Найпоширеніший спосіб вимірювання частоти пульсу (ПП)-шляхом підрахунку кількості ударів за певний проміжок часу. Однак цей спосіб не підходить в умовах, коли необхідний оперативний контроль ПП, наприклад при заняттях спортом.

Раніше публікувалися опису вимірників ПП із застосуванням рідкісних і дорогих цапову і аналоговим видом індикації. Я сумніваюся, щоб хтось зважився, наприклад, під час кросу тягати з собою великий мікроамперметр (маленький не можна – низька точність і тремтить стрілка) і купу батарейок (для двополярного харчування).

Рис. 1. Схема вимірювача ПП

Існує думка, що “цифровий спосіб індикації вимагає ускладнення схеми”, але якщо згадати, що існують мікросхеми ПЗУ, в які можна попросту “записати” всю таблицю відповідності “число імпульсів – частота пульсу”, то виявиться, що цифровий спосіб вимагає спрощення схеми.

Схема такого вимірювача ПП наведена на рис. 1. Вхідний каскад виконаний на компараторі DA1, тому він має досить високу чутливість. Схема розрахована на роботу спільно з електродинамічних або п’єзоелектричним датчиками (в останньому випадку паралельно датчику слід підключити резистор на 10 … 100 Ом). З виходу компаратора сигнал надходить на одновібратор, виконаний на елементах DD5.1 і DD5.2. Застосування одновібратора необхідно через особливості функціонування серця. На рис. 2 наведено фрагмент з самої справжньої електрокардіограми цілком здорової людини.

Рис. 2. Фрагмент електрокардіограми

Видно, що в проміжку між ударами пульсу (Тп-скорочення шлуночків) знаходиться ще один імпульс (скорочення передсердь) з меншою амплітудою, однак достатньою для спрацьовування компаратора. Якщо ж застосувати одновібратор, то схема попросту “пропустить” цей імпульс (а без нього – буде вимірювати або ТІМП1 або ТІМП2). Так як при збільшенні ПП зменшується Тп, то для нормальної роботи пристрої слід також зменшувати тривалість імпульсу одновібратора (зменшуючи опір резистора R10).

Кварцовий генератор і дільник частоти зібраний на мікросхемі DD1. З виведення 4 лічильника DD1.2 частота 1024 Гц надходить на вхід DD2, а з його виходів-на вхід регістра пам’яті DD3. За сигналами одновібратора спочатку записується інформація в регістр, і тільки потім – стирається в лічильнику. До виходу регістра підключено ПЗУ DD4, яке управляє індикаторами. Для спрощення схеми застосована динамічна індикація (на виведення 1 DD1.1 частота 64 Гц), але через це в два рази знижується точність вимірювання.

Мікросхема DD4 підключена до живлення дещо незвично: тільки через вхід програмування (висновок 22). У такому режимі працездатність більшості мікросхем повністю зберігається, при цьому трохи зменшується споживаний струм (62 мА проти 93 мА). При живленні від батарей (4,5 В) економія 30 мА – це немало.

Через обмеженого числа розрядів індикатора довелося піти на невелику хитрість. Так, якщо на індикаторі число “57”, то це означає, що ПП дорівнює 56,75 … 57,25, а якщо “57” – 57,25…57,75.

Карта програмування ПЗУ наведена в табл. 1. Так як у вихідному стані в мікросхемі КР556РТ5 записані “одиниці”, то інформація в таблиці – в інверсному вигляді. Так, при запису коду “47 ‘логічний” 0 “потрібно записати за висновками 9,10,11,16 мікросхеми. Сигнал на висновку 17 ПЗУ висвічує або одиницю в старшому, або кому в молодшому розрядах.

Налагодження

Для зменшення чутливості компаратора слід припаяти резистор між виводами 4 і 9 DA1. Якщо лічильник DD2 не буде “обнулятиметься” в старших розрядах на висновках 1,2,3, слід зменшити опір R7, а якщо не буде записуватися інформація в регістр (на індикаторі “1 -1” при справній DD2), слід збільшити ємність С4 і, якщо і це не допоможе, збільшити ємність СЗ або опір R7. Якщо на індикаторі число “1 -“, значить ПП вище 199 або нижче 30 ударів на хвилину. Якщо цифра вимірювача відрізняється від реаль-

Табл. 1. Карта програмування ПЗУ

ної в два або більше разів, слід підібрати R10. Замість нього бажано впаяти 2 … 3 резистора різних номіналів (для кожного значення ПП – свій резистор) і перемикати їх. Підібрати їх можна за допомогою секундоміра і НЧ-генератора, що імітує роботу серця (рис. 3). Генератор можна зібрати на мікросхемі DD1 навісним монтажем. До виходу DA1 підключається світлодіод HL1, а до виходу DD5.1 – HL2 (на схемі не показані). Підключивши генератор до схеми і встановивши частоту близько 30 мерехтінь світлодіода HL1 в хвилину, слід підібрати резистор R10 так, щоб тривалість горіння HL2 була дещо більше, ніж HL1. Частоту генератора слід збільшувати до того моменту, поки тривалість горіння HL2 і не зрівняються з HL1. У цей момент слід відключити R10 і замість нього підключити наступний. Замість постійних резисторів бажано застосувати змінний, але в цьому випадку світлодіоди слід “назавжди” припаяти до плати.

Рис. 3. НЧ-генератор

Мікросхему DD3 бажано замінити на КР1533ІР37 (цоколевка та ж); при цьому можна буде взагалі прибрати R7, R8, С2 … С4, а між виходом одновібратіра і об’єднаними входами лічильника і регістра підключити конденсатор ємністю 100. .200 Пф: ця мікросхема запам’ятовує інформацію по фронту імпульсу; швидкодію ТТЛ-схем на порядок (в 10 разів) вище швидкодії МОП-схеми, тому інформація зітреться в лічильнику. При застосуванні ПЗУ з більшою ємністю пам’яті (для підвищення точності при ПП> 90 ударів / хв.) Лічильник К561ІЕ16 слід замінити на ІЕ20, а замість КР1533ІРЗЗ (37) поставити дві КР1533ТМ9.

Автор статті-А. Чаклунів.

Стаття опублікована в РЛ, № 4,2001 р.