心拍計+の制作



心拍数を手軽に測定したい!!
最近、さらに体力をつけるために長距離で20km以上ゆっくり走るLSDを走ることを始めました。 このトレーニングでは心拍数が重要と言うことで心拍数を手軽に測る機材を探すことにした。 しかし、ポータブルで安価で小さな物を見つけましたが、何か物足りない・・・
必要な追加機能をいくつかつけて、もっとコンパクトにできないか??。 とりあえず作って見ることにした。
さて、今回ももっている部品をできるだけ使うことでどこまで出来るか・・楽しみです。

設計の前に部品を集めよう
心拍数とは??
心拍数は1分間に心臓が何回伸縮するのかを表した数ですが、これをどうやって測るのか??
心臓が動作するとき電気信号が発生するため、それを読み取ることもできる。 また、血流そのものの圧力を測定することもできる。 もっと簡単な方法はないのか??。
指先など末端部分には血液が鼓動とともに集散しますので血量の変化を光学的に読み取ることにした。 実際この方法で測定している機材はたくさん存在します。

 

どんな機能をつけようか?
シンプルなのが一番なので、心拍数と走るときに気になる気温を測ることができるようにしました。
あと湿度も測れると便利ですが、また次回つけたいと思います。
とりあえず今ある部品を集めてみることにした。

マイコンを決めろ!
マイコンはこれにしよ
結局使用したのはPICでADCのついた物でIO数が10以上あるものを選びました。
中高校生の皆さんがマイコンの入門キットなどで使用されているものです。(PIC16F819)
幸い在庫があったのでそれを1個使用することにしました。
また、電池駆動するので消費電力を極力抑え、単電源で動作するOPアンプを使用することにしました。
これで、スタンバイ時2μA、動作時18mAでボタン電池で1年以上動作させることが可能です。
使用頻度が高いと電池寿命ははやくなりますが、1年はもつでしょう^^
表示は7セグメントLED3桁で
適当な液晶がないので小型の7セグメントLEDを3桁分使用することにしました。 この表示に殆どの電力が消費されてしまいます^^
駆動方法はPICからダイレクトにダイナミック駆動することにしました。 これしかないでしょう^^
できるだけ消費電流を小さくするため抵抗を適度なものに設定し、日中でも読み取れることが条件になります。
センサーは反射型センサー
センサーはLEDとフォトセンサー一体型のフォトリフレクターです。
私はよく使用するので、手持ちの物で適当な物を選びました。 
血流を測るとき可視光ではうまく測れず、赤外線を使用したところうまく測ることができました。
多分血液成分の中に赤外線を吸収する成分があるのでしょうね^^(ヘモグロビンですね)

とりあえず組んでみよう!
とりあえず試作
とりあえず、簡単な回路なので手配線し、部品点数を極力抑え、ソフトを作りながら動作確認。
1週間ほどかかっちゃいました^^。
基板を作る
こんな感じです。 大きさは500円2枚分くらいか・・部品を選べばまだ半分の大きさにはできますね。
でも、あまり小さくしすぎても、操作し辛くなるのでこのくらいが妥当なところかな。
エッチングで両面基盤を作成。 BOXは造形するつもりでしたが、極薄の市販品を使用しました。
部品代は1200円といったところでしょうか。
動くかな?
さて、心拍数が出るだろうか?、ちょっと表示。
動いてますね!
カバーして、とりあえず走ってみますか。

実際に走ってみる
実測開始!
さて、早速走ってみよう。 写真はいつも走っている近所のコースです。 高低差が結構あってよい感じです。
とりあえず13km走りましょうか。
表示が少しく暗く感じたが、走っている途中でも十分計ることができる。 私の場合、心拍数145前後がベストかな?。
気温も表示されるので練習時の状況をさらに記録することができる項目が増えた。

 

使い道と今後
勿論、ランニング時以外にも起床時の心拍数を測定することで身体の疲れ具合がわかります。 心拍数が多ければ疲れ気味、低ければ問題なし。 メモリーを搭載できるようにして記録できれば使い道も増えてくるでしょう。
あと、リアルタイムで心拍数を監視できるようにすれば運動強度をアラームで知らせることができる。 フォトリフレクタを指先などに固定できるアダプターを作れば簡単に実現できそうだ。
あと残った入出力ポートに何か追加機能の予感を感じます^^
(2006年7月19日)

仕様
表示  :心拍(点滅表示)、心拍数(1〜360)、気温(-20〜120℃)
重量  :24g
大きさ :53×36×11 
電池寿命:1年(1日10回使用)(スタンバイ時:5年)
電池容量:100mAh(LR44を2個使用)                              


2006年7月15日〜
最終更新:2006年7月19日

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