Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В приладі, призначеному для вимірювання температури та артеріального тиску, для обробки сигналу і організації інтерфейсу застосовуються мікропроцесори або мікроконтролери. Основними характеристиками контролерів є: число розрядів, тактова частота ядра, тактова частота шини, об'єм кеш-пам'яті і оперативної пам'яті, функції. Універсальні процесори застосовуються для вирішення різних обчислювальних завдань і зазвичай мають повний набір команд CISC. Спеціалізовані мікроконтролери мають вужчий діапазон застосування і зазвичай призначені для керування певним. Вони мають обмежений набір команд RISC, простішу структуру і відповідно низьку ціну. До окремого класу слід віднести цифрові сигнальні процесори, спроектовані спеціально для обробки сигналів в реальному часі (звук, зображення, вимірювальні сигнали).

Архітектура сигнальних процесорів має помітні особливості:

• швидке виконання операцій, характерних для цифрової обробки сигналів (наприклад, операція "множення з накопиченням" зазвичай виконується за один такт);

• цикли із заздалегідь відомою довжиною;

• більшість сигнальних процесорів мають вбудовану оперативну пам'ять, з якої може здійснюватися вибірка декількох машинних слів одночасно;

• детермінована робота з відомими тривалостями виконання команд, що дозволяє виконувати планування роботи в реальному часі;

• досить велика довжина конвеєра;

• в порівнянні з мікроконтролерами, обмежений набір периферійних пристроїв;

• значно менше споживання потужності, ніж у еквівалентних за продуктивністю процесорів загального призначення.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ПОБУДОВИ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ

Пристрій призначений для вимірювання температури тіла та артеріального тиску людини зі збереженням інформації на картку пам’яті ММС. Функціональна схема пристрою зображена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Функціональна схема пристрою для вимірювання температури та артеріального тиску

Пристрій складається з мікроконтролера МК, блоку вимірювання тиску, датчика температури, клавіатури, картки пам’яті, РК дисплею та блоку живлення.

При вимірювання температури тіла датчик температури знаходиться в безпосередньому контакті зі шкірою людини. Виміряний сигнал з датчика поступає на порт Р0 МК. МК обробляє сигнал і за допомогою драйвера керування передає його на РК дисплей.

Блок вимірювання тиску складається з датчика тиску, манжети, насоса, клапана, ФВЧ. При вимірюванні тиску на руку людини вдягається еластична манжета. Повітря накачується в манжету за допомогою насоса. Після встановлення в манжеті високого тиску насос вимикається і повітря випускається з манжети через клапан, що призводить до плавного зниження тиску в манжеті. Формування сигналів керування двигунами насоса та клапана здійснює МК.

При стисканні руки пацієнта манжетою можна спостерігати невеликі пульсації тиску (шум) в манжеті (рис. 2.2, пунктир). Це відбувається внаслідок зміни тиску при циркуляції крові в організмі пацієнта. Сигнал з виходу датчика тиску фільтрується за допомогою ФВЧ, який спроектовано на частоту 1 Гц, і посилюється. Так отримується сигнал серцебиття. Він показує зміну в сигналі тиску і є графічним зображенням серцевого ритму пацієнта (рис. 2.2, суцільна лінія).З виходу ФВЧ сигнал поступає на вхід "+" компаратора. На вхід "-" компаратора подається еталонна напруга. Імпульси, що перевищують рівень еталонної напруги, призводять до появи сигналу на виході компаратора. Таким чином, компаратор починає працювати при появі тонів Короткова . Тиск, що фіксується за допомогою АЦП МК в момент появи тонів Короткова, відповідає значенню САТ, а тиск, що фіксується в момент їх зникнення – ДАТ. САТ і ДАТ визначаються за допомогою простого осцилометричного способу. При пониженні тиску в манжеті, амплітуда сигналу серцевих скорочень зростає, як тільки тиск в манжеті опуститься до значення тиску систоли пацієнта. При подальшому пониженні тиску в манжеті амплітуда пульсацій збільшується, поки не досягає максимального значення в точці так званого середнього артеріального тиску, а потім швидко знижується, поки не досягне точки тиску діастоли. Виміри тиску, які відповідають САТ і ДАТ зберігаються в пам’яті МК і виводяться на РК дисплей після закінчення циклу вимірювання.

Одночасно результати вимірювань зберігаються на КП типу ММС. Занесення данних до КП здійснюється за допомогою інтерфейсу SPI, який входить до складу МК. Виводи SPI інтерфейсу програмно скомутовані на порт Р2 МК. За допомогою клавіатури можна зберегти результати вимірювання, очистити пам’ять, вивести на РК дисплей попередні результати вимірювань, збережені на картці.

Клавіатура містить 4 кнопки: "Старт ", "Меню", "Далі", "ОК". Кнопка "Старт " ініціює початок процесу вимірювання. Натискання кнопки "Меню" призводить до висвітлення на дисплеї функцій пристрою ("Вимірювання температури", "Вимірювання температури і тиску", "Перегляд результатів попереднього вимірювання", "Збереження результатів вимірювання", "Очистка картки пам’яті"). Натискання кнопки "Далі" дозволяє циклічно перебирати всі можливі функції пристрою, зупиняючись на потрібній. Натискання кнопки "ОК" дозволяє активувати потрібну функцію.

DC-DC перетворювач дозволяє забезпечувати стабільне живлення МК. Напруга на вході DC-DC перетворювача може змінюватися в межах 4,5 – 9 В. При

цьому на виході пертворювача напруга стабільна – 5 В.

Супервізор забезпечує утримання МК в режимі RST (скидання). Це відбувається у двох випадках. В першому випадку, при включенні живлення сигнал RST видається на МК, коли робоча напруга не пеервищила порогової напруги супервізора. В другому випадку, якщо в процесі роботи пристрою робоча напруга зменшилася нижче порогової напруги, супервізор видає імпульс скидання на МК. МК знаходитиметьмя в режимі RST до тих пір, поки напруга живлення не перевищить порогову напругу супервізора. Загорання діода VD1 свідчить про те, що супервізор видає сигнал внаслідок проблем з живленням.

Рисунок 2.2 – Тиск в манжеті (пунктир) та серцевий ритм (суцільна лінія)

3. РОЗРАХУНКИ, ЩО ПІДТВЕРДЖУЮТЬ ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ ПРИСТРОЮ

3.1 Вибір номіналу обмежуючого резистора

Світлодіоди загального призначення (для індикації) задовільно працюють при струмах від 3 мА до 20 мА. Вихідна напруга U_с супервізора МАХ811 становить 0,4 В при вихідному струмі 3,2 мА.

Для розрахунку обмежуючого резистора розглянемо фрагмент принципової схеми пристрою, на якому зображено супервізор DD6, світлодіод VD1 і резистор R10, що розраховується (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Підключення світлодіода до супервізора

Типове значення напруги на світлодіоді, що горить, дорівнює 1,5 В. Тоді падіння напруги на обмежуючому резисторі U_R10 складе

,

В

при мінімальному струмі I = 5 мА. Номінал резистора визначається за законом Ома:

, Ом.

Найближчий номінал зі стандартного ряду Е24 складає 620 Ом.

3.2 Розрахунок резистора підствітки РК дисплею

Розрахуємо резистор підсвітки РК дисплею R14 (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Включення підсвітки РК дисплею

Згідно з довідниковими даними підсвітка РК дисплею ВС2004В1 для задовільної роботи потребує струм 100 мА. При цьому падіння напруги на світлодіодах підсвітки U_п дорівнює 4,2 В.

В проектованому пристрої живлення підсвітки здійснюється безпосередньо від блоку з 4 батарейок, загальна напруга U_живл яких становить 6 В. Тоді падіння напруги на обмежуючому резисторі U_R14 складе

,

В.

Отже, за законом Ома:

, Ом.

Номінал зі стандартного ряду Е24 складає 18 Ом.

3.3 Розрахунок дільника напруги

Розрахуємо дільник напруги, за допомогою якого формується еталонна напруга на вхід "-" компаратора (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Дільник напруги

На дільник R8R9 подається напруга U_живл = 3,3 В. Максимальний вхідний струм І_вх компаратора становить 1 нА.

Щоб запобігти впливу вхідного струму компаратора на джерело еталонної напруги, в якості якої виступає дільник, необхідно, щоб струм дільника значно перевищував вхідний струм компаратора.

Приймемо струм дільника І_д = 1 мА. Тоді сумарний опір резисторів R8 та R9 становить

,

кОм.

Згідно з рис. 2.2 визначення САТ і ДАТ здійснються тоді, коли значення напруги U_е з виходу ФВЧ перевищує 1,5 В. Отже, за законом Ома опір резистора R9

, кОм.

Тоді опір резистора R8 становить кОм.

Номінал зі стандартного ряду Е24 складає 1,8 кОм для резистора R8 і 1,5 кОм для резистора R9.

ЛІТЕРАТУРА

1. Медицинские приборы. Разработка и применение. / Ред. Л.Г. Меркурьева, С.В. Ревенко. – М.: Медицинская книга, 2004. – 720с.

2. Спектрально-статистический подход к бесконтактному измерению температуры. / Б. П. Ионов, А. Б. Ионов. Датчики и системы. Номер 2, 2009.

3. http://www.monitorad.ru/index.aspx?pg=3. Методы измерения артериального давления.

4. http://invent-systems.narod.ru/DS18B20.htm. DS18B20 русское описание работы с датчиком температуры.

5. Како Н., Яманэ Я. Датчики и микро-ЭВМ: Пер. с япон. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. – 120 с. (6)

6. http://autexspb.da.ru. Методы практического конструирования при нормировании сигналов c датчиков.

7. http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/310104/FREESCALE/MPXV5050.

html. Datasheet. MPXV5050 – Integrated Silicon Pressure Sensor On-Chip Signal Conditioned, Temperature Compensated and Calibrated - Freescale Semiconductor, Inc.

1. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения: Пер. с англ. / Л. Кромвелл, М. Ардитти; Пер. под ред. Р.И. Утямышева. – М.: Радио и связь, 1981. – 344 с.

ДОДАТКИ

Додаток А

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

на курсовий проект на тему

"ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТА АРТЕРІАЛЬНОГО ТИСКУ"

1 Найменування та область використання

Пристрій для вимірювання температури та артеріального тиску

Область використання: медицина, побут.

2 Основа для виконання

Робота проводиться на основі завдання керівника на курсове проектування.

3 Мета та актуальність роботи

Метою роботи є розробка пристрою для вимірювання температури та артеріального тиску, функціональної та принципової схем, розрахунок його основних вузлів, оволодіння методикою проектування електронної апаратури та правилами оформлення технічної документації на пристрій, що проектується.

4 Основні технічні характеристики пристрою для вимірювання температури та артеріальног тиску

4.1 Діапазон вимірюваних температур -5,5…+125 С.

4.2 Похибка вимірювання температури – 1%.

4.3 Роздільна здатність датчика температури – 0,05 С.

4.4 Діапазон вимірюваного тиску 0…50 кПа.

Характеристики

Список файлов курсовой работы