ماژول ضربان قلب GebraBit AD8232

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

هدف این پروژه، اتصال و استفاده از ماژول AD8232 توسط آردوینو می‌باشد که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری و پایش سیگنال‌های زیستی بدن انسان مانند ECG استفاده کرد. این ماژول قادر است سیگنال‌های زیستی با دقت بالا را تشخیص داده و به صورت دیجیتال به سیستم منتقل کند، که آن را برای کاربردهایی مانند مانیتورینگ قلب، سیستم‌های پزشکی پوشیدنی و تحقیقات بیولوژیکی مناسب می‌سازد. کاربران می‌توانند با خواندن مقادیر این ماژول، سیستم‌هایی توسعه دهند که به تغییرات وضعیت سلامتی واکنش نشان داده و در نتیجه دقت و قابلیت اطمینان مانیتورینگ زیستی را بهبود بخشند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

• چگونه ماژول AD8232 را به آردوینو وصل کنید.
• کتابخانه‌ای را برای استفاده با آردوینو تغییر دهید و با نحوه انتقال داده‌ها در سیگنال‌های زیستی آشنا شوید.
• چگونه سیگنال‌های ECG را بخوانید و این داده‌ها را برای کاربردهای واقعی مانند مانیتورینگ سلامت استفاده کنید.
• پروژه‌هایی مثل سیستم‌های مانیتورینگ قلب، دستگاه‌های پوشیدنی و تحقیقات زیستی را با این ماژول اجرا کنید و مهارت‌های عملی برای ساخت سیستم‌های دقیق و قابل اعتماد در حوزه پزشکی یاد بگیرید.
• این آموزش به شما کمک می‌کند ماژول را به درستی راه‌اندازی کرده و داده‌های زیستی را به صورت لحظه‌ای با آردوینو پردازش و نمایش دهید.

برای انجام این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟

همانطور که احتمالا میدانید برای انجام این پروژه به سخت افزارها و نرم افزارهایی نیاز داریم. عناوین این سخت افزارها و نرم افزارها در جدول زیر در اختیارتان قرار داده شده که میتوانید با کلیک روی هرکدام از آنها، آنها را تهیه/دانلود کنید و  برای شروع آماده شوید.

سخت افزارهای مورد نیاز	نرم افزارهای مورد نیاز
GebraBit AD8232 module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول  GebraBit AD8232 را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

رنگ	AD8232	Arduino
نارنجی	OUT	A3
قرمز	3V3	3V3
مشکی	GND	GND

نحوه اتصال لیدها به بدن

برای اتصال دستگاه به بدن از یک کابل ECG سه لید با جک هدفون نری استفاده میشود . در کابل‌های ECG سه لید، لیدها‌ به سه رنگ قرمز ، سبز و زرد هستند که لید قرمز به دست راست، لید زرد به دست چپ و لید سبز به پای راست شخص وصل میشود.

با اتصال جک هدفون نری کابل ECG به سوکت مربوطه روی ماژول و چسباندن صحیح لیدها ، ماژول فعال شده و مانیتورینگ ضربان قلب انجام میشود.

برای اتصال این سه لید به بدن، روش‌های مختلفی وجود دارد و روش ذکرشده تنها یکی از این روش‌ها است. پیش از چسباندن لیدها، حتماً سطح مورد نظر را با الکل تمیز کنید. وجود گرد و غبار و چربی یا مو روی سطح مورد نظر می‌تواند کیفیت سیگنال‌های دریافتی از ماژول را کاهش دهد و دقت اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار دهد.

برنامه نمونه در آردوینو

برای را اندازی سنسور و مشاهده سیگنال نوار قلب بر روی plotter آردوینو بعد از اتصال لید ها به بدن کد نمونه را به آردوینو اضافه کنید.        

متن کد فایل آردوینو:

const int ecgPin = A3;  // AD8232 output connected to A3
int ecgValue = 0;        // Variable to store the ECG signal
int smoothedValue = 0;   // Variable to store the smoothed signal

const int numReadings = 4;  // Number of readings for moving average
int readings[numReadings];   // Array to store readings
int readIndex = 0;           // Index of the current reading
int total = 0;               // Total of the readings
int average = 0;             // Average of the readings

void setup() {
  // Start serial communication at 9600 baud rate
  Serial.begin(9600);

  // Initialize all readings to 0
  for (int i = 0; i < numReadings; i++) {
    readings[i] = 0;
  }
}

void loop() {
  // Read the ECG signal from the AD8232
  ecgValue = analogRead(ecgPin);

  // Subtract the last reading from the total
  total -= readings[readIndex];

  // Add the new reading to the total
  readings[readIndex] = ecgValue;
  total += ecgValue;

  // Move to the next index, and wrap around if necessary
  readIndex = (readIndex + 1) % numReadings;

  // Calculate the average of the readings
  average = total / numReadings;

  // Print the smoothed value to the serial monitor (it will show up on the Serial Plotter)
  Serial.println(average);

  // Add a small delay to make the plot smoother (optional)
  delay(10);  // Adjust delay for smoother data depending on sampling rate
}

آردوینو خود را به کامپیوتر متصل کنید و مدل و پورت آردوینو خود را انتخاب کنید.

سپس نمونه کد را ابتدا Verify و سپس Upload کنید

بعد از Upload کردن کد به Tools > Serial Plotter را باز کرده و می توانید خروجی ماژول را مشاهده کنید 

حتما BaudRate را روی 9600 تنظیم کنید در غیر این صورت دیتای درستی دریافت نخواهید کرد.

در ادامه می توانید نمونه کد AD8232, شماتیک و دیتاشیت ماژول را دانلود نمایید.

تصاویر خروجی برنامه:

تصویر خروجی ECG:

توجه : تمیزی سیگنال خروجی به عوامل محیطی بسیاری مثل تداخلات الکترومغناطیسی، نویز برق شهر، حرکات فیزیکی بیمار، شرایط الکترودها، و تغییرات امپدانس پوست بستگی دارد. این عوامل می‌توانند باعث آلودگی سیگنال ECG شوند و دقت تحلیل آن را کاهش دهند.

برای بهبود کیفیت سیگنال خروجی، لازم است که نویزهای محیطی و بیولوژیکی کاهش یابند. برخی از راهکارهای موثر شامل موارد زیر هستند:

• کاهش تداخلات الکترومغناطیسی: استفاده از کابل‌های شیلددار، فیلترهای حذف نویز و فاصله‌گیری از تجهیزات الکترونیکی پرقدرت.
• حذف نویز برق شهر:  به‌کارگیری فیلتر Notch در فرکانس 50/60Hz.
• کاهش نویز حرکتی:  تثبیت صحیح الکترودها روی پوست، استفاده از فیلترهای Adaptive  برای پردازش سیگنال.
• پیش‌پردازش سیگنال:  اعمال فیلترهای باندپاس (معمولاً بین 0.5Hz تا 100Hz) و روش‌های پردازش سیگنال مانند Wavelet Transform  یا PCA/ICA  برای تفکیک نویز از سیگنال اصلی.

در نهایت، بهینه‌سازی شرایط ثبت سیگنال و استفاده از الگوریتم‌های پردازشی مناسب نقش کلیدی در دستیابی به سیگنال ECG باکیفیت و قابل‌اعتماد دارد.