راه اندازی ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 با آردوینو

در این مقاله قصد داریم شما را با ساختار و ویژگی‌های ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 و نیز نحوه راه‌اندازی آن با آردوینو و اندازه گیری ضربان قلب با این ماژول آشنا کنیم. خوب است بدانید، نوار قلب یا الکتروکاردیاگرام (Electrocardiogram) که به اختصار (ECG) نامیده می‌شود، برای بررسی عملکرد قلب مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عبارتی فعالیت الکتریکی قلب را در طی زمان نشان می دهد. هر‌یک از بازه‌های نمودار الکتروکاردیوگرام بیانگر ویژگی‌ها و پارامترهایی از قلب است و می‌توان بر اساس آن مشکلات قلبی را تشخیص داد. البته شما می‌توانید با راه‌اندازی ماژول سنسور ضربان قلب پالس با آردوینو بصورت ساده‌تری توسط تماس سنسور با نوک انگشت دست یا لاله گوش ضربان قلب خود را اندازه‌گیری و در محیط IDE آردوینو نمایش دهید.

معرفی ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232

ماژول الکتروکاردیوگرام متشکل از یک آی سی آنالوگ AD8232 است که هسته‌ی اصلی ماژول اندازه گیری ضربان قلب را تشکیل می‌دهد. در  شرایطی که نویز وجود دارد این تراشه روی سیگنال‌های الکتریکی ضعیف عملیات استخراخ، تقویت و فیلتراسیون را انجام می‌دهد. بر اساس سیگنال فیلتر شده‌ی نهایی، نمودار الکتروکاردیوگرام (ECG) قلب به دست می‌آید که نشان‌دهنده فعالیت الکتریکی قلب است. خروجی ECGها معمولاً دارای نویز زیادی است. تراشه AD8232 با توجه به تقویت کننده‌ای که دارد به حذف فواصل PR  و QT در نمودار ECG کمک می‌کند و سیگنال دقیق و تقویت شده‌ای را تولید می‌کند. به همراه این ماژول سه عدد پد وجود دارد که هنگام تست باید این سه پد را در نقاط مشخصی به بدن شخص چسبانده و سپس الکترودها را به آن‌ها متصل نمایید. لازم به ذکر است که این پدها یک‌بار مصرف هستند و درصورت نیاز می توانید آن‌ها را از داروخانه تهیه کنید.

از ماژول ECG مدل AD8232 می توان به عنوان جایگزینی مقرون به صرفه برای الکتروکاردیوگرافی‌های معمول استفاده کرد. دستگاه‌های مربوط به تناسب اندام، مشاهده ضربان قلب هنگام ورزش و مانیتور و بررسی وضعیت سلامت قلب از راه دور از جمله کاربردهای ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 می‌باشد.

ویژگی‌های ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232

• دامنه ولتاژ تغذیه: 2.5 الی 3.3 ولت DC
• جریان مصرفی: 170 میکرو آمپر
• محدوده دمای کاری:  40- الی 85 درجه سانتی گراد
• خروجی آنالوگ
• قابلیت ارتباط با انواع میکروکنترلرها و تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال
• CMRR برابر با 80 دسی بل در 60 هرتز
• قابلیت تشخیص وصل یا قطع بودن الکترودها
• دارای مد کم مصرف
• ابعاد: 3*3.5 سانتی‌متر

پایه‌های ماژول اندازه گیری ضربان قلب AD8232

شکل زیر هر یک از پایه‌های ماژول الکتروکاردیوگرام (ECG) مدل AD8232 را نشان می‌دهد. 9 عدد از پایه‌های آی سی AD8232 به عنوان پایه‌های رابط کاربر بر روی ماژول مورد استفاده قرار می‌گیرند و علاوه براینکه استفاده از آی‌سی برای کاربر ساده‌تر شده، حفاظت از آن نیز امکان‌پذیر شده‌است. 3 پایه‌ نیز برای اتصال به بدن انسان درنظر گرفته شده‌است.

پایه‌های ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 را می‌توان به چند گروه زیر تقسیم کرد. جزئیات مربوط به هر یک از این پایه‌ها در ادامه توضیح داده شده‌است:

• پایه‌های تغذیه (3.3 ، GND)
• پایه‌های اتصال پد الکترود (RA ،LA ،RL، جک آداپتور مادگی 3.5 میلی متر)
• پایه داده خروجی (Output)
• پایه‌های تشخیص اتصال الکترودها (-LO+ ,LO)
• پایه خاموش‌ کردن ماژول (SND~)

اجزا و پایه‌های اتصال الکترود

LA (بازوی چپ)

این پایه ورودی مثبت (IN+) تقویت کننده به کار رفته در تراشه AD8232 است. سیگنالی که از الکترود زرد رنگ متصل شده به بازوی چپ شخص ارسال می‌گردد، توسط این پایه دریافت می‌شود.

RA (بازوی راست)

این پایه ورودی منفی (IN-) تقویت کننده به کار رفته در تراشه AD8232 است. سیگنالی که از الکترود قرمز رنگ متصل شده به بازوی راست شخص ارسال می‌گردد، توسط این ورودی دریافت می‌شود.

RL (پای راست)

RL یک الکترود بیومدیکال سبز رنگ است که به عنوان پایه مشترک (COM) عمل می‌کند و به پای راست شخص متصل می‌گردد.

• جک آداپتور مادگی 3.5 میلی‌متر

با استفاده از یک جک آداپتور نری 3.5 میلی‌متری می‌توانید به جای اتصال سه الکترود به پایه‌‌های RA ،LA و RL، آن ها را به این کانکتور متصل کنید.

• پایه های خروجی و تشخیص اتصال سنسور

برای تشخیص ضربان قلب دو روش دو الکترودی و سه الکترودی وجود دارد. روش دو الکترودی از سیگنال AC و روش سه الکترودی از سیگنال DC استفاده می‌کند. برای تشخیص روش مورد استفاده، LEAD OFF DETECTION در این ماژول پیاده‌سازی شده است که در جدول زیر توضیح داده شده است.

پایه‌های تغذیه

اتصال ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 با میکروکنترلرها

تا به این مرحله به خوبی با جزئیات ماژول کاردیوگرافی و ویژگی‌های آن آشنا شدیم، وقت آن رسیده برای آنالیز و به تصویر درآوردن ضربان قلب، تجهیزات مورد نیاز زیر را فراهم و سپس اتصالات را طبق این آموزش برقرار کنیم:

• ماژول ECG مدل AD8232 (این محصول به‌همراه 3 پد الکترود و 1 جک آداپتوری قابل عرضه می‌باشد)
• سیم‌های اتصال
• پد اندازه گیری سیگنال قلب ECG
• کابل USB از نوع A-B
• جک آداپتور نری 3.5mm
• میکروکنترلر

شکل زیر نحوه اتصال ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 با یک میکروکنترلر را نمایش می‌دهد:

• ماژول (ECG) با وصل یک منبع تغذیه 3.3 ولت به پایه های تغذیه آن روشن می‌شود.
• داده‌ی دریافتی از طریق الکترودها به صورت یک سیگنال آنالوگ در پایه خروجی ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 ظاهر می‌شود. این سیگنال آنالوگ به منظور پردازش بیشتر و ترسیم یک گراف، به عنوان ورودی به پایه ورودی آنالوگ میکروکنترلر متصل می‌گردد.
• مجموعه‌ای از الکترودهای بیومدیکال، متشکل از سیم‌هایی که یک سمت آن‌ها به 3 پد الکترود و سمت دیگر آن‌ها به یک جک نری 3.5 میلی‌متری متصل شده برای انتقال سیگنال الکتریکی قلب به ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 مورد استفاده قرار می گیرد. سه حسگر مطابق رنگ‌هایی که در شکل بالا نشان داده شده است،  به بازوی چپ، بازوی راست و پای راست فرد متصل می‌شوند.
• به منظور بررسی اینکه سنسورها به بدن متصل یا اینکه جدا شده اند، -LO (سنسور بازوی راست) و +LO (سنسور بازوی چپ) به پایه‌های ورودی دیجیتال میکرو کنترلر متصل می‌شوند.
• برای فعال‌سازی مد کم مصرف ماژول AD8232، باید ~SDN به پایه خروجی دیجیتال میکروکنترلر متصل گردد.

نحوه اتصال ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 به آردوینو

ما برای اتصال ماژول AD8232 به آردوینو، حداقل به 5 پایه آردوینو یعنی دو پایه دیجیتال، یک پایه آنالوگ، پایه 3.3 ولت و GND نیاز داریم. شکل زیر نحوه اتصال آردوینو به AD8232 را نشان می‌دهد. سپس جک نری متصل به سه الکترود را به جک آداپتور مادگی روی ماژول متصل کنید.

کد آردوینو

در این مرحله Arduino IDE را باز و کد زیر را آپلود نمایید. پس از آپلود کد، شما می‌توانید داده‌های خروجی را در مانیتور سریال آردوینو مشاهده کنید. علاوه براین برای نمایش خروجی به صورت نمودار در پلاتر آردوینو کافیست در منوی Tools/Serial Plotter نرخ باودریت را 9600  قرار دهید، سپس چنین خروجی در پلاتر سریال آردوینو مشاهده خواهید کرد.

void setup() {
  // initialize the serial communication:
  Serial.begin(9600);
  pinMode(3, INPUT); // Setup for leads off detection LO +
  pinMode(2, INPUT); // Setup for leads off detection LO -
}
void loop() {
  
  if((digitalRead(2) == 1)||(digitalRead(3) == 1)){
    Serial.println('Leads OFF!');
  }
  else{
    // send the value of analog input 0:
      Serial.println(analogRead(A5));
  }
  //Wait for a bit to keep serial data from saturating
  delay(1);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(2, INPUT); 
}

if((digitalRead(2) == 1)||(digitalRead(3) == 1)){
    Serial.println('Leads OFF!');

Serial.println(analogRead(A5));

در این مقاله با سخت‌افزار و نحوه اتصال فیزیکی ماژول الکتروکاردیوگرام AD8232 به بدن انسان و میکروکنترلر و سپس ماژول آردوینو را آموزش دیدیم و بعد از آن با آپلود کد آردوینو مربوط به این پروژه، داده‌های دریافتی توسط ماژول ECG را در سریال مانیتور آردوینو نمایش دادیم. همانطور که مشاهده کردید این راه‌اندازی بسیار ساده و مفید بود اما چنانچه در انجام این پروژه به مشکل برخوردید و یا با سوالاتی رو‌به‌رو شده‌اید، کافی است آن را در بخش دیدگاه همین صفحه با کارشناسان ما درمیان گذاشته و پاسخ خود را در اسرع وقت دریافت نمایید. ضمن تشکر از شما برای انتخاب این آموزش امیدواریم پس از انجام آن، نتایج را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.