов в минуту считается нормой, а пульс у женщины в сравнении с мужчиной выше на 5-10 ударов.

Значения пульса быстро растут при физических нагрузках, во время эмоциональных всплесков (гнев, страх, волнение), зависит от статистического положения тела (стоя, сидя), увеличивается после еды или после применения некоторых медикаментов.

Таблица 1 - Среднестатистические значения частоты сердечных сокращений для здорового человека.

Возраст	ЧСС в минуту
Новорожденный	135-140
6 месяцев	130-135
1 год	120-125
2 года	110-115
3 года	105-110
4 года	100-105
5 лет	93-100
7 лет	90-95
8 лет	80-85
9 лет	80-85
10 лет	78-85
11 лет	78-84
12 лет	75-82
13 лет	72-80
14 лет	72-78
15 лет	70-76
16 лет	68-72

Для чего необходимо контролировать пульс на беговой дорожке?

Чтобы тренировки были максимально эффективными, необходимо следить за частотой сердечных сокращений. Зона эффективности рассчитывается, исходя из значений максимальной частоты сердечных сокращений (МЧСС). Для мужчин МЧСС = 220 – возраст, для женщин это значение составляет МЧСС = 226 – возраст.

Условно целевые зоны можно разбить на четыре диапазона:

Зона общей оздоровительной нагрузки (щадящий режим): 50-60 % от МЧСС. Такая зона рекомендуется начинающим пользователям и людям, ведущим малоактивный образ жизни.
Зона умеренной нагрузки (общий режим): 60-70 % от МЧСС. Подходит для большинства тренировок, которые направлены на эффективное сжигание жира.
Зона повышенной нагрузки (продвинутый режим): 70-80 % от МЧСС. Рекомендуется для опытных людей с тренированным сердцем, целевая зона предназначена для укрепления сердечно-сосудистой системы.
Зона анаэробной нагрузки (кратковременный экстремальный режим): 80-90 % от МЧСС. Рекомендуется для спортсменов, работающих по индивидуальным программам в присутствии тренера.

Виды кардиодатчиков для беговых дорожек

Проводные датчики измерения пульса

Первые попытки электрически измерить пульс появились в начале 20 века. В 1902 году Виллем Эйнтховен с помощью струнного гальванометра получил первый электрический кардиосигнал. Вес его измерительного прибора составлял 270 кг, а вот принцип измерения дошел до наших времен. В основе измерений ЧСС лежит система отведений (треугольник Эйнтховена), который регистрирует момент электрического возбуждения желудочков.

Гальванометр, при помощи которого в 1902 году измеряли частоту сердечных сокращений

Современные беговые дорожки оснащаются проводными датчиками измерения пульса. Принцип работы таких датчиков прост: два электрода, расположенные на поручнях, измеряют разность потенциалов, а информацию по проводам передают в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) консоли. Там информация обрабатывается и выдается на экран.

Недостатком такой системы является высокая погрешность измерений (20-30%), неудобство использования и скорость отображения реальных значений.

Часто получается так, что лишь через 30-40 секунд удерживания датчиков можно судить об истинных значениях ЧСС.

На поручнях консоли имеются проводные датчики измерения пульса

Беспроводные датчики измерения пульса

Беспроводные кардиодатчики имеют простое устройство и ряд преимуществ в сравнении с проводными устройствами:

Максимально точные измерения ЧСС. Погрешность беспроводных датчиков +/- 1 удар в минуту
Удобство использования. Кардиодатчик при помощи специального пояса закрепляется в районе сердца. При помощи двух электродов происходит регистрация разности потенциалов. Электроды рекомендуется смачивать водой для хорошего контакта. Далее по радиоканалу передается аналоговый либо цифровой сигнал, который поступает на приемник консоли и отображается на экране.
Возможность использования кардиозависимых программ.

Беспроводные кардиодатчики для измерения пульса имеют более точные измерения частоты сердечных сокращений. Погрешность беспроводных датчиков +/- 1 удар в минуту

Недостатки такого метода несущественны:

Необходимость использования в датчике батарейки. При каждодневных тренировках заряда хватит на 1 год.
Неудобство использования кардиопояса при длительных тренировках.

Наиболее популярные беспроводные датчики измерения пульса

Для измерения пульса применяются беспроводные датчики, работающие в диапазоне частот 5 кгЦ. Датчики бывают кодированные (применяются в фитнес-залах), и некодированные (предназначенные для домашней эксплуатации).

Ведущим лидером на рынке пульсометров является компания Polar . Наряду с ней в продаже можно встретить пульсометры торговых марок Sigma, Beurer, Oregon, Garmin, Suunto. Самые бюджетные модели имеют маленький набор функций и идут в цене от 500 рублей. В среднем ценовом диапазоне от 3000 рублей можно встретить качественные и удобные пульсометры. Дорогие модели, предназначенные для интенсивного и профессионального использования, нередко имеют кодированный сигнал, продаются в районе 20000 рублей.

Многие модели беговых дорожек имеют в комплекте беспроводной кардиопояс, преимущественно фирмы Polar, работающий на частоте 5,4 кГц.

Как узнать можно ли использовать беспроводной кардиодатчик на своем тренажере?

Перед покупкой беговой дорожки стоит уточнить наличие телеметрического приемника ЧСС в данной модели. Такую техническую информацию можно получить на официальном сайте продавца, либо в инструкции по эксплуатации тренажера.

Подключение кардиодатчика

Если кардиодатчик включается впервые, то необходимо установить батарейку питания, которая также поставляется в комплекте. Далее контактируемая с телом поверхность кардиодатчика смачивается водой и кардиопояс фиксируется на груди. После включения тренажера происходит автоматическое согласование устройств.

Sasmsung Galaxy S5 - отличный современный смартфон, но ничто в нём не удивляет больше, чем встроенный датчик сердцебиения, который связан с фирменным приложением S Health. Датчик, который имеет очень маленький размер и располагается на тыльной стороне устройства сразу под камерой дает весьма точные данные об уровне Вашего сердечного ритма. Вы можете его узнать во время утренней пробежки или в любое другое время. Давайте же разберемся в том, как его использовать!

О ЧЁМ СТАТЬЯ?

Действия

1. Откройте обзор приложений

Сделайте это, нажав «Приложения» в правом нижнем углу экрана.

2. Запустите приложение «S Health»

В пользовательском интерфейсе S Health вы должны увидеть значки в верхней части, которые сообщают вам показания шагомера, подсчитанные калории, а также потребление калорий, которое вы зарегистрировали в приложении. Ниже вы увидите некоторые значки, с которыми вы можете взаимодействовать.

3. На главной странице приложения нажмите на Heart Rate

Это зеленый значок с белым сердцем внутри.

4. Прикоснитесь пальцем к датчику сердцебиения под камерой, он загорится красным цветом

Удерживайте его в таком положении несколько секунд пока данные не считаются. Обратите внимание, что первые пару раз смартфон может не считать Ваши показатели. Датчик очень восприимчив к движениям, влажности и другим факторам. Чтобы улучшить качество съема показателя рекомендуем следовать следующим советам:

Используйте датчик только сухим пальцем

Удерживайте палец на датчике столько, сколько можете. Не торопитесь!

Не кричите! Сильный шум может повлиять на работу датчика.

Если считывание показателя не происходит, попробуйте задержать дыхание. Иногда это помогает.

Это интересно

Согласно Samsung, установка датчика сердечного ритма является результатом недавней тенденции пристального контроля здоровья, и одной из идей фирмы - «усилия компании Samsung направлены на удовлетворение потребностей и предпочтений людей». После объяснения технических особенностей измерения частоты сердечных сокращений, Samsung говорит о том, почему они добавили в смартфон датчик сердечного ритма вместо какой-либо другой интересной функции. «Частота сердечных сокращений является одним из наиболее часто измеряемых показателей здоровья. Датчик сердечного ритма позволяет проверить в каком режиме работает ваше сердце до, во время и после тренировки». Флагман и носимые устройства всегда под рукой, это и побудило компанию добавить в них такую функцию.

По многочисленным просьбам читателей нашего блога, в дополнение к материалам по самостоятельной сборке электрокардиографа , публикуем все необходимое для сборки пульсометра. Измерять ЧСС будем оптическим методом "на отражение". В качестве датчика используется светодиод и фотоприемник, монтируемые в корпус прибора. Вы же можете сделать свой датчик любой другой конструкции (например, датчик "на просвет" из бельевой прищепки). Вашему вниманию представляем первую публичную (на самом деле - восьмую опытную) версию устройства "Pulse Lite" .

Уважаемые радиолюбители, обращаю ваше внимание, что фотоплетизмограф - устройство сложное , в котором при сборке можно наделать массу ошибок, и с "двух пинков" оно не заведется. Если вы собираетесь собирать устройство из того, что у вас есть под рукой, заменяя приведенные на принципиальной схеме детали и номиналы, учтите, что, скорее всего, устройство работать не будет. Даже домашний кардиограф "ECG Lite" в этом плане намного менее привередлив. Не следует потом пенять на разработчиков за потраченное впустую время, текстолит и радиодетали. Если Вам нужен пульсометр из парочки усилителей, светодиода и фотоприемника, используйте другие схемы, .

Первые трудности

Пару слов о том, почему фотоплетизмограф намного сложнее, чем кардиограф, с точки зрения схемотехники.

Вспомним, что электрокардиограф регистрирует электрические потенциалы, наводимые электрической активностью сердечной мышцы на теле. Эти самые бипотенциалы не имеют сильных отличий у разных людей, и в норме амплитуда сигнала (от конечностей) составляет 1 ± 0,2 мВ.

Пульсограф регистрирует сигналы оптическим методом - фотоприемник регистрирует изменение интенсивности света (в качестве источника выступает светодиод), прошедшего через палец (или рассеянного им - для датчика "на отражение"), вызванное насосной работой нашего сердца - периодическим увеличением кровенаполнения тканей.

Казалось бы, ничего сложного, если бы не два главных "НО" . Кровенаполнение, эластичность сосудов, давление и, самое главное, - толщина кожного покрова у людей отличаются чрезвычайно сильно . Это приводит к тому, что уровень постоянной засветки фотоприемника (на который влияет наша кожа и размер пальцев) и уровень переменной составляющей (давление, сосуды, состояние кровоснабжения в конечностях и проч.) отличаются у разных людей в сотни раз.

Для создания пульсографа нужны цепи формирования сигнала (драйвер) источника света, сложные инфра-низкочастотные усилители (ЭКГ - более высокочастотный сигнал), цепи, подавляющие помехи от постоянной засветки сторонних источников; а также хитрые цепи автоматической регулировки усиления.
Можете, для интереса, сравнить цены профессиональных кардиографов и пульсоксиметров (последние - намного дороже).
Надеюсь, мы вас достаточно напугали 🙂 , чтобы пропало желание собрать фотоплетизмограф самому. Не пропало? Тогда читайте дальше.

Характеристики прибора

Если вы все сделали правильно - без ошибок в плате и изменений схемы и без бракованных деталей, то на выходе вы получите устройство, которое порадует Вас следующими фичами:

регистрирует пульсовую волну датчиком, состоящим из светодиода и фотоприемника (можно делать датчик на просвет или на отражение);
передает сигнал в ПК по USB, а ПО для ПК умеет немало:
вычисляет мгновенную ЧСС;
выполняет контурный анализ пульсовой волны и анализ вариабельности сердечного ритма;
записывает фотоплетизмограмму любой длительности в файл;
выполняет автоматизированную диагностику (база диагнозов настраивается);
выводит на печать результаты исследований.

Ограничения данного компьютерного пульсографа:

не работает с прищепками Nellcor и ушными клипсами с Aliexpress!
не работает с последней версией программы Pulse Lite Control!
не измеряет оксигенацию!

Еще раз повторюсь: схема, плата и прошивка пульсометра - первой хорошо отлаженной версии фотоплетизмографа "Pulse Lite" , поэтому с прищепкой Nellcor не работает, с последней версией ПО тоже не работает. "Открывать" последнюю версию пульсографа Pulse Lite не планируем.

Все для самостоятельного изготовления

Принципиальную схему и всё необходимое для изготовления платы в домашних условиях по ЛУТ (в формате pdf) качайте по данной ссылке. В архиве находятся, помимо схемы, готовые к распечатке (учтите, зеркалить уже ничего не нужно, печатать без масштабирования, т.е. 1:1!) верхняя и нижняя стороны платы, карта переходных отверстий (вид сверху и снизу), карта расположения элементов.

Хитрости при построении схемных решений

Автор этих строк предполагает, что вы уже скачали и увидели электрическую схему фотоплетизмографа. Если вы читаете дальше, значит, желание сделать прибор все еще не пропало, и это не может не радовать 🙂 . Только таким упорным читателям мы и откроем главные тайны создания нашего девайса. Итак, чтобы принципиальная схема фотоплетизмографа стала более понятной, проясним самые важные технические решения и причины, побудившие внедрить таковые в наш прибор.

Одна из проблем фотоплетизмографии уже была нами озвучена - это чувствительность прибора к засветкам сторонних источников, влияние которых очень сложно исключить столь очевидным применением фильтрующих цепей, потому что полезный сигнал лежит в том же диапазоне частот, что и НЧ помехи (от долей до десятков Герц). Для усиления полезного сигнала (фотоплетизмограммы) было принято решение использовать принцип модуляции - демодуляции, который заключается в следующем:

Переносим полезный сигнал в область высоких частот. Для этого светодиод питается не постоянным током, а переменным, частотой 5 кГц. Таким образом формируется несущий сигнал высокой частоты. При прохождении через палец интенсивность света (пульсирующего с частотой 5 кГц) меняется из-за периодических колебаний кровенаполнения. Следовательно, на фотодетектор попадает ВЧ сигнал, промодулированный по амплитуде полезным сигналом фотоплетизмограммы.
Далее вполне безопасно и относительно просто выполняем фильтрацию низкочастотных помех, обусловленных сторонней засветкой, поскольку спектр полезного сигнала лежит в ВЧ диапазоне (5 кГц).
Усиливаем ВЧ сигнал классическими усилителями на дешевых операционниках.
Выполняем амплитудное детектирование для извлечения полезного низкочастотного сигнала (огибающей).
Фильтруем и усиливаем сигнал низкой частоты.

Проблему №2 (разное кровенаполнение, толщина кожных покровов и прочее) решали реализацией автоматической регулировки коэффициента усиления высокочастотного и низкочастотного усилительных каскадов.

Собственно говоря, это все хитрости, которые, с одной стороны, усложнили схему до безобразия, с другой - сделали возможным создание фотоплетизмографа, который стабильно регистрирует пульсовую волну не только у пациента, который его разрабатывал, а у всех желающих, и который построен на базе недорогих электронных комплектующих, доступных в каждом уважающем себя магазине радиодеталей.

Поясняем схемотехнику

Теперь перейдем к подробностям. Питание фотоплетизмограф получает от ПК по кабелю USB. Гальваническая развязка прибора с ПК не реализована, поскольку при регистрации пульса электрического контакта с пациентом нет. Повышающий импульсный преобразовать питания на базе boost-контроллера NCP1406, выход которого подключен к удвоителю напряжения со средней точкой, подключенной к общему проводу GND, обеспечивает двуполярное питание ± 4В для усилительного тракта, генератора и драйвера светодиода. Питание контроллера обеспечивается отдельно от всей аналоговой части линейным стабилизатором на 3,3В NCP1117ST33T3G, поскольку для работы устройства с ПК по USB (прибор работает как HID-совместимое устройство) на линиях контроллера D+ и D- уровни не должны превышать 3,3В. Можно, конечно, поставить на линиях D+ и D- стабилитроны на 3,3В, сбрасывающие лишнее напряжение, но это приводит к лишнему потреблению, да и сама по себе развязка цепей питания аналоговой и цифровой части - это всегда плюс.

Генератор на базе микросхемы ОУ TL072 (каскад DA1:A) формирует синусоидальный сигнал, драйвер питания светодиода (DA1:B) обеспечивает электрический ток через светодиод, сила которого пропорциональна выходному напряжению генератора. Вместе генератор и драйвер обеспечивают пульсирующее излучение светодиода X1 с частотой 5 кГц и минимальными высшими гармониками. Питание светодиода прямоугольными импульсами приводит к значительному искажению полезного сигнала высшими гармониками после детектирования, поэтому и питаем светодиод синусом.

Фотодиод включен в режиме фотогальванического элемента (без внешнего обратного напряжения), R29 - нагрузочный резистор, который позволяет увеличить быстродействие датчика при таком включении. Конденсаторы C29 и C36 позволяют убрать постоянную составляющую сигнала, которая вызвана сторонними засветками. После первого ВЧ каскада усиления установлен регулируемый микроконтроллером резистивный делитель (на цифровом потенциометре MCP41010, управляемом по интерфейсу SPI).
Поскольку питание MCP41010 однополярное (+4В), ВЧ сигнал смещаем на половину питания (R35-R37). После ослабления сигнала делителем (с заданным контроллером ATMega уровнем ослабления) постоянное смещение убираем конденсатором C31, а ВЧ сигнал подаем на вход ВЧ усилителя с частотно-избирательными цепями в обратной связи (с максимумом усиления на 5 кГц) и далее на амплитудный детектор VD7-R28-C28 для извлечения полезного сигнала ФПГ (демодуляции).

Уровень ослабления сигнала резистивным делителем в ВЧ тракте подбирается исходя из величины постоянной составляющей, измеряемой АЦП контроллера на выходе детектора ADC_AMP.

После амплитудного детектирования полезный сигнал поступает на повторитель на ОУ, который служит для согласования сопротивлений, и усилитель низкой частоты на составном транзисторе VT1-VT2. Схема Дарлингтона позволяет получить минимальный уровень инфранизкочастотных шумов при высоком усилении НЧ сигнала. После усилительного НЧ каскада сигнал подается на цифровой потенциометр MCP41010 и последний каскад усиления DA2:A. Уровень ослабления сигнала потенциометром подбирается исходя из размаха сигнала, измеряемого на входе АЦП контроллера ADC_IN.

Цифровая часть фотоплетизмографа построена на базе микроконтроллера семейства AVR ATMega48. Контроллер осуществляет автоматическую регулировку усиления высокочастотных и низкочастотных каскадов, измеряет сигналы на каналах АЦП (постоянная составляющая ФПГ после демодуляции ADC_AMP и усиленный сигнал пульсограммы ADC_IN).

Итог - схема фотоплетизмографа далека от тривиальной. В ней нет лишних деталей и электрических соединений. Если вы собираетесь использоваться нашу прошивку пульсометра и нашу программу для ПК, ничего не меняйте в схеме. Если вам нужны только идеи, а реализовать собираетесь свой девайс со своей программной частью - набивайте себе шишки экспериментируйте на здоровье!

Программирование микроконтроллера

Программируется контроллер через разъем для внутрисхемного программирования X3 по интерфейсу SPI c помощью программатора STK-500, ucGoZillla , USBtiny или др. Для прошивки контроллера вам также потребуется среда Atmel AVR Studio, которую можно скачать на официальном сайте Microchip .

При программировании микроконтроллера настройки установите согласно скриншотам ниже (внимательно отнеситесь к данному пункту, дабы не превратить контроллер в "кирпич").

Что можно

Использовать схему (или ее части) в любых Ваших проектах (в том числе коммерческих).
Собирать компьютерный фотоплетизмограф для себя и своих близких, для научных экспериментов и других благих целей.
Написать в комментариях на сайте о проблемах или успехах в сборке прибора.
Сообщить в комментариях о неясностях, неточностях, о неполноте материалов по сборке фотоплетизмографа.
Сообщить в комментариях на сайте о возможных ошибках в материалах по сборке пульсографа.
Предлагать в комментариях более разумные технические решения для задач регистрации пульсовой волны.
Делиться информацией о сборке прибора на тематических блогах, форумах со ссылкой на первоисточник.
Оставлять ссылку на наш сайт в качестве благодарности авторам проекта.

Что нельзя

Просить исходные коды прошивки и программы для ПК 🙂 .
Требовать от нас написать дополнительные материалы любого содержания на тему компьютерного фотоплетизмографа (техническое задание, бизнес-план, диплом, паспорт на изделие и т.д.).
Просить разместить открытые материалы по сборке последней версии компьютерного фотоплетизмографа "Pulse Lite".
Менять схему пульсографа по своему усмотрению, а потом ругать разработчиков за неработающий результат.
Критиковать схемные решения без весомых аргументов и разумных предложений.

В Интернете вы без большого труда найдете более простые и дешевые схемы датчиков пульса. Наш прибор не для тех, кому просто захотелось "скоротать вечерок за паяльником и поиграть с ЧСС". Здесь мы опубликовали схему нашего восьмого по счету опытного образца фотоплетизмографа, поэтому можем с уверенностью сказать - данный прибор позволит вам зарегистрировать пульсовую волну с минимальным уровнем шума у абсолютного большинства людей. Вам не придется крутить ручки подстроечных резисторов, чтобы увидеть на экране пульс. По форме пульсовой волны вы сможете посчитать индексы жесткости и отражения, а не только мгновенную ЧСС (тем более, что программа всё сделает для вас). Данный прибор - не китайская игрушка, с "недопиленным" ПО и глюкавой прошивкой, и не поделка, сделанная навесным монтажом из "старого распая". Это полноценный компьютерный фотоплетизмограф, который может стать надежным помощником в вопросах объективного контроля вашего здоровья.

Спасибо за внимание к нашим разработкам и всем успехов в сборке вашего домашнего пульсографа!

пульсометр схема фотоплетизмограф схема пульсоксиметр своими руками пульсометр своими руками схема фотоплетизмографа купить фотоплетизмограф купить ведапульс схема элдар датчик пульса самому датчик пульса схема

Пульс - это ритмичные колебания стенок кровеносных сосудов, происходящие во время сокращений сердца. Измерения пульса очень важны для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Важно следить за изменениями сердечного ритма, чтобы не допустить перегрузки организма, особенно во время занятий спортом. Один из понятных параметров пульса – частота пульса. Измеряется в количестве ударов в минуту.

Рассмотрим доступный датчик для измерения сердечного ритма – Pulse Sensor (рисунок 1).

Рисунок 1. Датчик пульса

Это аналоговый датчик, основанный на методе фотоплетизмографии - изменении оптической плотности объема крови в области, на которой проводится измерение (например, палец руки или мочка уха), вследствие изменения кровотока по сосудам в зависимости от фазы сердечного цикла. Датчик содержит источник светового излучения (светодиод зеленого цвета) и фотоприемник (рис. 2), напряжение на котором изменяется в зависимости от объема крови во время сердечных пульсаций. Это график (фотоплетизмограмма или ППГ-диаграмма) имеет форму, представленную на рис. 3.

Рисунок 2.

Рисунок 3. Фотоплетизмограмма

Датчик пульса усиливает аналоговый сигнал и нормализует относительно точки среднего значения напряжения питания датчика (V/2). Датчик пульса реагирует на относительные изменения интенсивности света. Если количество света, падающего на датчик остается постоянным, величина сигнала будет оставаться вблизи середины диапазона АЦП. Если регистрируется большая интенсивность изучения, то кривая сигнала идет вверх, если меньше интенсивность, то, наоборот, кривая идет вниз.

Рисунок 4. Регистрация удара пульса

Наш датчик пульса мы будем использовать для измерения частоты пульса, фиксируя промежуток между точками графика, когда сигнал имеет значение 50% от амплитуды волны во время начала импульса.

Технические характеристики датчика

Напряжение питания - 5 В;
Ток потребления - 4 мА;

Подключение к Arduino

Датчик имеет три вывода:

VCC - 5 В;
GND - земля;
S - аналоговый выход.

Для подключения датчика пульса к плате Арудино необходимо контакт S датчика подсоединить к аналоговому входу Arduino (рисунок 5).

Рисунок 5. Подключение датчика пульса к плате Arduino

Пример использования

Рассмотрим пример определения значения частоты импульса и визуализации данных сердечного цикла. Нам понадобятся следующие детали:

плата Arduino Uno
датчик пульса

Сначала подключим датчик пульса к плате Arduino согласно рис. 6. Загрузим на плату Arduino скетч из листинга 1. В данном скетче мы используем библиотеку iarduino_SensorPulse.

Листинг 1 //сайт // подключение библиотеки #include // создание экземпляра объекта // подключение к контакту A0 iarduino_SensorPulse Pulse(A0); void setup() { // запуск последовательного порта Serial.begin(9600); // запуск датчика пульса Pulse.begin(); } void loop() { // если датчик подключен к пальцу if(Pulse.check(ISP_VALID)==ISP_CONNECTED){ // печать аналогового сигнала Serial.print(Pulse.check(ISP_ANALOG)); Serial.print(" "); // печать значения пульса Serial.print(Pulse.check(ISP_PULSE)); Serial.println(); } else Serial.println("error"); } Вывод данных в монитор последовательного порта Arduino (рис. 6).

Рисунок 6. Вывод данных аналогового значения и частоты пульса в монитор последовательного порта.

Для получения графика фотоплетизмограммы на экране компьютера будем использовать хорошо знакомую Ардуинщикам среду программирования Processing, похожую на Arduino IDE. Загрузим на плату Arduino скетч (PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip), а на компьютере из Processing загрузим скетч (PulseSensorAmpd_Processing_1dot1.zip). Передаваемые с платы Arduino в последовательный порт данные, мы будем получать в Processing и строить график (рис. 7).

Рисунок 7. Визуализация данных в Processing.

Еще один вариант визуализации (для компьютеров Mac) – программа Pulse Sensor. Она также получает данные, приходящие в последовательный порт от Arduino (скачать скетч PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip) и выводит график, уровень сигнала и значение пульса (рис. 8).