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Captador Cardíaco (MA066)

Descrevemos um interessante circuito que permite captar as batidas do coração, obtendo-se uma indicação visual ou o acionamento de qualquer circuito eletrônico. É possível utilizá-lo para interfacear um paciente a um computador, servindo como placa de aquisição de dados. O circuito não é critico e usa componentes comuns.

O sistema usado na captação dos batimentos cardíacos é o mesmo de muitos equipamentos médicos: baseia-se na mudança de transparência do dedo quando o sangue é bombeado pelo coração.

Como esse bombeamento ocorre na forma de pulsos, existe uma oscilação constante no volume de sangue que passa pelo dedo de uma pessoa, alterando assim sua transparência.

Basta então usar um emissor de luz (LED) e um sensor (fotodiodo), para detectar estas variações.

Observando a figura 1 vemos que colocando o dedo entre ambos, o sinal obtido no diodo é variável e corresponde em frequência aos batimentos cardíacos de uma pessoa.

 

Figura 1 – Posicionamento do emissor e do sensor
Figura 1 – Posicionamento do emissor e do sensor

 

 

Processando este sinal podemos acionar uma escala de medida de LEDs ou excitar um circuito externo.

Este é exatamente o princípio de funcionamento de nosso aparelho que usa dois amplificadores operacionais e um circuito integrado de acionamento para uma escala de LEDs.

Dependendo da finalidade do aparelho, o montador pode fazer alterações no circuito, como por exemplo, no ganho e até mesmo escala de LEDs.

O circuito, embora alimentado com 12 V, tem um consumo relativamente baixo, sendo possível montá-lo com facilidade numa pequena caixa plástica.

Até mesmo o sensor, que consta de um LED e um fotodiodo, pode ser improvisado com um pouco de habilidade no trato de materiais comuns como plástico, madeira, etc.

 

COMO FUNCIONA

O emissor, um LED comum, fica permanentemente energizado por uma corrente continua que o percorre.

Desta maneira o LED emite luz com intensidade constante.

O sensor é colocado de forma que a luz do LED emissor tenha de passar pelo dedo da pessoa que terá os batimentos cardíacos medidos ou simplesmente faça o acionamento de um circuito indicador.

O sinal obtido no foto-sensor é levado à entrada de um sensível amplificador operacional com transistores de efeito de campo do tipo TL071.

O ganho deste amplificador é dado basicamente pela relação entre R5 e R2.

Podemos alterar o valor de R5 para modificar o ganho.

O sinal deste amplificador passa por um capacitor (C1), eliminando a componente contínua e é entregue à entrada inversora de um segundo amplificador operacional, este do tipo comum, o conhecido 741.

O ganho deste segundo amplificador operacional é determinado basicamente pela relação entre R9 e R6.

Novamente, podemos alterar R9 para modificar este ganho.

O capacitor C2 faz com que este amplificador tenha seu ganho enormemente reduzido nas altas frequências, dada a forte realimentação que proporciona.

Isso garante que o circuito respondera apenas às baixas frequências que correspondem aos batimentos cardíacos.

Este componente também pode ser alterado, conforme as necessidades do projetista.

O sinal obtido neste amplificador já tem boa intensidade e é aplicado à entrada de uma escala de LEDs que consiste no circuito integrado LM3914 da National.

Este circuito consiste num indicador do tipo bargraph onde os ajustes dos extremos da escala são feitos pelos trimpots P1 e P2.

Estes são os únicos ajustes do aparelho.

São ligados 10 LEDs indicadores na saída do aparelho que devem oscilar segundo o batimento do coração da pessoa cujo dedo estiver no sensor.

Para acionar algum dispositivo externo, um pulso em cada ciclo pode ser obtido no pino 16 do LM3914 (ponto X) do diagrama.

Estes pulsos que consistem na ida ao nível baixo do ponto indicado, quando o LED é energizado, podem ser levados a uma porta lógica para acionamento de um circuito externo.

Todo o circuito é alimentado por uma fonte estabilizada de 12 V e o consumo maior é devido apenas ao acionamento dos LEDs.

 

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do nosso Captador Cardíaco, sem a fonte de alimentação.

 

Figura 2 – Diagrama do captador sem a fonte
Figura 2 – Diagrama do captador sem a fonte

 

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é apresentada na figura 3.

 

Figura 3- Placa de circuito impresso para a montagem
Figura 3- Placa de circuito impresso para a montagem

 

O LED e o fotossensor devem ser montados separadamente de modo a permitir a fixação no dedo do paciente.

Na figura 4 mostramos como fazer isso com base num tubo plástico de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro.

 

 

Figura 4 – Montagem do sensor
Figura 4 – Montagem do sensor

 

 Um cabo de 1/2 polegada de PVC pode servir para esta finalidade.

O fio do fotodiodo deve ser blindado para que os roncos eventuais captados pelo circuito, que é de muito alta impedância, não sejam amplificados e afetem o funcionamento do circuito.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os capacitores (apenas 2) têm suas especificações mínimas de tensão e tipo indicados na lista de materiais.

Para maior segurança será interessante montar os circuitos integra dos em soquetes.

Os LEDs da escala podem ser de qualquer tipo ou cor.

Na figura 5 damos uma sugestão de fonte de alimentação para este circuito.

 

Figura 5 – Fonte de alimentação para o circuito.
Figura 5 – Fonte de alimentação para o circuito.

 

 

O circuito integrado regulador de tensão deve ser montado num pequeno radiador de calor.

O transformador tem secundário de 15 +15 V com pelo menos 300 mA e enrolamento primário de acordo com a tensão da rede local.

As tensões mínimas de trabalho dos capacitores usados são indicadas na própria figura.

A caixa do aparelho pode ser plástica, mas é importante ter cuidado com o comprimento das ligações por onde passam sinais de pequena intensidade, especificamente do fotossensor.

Através delas podem entrar ruídos que afetem o funcionamento do aparelho.

Se isso ocorrer, estas ligações devem ser refeitas com fios blindados.

 

PROVA E USO

Para provar basta ligar a alimentação do circuito, colocar o dedo indicador no sensor e ajustar P1 e P2 para que os LEDs oscilem com a maior amplitude possível, acompanhando as batidas do coração.

Uma vez feito o ajuste é só usar o aparelho, lembrando que devem ser evitadas interferências de lâmpadas fluorescentes e que, de preferência, o sensor com o dedo da pessoa deve ficar em local pouco iluminado.

Para o interfaceamento externo é só ligar o circuito ao ponto Y.

Lembramos que o pulso de acionamento da interface externa é um pulso negativo.

O ponto Y vai ao nível baixo na presença desse pulso.

A duração do pulso depende do ajuste dos trimpots.

Para obter um pulso de duração constante, o que pode ser importante em determinadas aplicações, sugerimos a utilização de “um mono-estável.

Para esta finalidade, o pino 2 de um 555 pode ser ligado (via capacitor de 1 µF aproximadamente) a este ponto, já que este circuito integrado na versão monoestável é disparado pela ida ao nível baixo.

 

 

Semicondutores:

Cl1 - TLO71 - circuito integrado, amplificador operacional IinMOS

CI2 - 741 - circuito integrado, amplificador operacional

Cl3 - LM3914 - circuito integrado, escala de LEDs

LED1 a LED11 - LEDs comuns

D1 - Fotodiodo de grande superfície

 

Resistores: (1 /8 W, 5%)

R1 – 330 Ω

R2 - 100 Ω

R3, R4, R7, R5, R10 - 10 k Ω

R5, R9 -1 M Ω

R6- 22 k Ω

R11, R12 -1k Ω

P1, P2 - 10 k Ω - trimpots

 

Capacitores:

C1- 2,2 µF/16 V - eletrolítico

C2 - 47 nF - cerâmico ou poliéster

 

Diversos:

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, material para fonte de alimentação, material para o sensor, fios, solda, etc.

 

 

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