Contador de ritmo cardiaco

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CONTADOR DE RITMO CARDIACO

0.INTRODUCCIÓN.

En el presente documento se resume el proceso de diseño y construcción de un contador del ritmo cardíaco, el cual es un dispositivo que sirve para cuantificar la cantidad de pulsos o latidos cardíacos de una persona en un minuto. La frecuencia de latido del corazón es uno de los primeros valores que se tienen en cuenta a la hora de hacer cualquierexamen al funcionamiento del organismo.

La función del circuito que vamos a diseñar consistirá en tomar los latidos dados por el corazón mediante la colocación de un sensor de infrarrojos en un dedo. Este sensor tendrá un emisor de luz infrarroja a un lado del dedo y al otro lado del dedo tendremos el receptor de esta luz. Según varíe la opacidad de nuestro dedo, el receptor recibirá más omenos luz y esta opacidad dependerá de la cantidad de sangre que halla circulando por nuestro dedo que a su vez depende de la frecuencia con la que lata el corazón.

Este sensor nos proporcionará una señal eléctrica que mediante un sistema de amplificación y filtros aplicaremos una señal eléctrica a un pequeño altavoz y un diodo led los cuales sonarán y se encenderán, una vez por latido,respectivamente.

El circuito que montaremos para conseguir este fin será el siguiente.


Visto así podría parecer algo complicado el análisis global del sistema, pero lo analizaremos por partes, calculando las resistencias y condensadores según vayan siendo necesarios. En el circuito podríamos diferenciar cinco partes:

1) La primera parte sería la red compuesta por el diodo led de infrarrojosjunto con el fotodiodo, el divisor de tensión de resistencias Rw y Rx que componen el SISTEMA SENSOR. Este sistema me dará una tensión Vi en función de la tensión que caiga en la resistencia Ri. Esta tensión Vi será proporcional a la intensidad que circula por Ri y al valor de ésta.
2) La segunda parte estaría compuesta por el AMPLIFICADOR NO INVERSOR que me amplificaría la señal Vi por un ciertovalor dándome V1 a su salida
3) La tercera parte sería un FILTRO PASABANDA que solamente me dejase pasar un cierto rango de frecuencias de la señal V1 y que me atenuaría las señales con frecuencias mucho mayores a la de latido del corazón. Me dará la salida V2.
4) La cuarta parte estará compuesta por un amplificador operacional COMPARADOR que me comparará la señal V2 proveniente del filtropasabanda con una señal continua de 3V captada de un divisor de tensión, dándome a la salida V3. Esta V3 tendrá un nivel positivo solamente cuando queramos escuchar el altavoz, es decir, cuando halla un latido.
5) Por último la quinta parte será la ETAPA DE SALIDA de nuestro circuito, compuesta por un transistor, el diodo led y la carga que será un altavoz de 8Ω.
A continuación realizaremos loscálculos de resistencias y condensadores parte por parte y comprobaremos esos resultados mediante la simulación con Orcad.

1.SISTEMA SENSOR.
El circuito que corresponde a esta parte sería el siguiente.

Para comenzar, decidí polarizar el led y el fotodiodo a una tensión de 5V ya que tanto los ejemplos que pude encontrar, como las hojas de características del diodo y fotodiodo aplicados veníanreferenciados a ese valor de tensión de polarización.
Para obtener esta tensión de 5V se coloca un divisor de tensión compuesto por Rw y Rx. Los valores de estas resistencias son:

Una vez obtenidos estos valores, calcularemos la Rlim. Según las hojas de características del fabricante del led usado (LD274) la intensidad máxima que puede circular por el diodo If = 100mA. Nosotros tomaremos unacorriente bastante menor para asegurarnos que no llegamos al rango de ruptura del diodo. Luego si tenemos una tensión VLED de 1.1 V y fijamos la intensidad por éste a 25mA, el valor de la resistencia Rlim será:
Rlim = (5 - 1.1) / 0.025 = 156Ω
En uno de los varios artículos consultados para realizar este ejercicio, se dice que el diodo led LD 274 tiene una característica Ie,min = 50mW/sr para...
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