قلب انسان ردپایی الکتریکی از خودش به‌جا می‌گذارد و از همین طریق می‌توان بیماری‌های آن را تشخیص داد و درمان کرد. این فعالیت الکتریکی را می‌توان با ابزارهایی مانند ماژول ضربان قلب AD8232 به‌صورت نوار قلب یا الکتروکاردیوگرام ترسیم کرد. در این مقاله به بررسی ماژول ضربان قلب AD8232 پرداخته و درنهایت راه‌اندازی آن را با یک میکروکنترلر آموزش داده‌ایم.

ECG چیست؟

عبارت ECG مخفف Electrocardiogram و یک تست پزشکی است که فعالیت الکتریکی قلب را نمایش می‌دهد. با استفاده از الکتروکاردیوگرافی می‌توان مشکلات و بیماری‌های قلبی مختلف مانند آریتمی و حمله قلبی را تشخیص داد. این تست با اتصال الکترودهایی کوچک به پوست سینه، دست‌ها و پاها انجام می‌شود. این الکترودها سیگنال‌های الکتریکی قلب را به ماشینی می‌فرستند که از آن‌ها یک چارت، الکتروکاردیوگرام، تولید می‌کند.

چارت ECG را می‌توان براساس اجزای تشکیل‌دهنده موج بررسی کرد؛ این موج‌ها نشان‌دهنده فعالیت الکتریکی قلب هستند که اطلاعاتی کاملی از آن را نمایان می‌کنند. اولین موج به سمت بالا در چارت، موج P و شروع فاصله PR است. این موج پس از آن وارد مرحله QRS می‌شود که شامل افت کوتاه موج در مرحله Q و پس از آن رسیدن به قله R و درنهایت رسیدن به موج پایین‌تر S است.

با ماژول الکتروکاردیوگرام می‌‌توان این موج‌ها را بررسی کرد؛ با این حال این ماژول کاربرد پزشکی و درمانی ندارد و تنها برای بررسی و اطلاع از وضعیت ضربان قلب استفاده می‌شود.

معرفی ماژول ضربان قلب AD8232 

این ماژول یک ابزار ارزان‌قیمت برای بررسی فعالیت الکتریکی قلب است که در اکثر تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی مبتنی برسلامت استفاده می‌شود. این فعالیت الکتریکی به‌صورت الکتروکاردیوگرام به نمایش درمی‌آید و خروجی آن به شکل آنالوگ است. الکتروکاردیوگرام می‌تواند یک چارت بسیار شلوغ با سیگنال‌های مزاحم زیاد باشد، اما ماژول ضربان قلب AD8232  می‌تواند به‌عنوان یک تقویت‌کننده عمل کند تا دریافت یک سیگنال واضع از اینتروال‌های PR و QR را آسان‌تر کرده باشد.

ماژول ضربان قلب AD8232 درواقع مانند یک فیلتر عمل می‌کند؛ این ماژول به‌گونه‌ای طراحی شده است که ضعیف‌ترین سیگنال‌های زیستی را در شرایطی که نویز زیاد است، استخراج و تقویت کند. به‌عنوان مثال در زمان‌های حرکت یا الکترود‌های از راه دور،‌ ماژول ضربان قلب AD8232 می‌تواند سیگنال دریافت‌شده از قلب را تقویت کند.

عملکرد این ماژول در واقع در سه مرحله خلاصه می‌شود؛ ابتدا سیگنال الکتروکاردیوگرام تقویت می‌‌شود، سپس نویزهای کل سیگنال کاسته شده و درنهایت نویزهای با فرکانس بالا و تداخل امواج از نتیجه خروجی حذف می‌شود.

معرفی سخت‌افزار

•   منبع برق: این ماژول به یک منبع با ولتاژ ۳.۳ تا ۵ ولت برای عملکرد مناسب نیاز دارد.
•   الکترودهای ورودی: ماژول الکتروکاردیوگرافی AD8232 دارای سه الکترود ورودی RA (دست راست)، LA (دست چپ) و RL (پای راست) است.
•   این ماژول دارای نرخ حذف حالت مشترک ۸۰ دسی‌بل در فرکانس‌های ۵۰/۶۰ است که نویز و تداخل‌های سیگنال ورودی را حذف می‌کند.
•   امپدانس ماژول ۲ مگا اهم  است که اثر بارگذاری روی سیگنال ورودی را کاهش می‌دهد تا خروجی سیگنال تمیزتری باشد.
•   ماژول دارای یک حالت Shutdown است که میزان مصرف برق را به کم‌تر از ۱ میکروآمپر کاهش می‌دهد.
•   یک LED در ماژول وجود دارد که با توجه به ریتم ضربان قلب، خاموش و روشن می‌شود.

پایه‌ها

این ماژول دارای ۹ پایه است:

•   پین GND: پین زمین ماژول
•   پین 3.3v: پین برق ماژول که به پین ۳.۳ ولت آردوینو وصل می‌شود.
•   پین OUTPUT: پین خروجی آنالوگ ماژول که سیگنال تقویت‌شده ECG از آن خارج می‌شود.
•   پین LO-: پین ورودی منفی ماژول
•   پین LO+: پین ورودی مثبت ماژول
•   پین RA: پین دست راست ماژول
•   پین LA: پین دست چپ ماژول
•   پین RL: پین پای راست ماژول
•   پین SDN: پین خاموش کردن ماژول؛ اگر مقدار پین LOW باشد، ماژول کم‌تر از یک میکروآمپر برق مصرف می‌کند.

خرید ماژول ضربان قلب AD8232

آموزش راه اندازی ماژول ضربان قلب AD8232

الان که با ماژول ضربان قلب AD8232 و سخت‌افزار آن آشنایی لازم را پیدا کردید، می‌توانید آن را با یک میکروکنترلر مانند آردوینو راه‌اندازی کرده و در پروژه‌های مختلف استفاده کنید. ما در ادامه روش راه‌اندازی این ماژول را با استفاده از آردوینو آموزش داده‌ایم.

قطعات مورد نیاز برای آموزش راه اندازی ماژول ضربان قلب AD8232

•   کابل USB mini-B
•   برد FTDI ۳.۳ ولت
•   سیم‌های جامپر
•   هدر هدایت
•   برد بورد
•   آردوینو پرو مینی ۳۲۸، ۳.۳ ولت و ۸مگاهرتز
•   سه عدد کابل سنسور به‌همراه پدهای الکترود
•   پدهای الکترود ۲۴ میلی‌متری ECG/EKG/EMG
•   ماژول ضربان قلب AD8232

اتصال پایه‌ها

پس از تهیه قطعات مورد نیاز، باید ماژول را با استفاده از سیم‌های جامپر به آردوینو متصل کنید. در این آموزش، ما ۵ پین از ۹ پین ماژول را استفاده کرده و به آردوینو وصل خواهیم کرد.

1.     پین GND ماژول را به پین GND آردوینو متصل کنید.
2.     پین ۳.۳ ولت ماژول را به پین ۳.۳ ولت آردوینو متصل کنید.
3.     پین OUTPUT را به هر پین آنالوگ در آردوینو مانند A0 متصل کنید.
4.     پین LO- را به پین دیجیتال ۱۱ آردوینو متصل کنید.
5.     درنهایت پین LO+ را به پین دیجیتال ۱۰ آردوینو متصل کنید.

برای ساخت مدار خود، می‌توانید از دیاگرام زیر استفاده کنید. در این آموزش پین SDN استفاده نشده است؛ اگر این پین به پین زمین یا پین دیجیتال LOW آردوینو متصل شود، تراشه خاموش می‌شود. این کار برای پروژه‌هایی که مصرف کمی دارند، مناسب است.

وصل کردن پد سنسور

پس از تمام کردن ساخت مدار و اتصال ماژول به آردوینو، نوبت به وصل کردن پدهای سنسور به بدن می‌رسد. بهتر است سنسورها را قبل از اتصال به بدن، به کابل‌ها وصل کنید. این سنسورها هرچه به قلب نزدیک‌تر باشند، خروجی دقیق‌تری خواهند داشت. همچنین رنگ کابل‌های اتصال‌دهنده پدها معمولا متفاوت از هم انتخاب می‌شود تا مکان اتصال هرسنسور مشخص باشد.

سنسورها را می‌توانید به ساعدها و روی ران راست متصل کنید یا می‌توانید آن‌ها را روی سینه و نزدیک دست‌ها و دقیقا بالای ران راست و زیر شکم اتصال دهید. نکته مهم تشکیل یک مثلث توسط سنسورها و اتصال هر سنسور به سیگنال متناسب با خودش است.

کدنویسی آردوینو برای راه اندازی ماژول ضربان قلب AD8232

برای اجرای کد زیر، آخرین نسخه IDE آردوینو را دانلود و نصب کنید.

برای این که از کارکردن ماژول مطمئن شوید، سریال مانیتور را با باد ریت ۹۶۰۰ اجرا کنید. باید مقدارهای خروجی ماژول را روی مانیتور ببینید. میانگین مقدار خروجی‌ها باید نزدیک ۵۰۰ باشد، با این حال میزان خطای +300/-200 مشکلی ندارد.

دیدن و بررسی نتیجه به این شکل کار راحتی نیست؛ به همین دلیل بهتر است از گزینه Arduino Serial Plotter در بخش Tools استفاده کنید تا نتیجه را به شکل موج ببینید.

نکات استفاده از ماژول ضربان قلب AD8232

به طور کلی EGCها به داشتن نویز بسیار زیاد شهرت دارند، چون فعال شدن و حرکات عضلات اندازه‌گیری می‌شود.  درنتیجه بهتر است پدها را تا جایی که ممکن است نزدیک قلب قرار دهید. دورتر بودن این پدها باعث افزایش نویز روی سیگنال ورودی خواهد شد. این نویزها با نام آرتیفکت حرکتی شناخته‌ می‌شوند. در ادامه به برخی از نکات استفاده از ماژول ضربان قلب AD8232 پرداخته‌ایم که با رعایت آن‌ها می‌توانید کیفیت سیگنال دریافتی را افزایش دهید.

•   سنسور پدها را تا جای ممکن نزدیک قلب نگه دارید.
•   سنسورهای دست راست و دست چپ را به‌درستی متصل کنید.
•   هنگام اندازه‌گیری حتی‌الامکان تحرک نداشته باشید.
•   برای هر اندازه‌گیری، از پدهای تازه استفاده کنید. پدها بعد از استفاده مکرر، توانایی‌شان برای هدایت سیگنال را از دست می‌دهند.
•   بخشی از بدن را که قرار است پدها را بچسبانید، تمیز کرده و موهای اضافی‌ آن بخش را اصلاح کنید.
•   ممکن است مکان مناسب پد برای هرشخص متفاوت باشد.

اگر پدها به‌درستی متصل نشوند یا مشکلی در مدارتان وجود داشته باشد، نتیجه حاصل‌شده دارای مقدار ۰ و ۱۰۲۳ یا ! خواهد بود. در حالت استفاده از Plotter، یا خطی صاف کشیده خواهد شد یا سریال مانیتور خالی خواهد بود. در نتیجه لحیم‌های مدار و پین‌ها را بررسی کرده یا پدها را به بخش دیگری متصل کنید.

اگر در زمان اندازه‌گیری تحرک زیادی داشته باشید، شکل موج مشخصی دریافت نخواهید کرد. حتما ساکن و بدون حرکت باقی بمانید تا دقت اندازه‌گیری بالاتر رود. دور بودن پدها از قلب هم ممکن است باعث ایجاد موج‌های نامشخص و نادرست شود.

درنهایت باید توجه داشته باشید که این ماژول کاربرد درمانی و پزشکی ندارد و نمی‌توان به نتایج آن به شکل کامل استناد کرد.

جمع‌بندی

در این مقاله ماژول ضربان قلب AD8232 به‌طور کامل بررسی شد؛ همچنین راه‌اندازی این ماژول با آردوینو را آموزش دادیم. باید توجه داشته باشید که این پروژه ساده نیست و ممکن است با مشکلات مختلفی در مسیر ساخت مواجه شوید. با دنبال کردن آموزش‌های این مقاله می‌توانید این مشکلات را از بین ببرید.

برای خرید انواع قطعات و ماژول‌های الکترونیکی به فروشگاه جمترونیک سر بزنید.