[전자회로, 생체계측, 졸업작품] 광소자를 이용한 광용적맥파(PPG) 측정 회로 및 atmega를 이용한 맥박 측정 및 디스플레이 시스템

소개글

없음

목차

설계 목적
PPG(Photoplethysmography)
측정 방법

설계 사양
소자선택

Block diagram
Analog stage
Digital stage

설계 과정
Sensor stage
Filter stage
Amplifier stage
Differentiator stage
Adaptive comparator stage
Overall system circuit

Simulation 결과

측정 결과

결과고찰 및 분석

후기

Firmware source code

참고
참고 자료
Data sheet

본문내용

□ 설계 목적
○ PPG(Photoplethysmography)
PPG란 광을 이용하여 측정하는 혈류량을 나타낸다. 일반적인 진단기구로 보편화 되어 있다. 체온, 맥박, 혈압, 호흡, 심전도 등 인체로 부터 측정되는 vital sign중 하나이며 중요한 건강 지표로써 사용된다. 보통 손가락, 발가락, 귓불 등 말초 혈관으로부터 측정되며 혈액의 양과 비례 또는 반비례한 파형을 monitoring 할 수 있다.
○ 측정 방법
LED와 Photo transistor 또는 Photo diode를 이용하여 PPG를 측정 할 수 있다. 손가락을 투과하는 빛의 양을 측정 하는 방법과 손가락으로부터 반사되어 나오는 빛의 양을 측정하는 방법으로 나뉜다. Photo transistor 또는 Photo diode에 조사되는 빛의 양에 따라 전류량이 달라지는 특성을 이용하여 혈류량의 변화를 측정 할 수 있다.
측정 대상의 신체 조건과 같은 대상이어도 condition에 따라 PPG는 변화가 많기 때문에 맥박을 측정하는 등 회로 설계에 있어서 능동적인 구성이 필요하다. 그렇기 때문에 가능한 일정 변화에 대해서 적응 할 수 있는 회로를 설계해야 한다. 더불어서 가능하면 동잡음 등 외란에도 강한 회로를 설계 할 수 있도록 한다.
□ 설계 사양
○ 사양
- Photo transistor와 IR(Infra red) LED를 이용하여 반사되는 빛을 검출하는 방식으로 수광부와 발광부를 구성한다.
- 맥박이 일반적으로 분당 50회에서 200회이기 때문에 frequency로 환산하면 대략 0.83 에서부터 3.33 의 범위를 갖는다. 또한 맥파는 일반적인 sine wave와 다르게 여러 성분의 주파수를 포함하기 때문에 맥파를 분석하여 적당한 frequency의 bandpass영역을 갖는 filter를 구성한다. 더불어 잡음의 영향도 고려한다.
- 수십 작은 신호를 증폭하기 위해 OP-AMP를 이용한 증폭기를 구성한다.
- 맥박 계산을 위한 주기를 검출하기 용의 하도록 OP-AMP를 이용하여 comparator를 구성한다. Comparator는 고정된 threshold 전압이 아닌 신호의 크기와 base-line의 변화에도 오류가 적은 adaptive comparator를 구성한다.
- LED를 이용하여 맥박이 뛰는 것을 가시화 한다.
- MCU를 이용하여 주기를 검출하여 맥박을 계산한다.
- 계산된 맥박을 LED dot matrix를 이용하여 출력한다.

참고 자료

- Electronic devices - FLOYD 8th edition
- http://www.wikipedia.org
- Data sheet