Повышенным кровяным давлением страдает более 50% взрослого населения, с возрастом этот показатель увеличивается и уже приближается к 80%. Это катастрофическая цифра! Гипертония подкрадывается незаметно, многие и не подозревают, что у них повышено давление, а тихий убийца дает о себе знать инфарктами и инсультами. А ведь отнесись вы вовремя и с вниманием к своему здоровью, контролируя давление, многих катастроф удалось бы избежать. Низкое давление хоть и не смертельно, но тоже доставляет много проблем. Это и слабость, и недомогания, и головные боли, и даже потеря сознания. Вот почему желательно в каждом доме иметь тонометр (прибор для измерения артериального давления), особенно это относится к людям после сорока. Но как выбрать тонометр , когда на полках в аптеках и магазинах столько самых разных устройств?

Артериальное давление (АД) – важный показатель состояния сердечно-сосудистой системы и может изменяться при многих заболеваниях. У здоровых людей этот показатель практически стабильный, но может изменятся при эмоциональной, физической или психологической нагрузке, а также в течение дня. Если же в организме какие-то неполадки, особенно в сердечно-сосудистой системе, давление в первую очередь расскажет об этом.

Что же такое кровяное давление? Это давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов. Различают систолическое или верхнее кровяное давление (СД), оно показывает с каким давлением проходит кровь по сосудам в момент сокращения сердца и диастолическое или нижнее давление (ДД), этот показатель отображает давление на стенки сосудов в момент расслабления, когда сердце отдыхает и готовится к новому сокращению и выбросу крови.

Следить за величиной артериального давления необходимо не только в пожилом возрасте. Если вы молоды и активно занимаетесь спортом, то желательно тоже контролировать давление. Самый простой способ измерить этот показатель – приобрести тонометр . Сейчас много моделей, которые не требуют особых усилий и навыков, легки и просты в обращении и позволяют самостоятельно измерять уровень давления. К тому же многие из них оснащены дополнительными нужными функциями.

Все тонометры делятся на :

• автоматические на плечо;
• автоматические на запястье;
• полуавтоматические;
• механические.

Перед покупателем сразу же становится вопрос: а какой же модели тонометра отдать предпочтение, какой будет наиболее удобным и точным? Автоматический или механический? Даже бытует мнение, что механический точнее и надежнее. Это весьма спорный вопрос, в умелых руках специалиста механические и автоматические приборы измеряют одинаково точно , так как принцип измерения у них один и тот же. Разница в том, что в случае с механическим тонометром вместо чувствительного датчика, которым оснащена автоматы и полуавтоматы, выступают органы слуха. Поэтому такие тонометры рекомендуется использовать только профессионалам и людям имеющим хорошую подготовку, так как неопытному человеку будет весьма сложно уловить сигнал на слух, кроме того шум и другие воздействия извне будут значительно мешать измерениям.

Всех приветствую! Продолжаю обобщать и выкладывать в сжатом виде свой опыт по ремонту электроники. Привожу свой Топ 10 самых частых неисправностей тонометров, который родился в результате случайных ремонтов медицинской техники и общения с другими Мастерами. Не скажу, что я в этой области большой специалист, но кое-что мне попадалось и удачно починялось. Начнем рейтинг. Места неисправностей тонометров и измерителей артериального давления отсортированы по частоте появления неисправности.

Если в Вашем тонометре случилась потеря герметичности контура нагнетания давления, то с большой вероятностью на экране автоматического тонометра высветится ошибка «Err Cuf». В переводе с английского cuff – манжета, поэтому логично, что ошибка Err Cuf – это ошибка герметичности манжеты.

Если Ваш тонометр выдает такую ошибку, то прежде всего нужно проверить места соединения манжеты с компрессором. Для этого нужно снять манжету. Рассмотрим, как это сделать на примере тонометра на запястье AND UB-403.

Как разобрать автоматический тонометр на запястье AND UB -403

При включении этот измеритель артериального давления показывает ноль.

Затем происходит накачка манжеты, но она прерывается и появляется на дисплее ошибка Err Cuf.

Разворачиваем тонометр AND UB-403 боком и видим заглушку, которую нужно снять, поддев ее тонкой шлицевой отверткой или шилом.

С другой стороны корпуса снимаем такую же заглушку.

Вот как выглядят эти заглушки для крепления манжеты.

После этого снимаем манжету тонометра AND UB-403 и видим места подсоединения патрубков от компрессора к манжете – их целых два.

В этих местах может случиться разуплотнение и утечка воздуха, поэтому внимательно осматриваем и очищаем уплотнительные резиночки патрубков тонометра и манжеты.

Пробуем собрать все в обратном порядке.

Если ошибка манжеты осталась, нужно проверить саму манжету на предмет трещин. Обычно это делается визуально.

Резиновую манжету тонометра можно починить, приклеив заплатку на место утечки воздуха. О том, как поставить заплатку и отремонтировать манжету смотрите ниже в видео на примере манжеты тонометра Microlife.

Как заклеить подушку тонометра

Если же манжета Вашего тонометра целая, то нужно промазать места соединения герметиком или заменить уплотнительные резиночки манжеты, если сможете их найти.

Бывает, что разуплотнение подачи воздуха происходит внутри устройства. В этом случае придется разбирать тонометр и устранять микротрещины или менять засохшие резинки.

Если Вам непонятна разборка тонометра, то советую посмотреть следующее видео как правильно разобрать AND UB 201 .

2 место – пропадают сегменты цифр на дисплее тонометра

Еще одной частью болезнью является отслоение шлейфа ЖК экранов тонометров, в результате чего сегменты цифр и букв могут не отображаться на дисплее.

Шлейфы дисплеев тонометров приклеены по такому же принципу. Ремонт облегчается из-за приятных размеров и шага контактов шлейфа. Ремонтировать такие шлейфы намного легче, чем в .

После разборки тонометра приклеить шлейф дисплея обратно можно путем равномерного нагрева с помощью термофена или паяльника со специальной насадкой для ремонта шлейфов. Посмотрите видео на эту тему – очень познавательно и интересно.

Ремонт и восстановление ЖК дисплея тонометра Sanitas

Ремонт дисплея, если пропадают сегменты тонометра OMRON MX2 Basic

Вероятность успешного ремонта шлейфа дисплея тонометра очень велика, если его не порвать и не повредить сам дисплей.

3 место – не работают кнопки тонометра

В автоматических и полуавтоматических тонометрах управление работой происходит с помощью тактовых кнопок . Эти кнопки не вечны и со временем выходят из строя – не нажимаются, болтаются, нажимаются без щелчка, нажимаются со щелчком, но без результата.

При неисправной кнопке тонометра приходится разбирать устройство, отсоединять электронную плату, выпаивать старую и впаивать новую кнопку. В принципе, ничего сложного, только нужно подобрать точно такую же кнопку, потому что посадочных мест, форм и размеров кнопок бывает великое множество.

Пример распространенных кнопок смотрите в видеоролике по разборке и замене кнопки тонометра.

Ремонт тонометра OMRON M3 Expert

4 место – тонометр неправильно измеряет артериальное давление

Прежде, чем говорить о том, что тонометр неправильно измеряет давление, необходимо определиться с погрешностями измерений и факторов, их увеличивающих.

Всем известно, что подавляющее большинство современных измерителей артериального давления работают по методу тонов Н. С. Короткова , который даже признала в качестве официально рекомендуемого Всемирная Организация Здравоохранения. Этот косвенный метод измерения имеет некоторую погрешность, определяемую упругостью стенок артерий и мягких тканей, амплитудой и формой пульсовой волны и другими факторами, разными для каждого человека.

Если отказаться от округлений и точно использовать цену деления манометра, то мы увидим разницу между соседними измерениями и при пользовании механическим тонометром. Многочисленные эксперименты показали, что погрешность метода тонов Н. С. Короткова обычно находится в пределах ±5-7 мм рт. ст.

Погрешность ручных тонометров складывается из трёх составляющих: погрешности метода, точности манометра и ошибок определения момента считывания показаний. Получается, что величина погрешности измерения артериального давления может доходить до 15 мм рт. ст . Это нужно учитывать, перед тем, как принимать медикаменты для нормализации давления.

Для уверенности в показаниях тонометра метрологи и врачи советуют проводить несколько измерений с перерывом между ними не менее 3-5 минут. Примерно за такое время восстанавливается диаметр сечения сосудов, что помогает повысить точность измерений.

С точки зрения электроники кончено тоже могут быть причины увеличения погрешности измерений. За это отвечает датчик давления и микроконтроллер. Реже могут быть проблемы с прошивкой и напряжением питания.

5 место – неисправности электроники тонометра

Перед проведением ремонта тонометра необходимо внимательно осмотреть печатную плату на предмет микротрещин и плохой пайки. Подозрительные места пропаять, а подозрительные радиоэлементы проверить или заменить на аналогичные.

После включения тонометра нужно сразу проверить напряжения питания в контрольных точках на плате или на контактах преобразователей напряжения.

Часто встречается неисправность в виде завышенного потребления от батарей питания . Эта неисправность проявляется в виде малого срока работы от батареек. Чтобы найти элемент платы, который тянет на себя повышенный ток, можно воспользоваться тактильным методом – пощупать все микросхемы , чтобы найти самую нагретую. Такие микросхемы необходимо пропаять или заменить.

Если тонометр на дисплее выдает непонятную ошибку, то с большой вероятностью это тоже проблема электроники. В таком случае нужно изучить принцип работы тонометра и последовательно проверить все элементы схемы.

Иногда случается так, что клинит компрессор тонометра – при включении устройства компрессор даже не дергается и на дисплее выдается ошибка с каким-то номером или общая ошибка. Иногда от заклинивания компрессора тонометра помогает его разборка и проворачивание якоря вокруг оси. Клин компрессора может происходить из-за износа механических деталей или попадания пыли внутрь. При таком варианте необходимо почистить внутренности компрессора и нанести внутрь новую смазку .

Содержание

Введение 4

1 Назначение и область применения 5

2 Технические характеристики Устройства 6

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры 7

3.1 Обзор существующих решений 7

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT 10

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus 11

3.1.3 Механический тонометр LD-81 12

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства 13

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме 14

^ 3.4 Разработка модели 17

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов 24

4.1 Структурная схема 24

4.2 ИК излучатель АЛ107А 32

4.3 Фотоэлемент ФД256 33

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх 35

^ 4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1 40

4.6 Микроконтроллер ATmega128 42

4.7 Преобразователь уровней DS275 48

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12 50

4.9 Расчет фильтров 52

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы 56

^ 5.1 Алгоритм главной функции 56

5.2 Алгоритм функции начальной инициализации 57

5.3 Алгоритм функции считывания пульсовой волны 58

5.4 Алгоритм функции расчета среднего давления 59

^ 5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления 60

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран 61

6 Описание принципиальной схемы 62

^ 6.1 Описание отдельных элементов 62

6.1.1 Аналоговые цепи 62

6.1.2 Микроконтроллер 63

6.1.3 Коммуникационные устройства 63

6.1.4 Цепь питания 63

Заключение 64

Приложение А 65

Приложение В 67

Введение

Сегодня в современной медицине и быту остро стоит вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе, не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования вне медицинских учреждений.

^

1 Назначение и область применения

Спроектированный прибор призван ответить на острый вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

В данной работе представлен проект прибора для неинвазивного измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.

^

2 Технические характеристики Устройства

В ходе выполнения курсовой работы было спроектировано устройство для неинвазивного измерения среднего, систолического и диастолического артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (пульса).

Устройство обладает следующими характеристиками:

• 
  сравнительно малая стоимость производства, достигнутая использованием широко распространённых компонентов;
• 
  высокая точность измерений;
• 
  отсутствие влияния факта измерения на результат;
• 
  универсальность применения;
• 
  гибкость, достигаемая использованием стандартных компонентов и использование переносимого программного кода;
• 
  гениальная идея;
• 
  лёгкость масштабирования, возможность подключения дополнительных датчиков или других устройств автоматики;
• 
  совместимость со стандартными интерфейсами;
• 
  простота эксплуатации;
• 
  лёгкость модификации и адаптации кода;
• 
  широкий диапазон рабочих температур.

^

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры

3.1 Обзор существующих решений

На сегодняшний день существует несколько различных устройств для измерения артериального давления, но, к сожалению, они работают на принципе нагнетания воздуха в манжету, т.е. являются инвазивными средствами измерения и не могут быть использованы для постоянного мониторинга. Также существуют устройства для неинвазивного снятия показаний, но они слишком дороги либо не точны.

Известны способ непрерывного наблюдения систолического кровяного давления и аппарат для его осуществления (США, патент N 4030485 от 21.06.77, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что с помощью калибровочного прибора со световым преобразователем, превращающим изменения интенсивности света в изменения амплитуды электрического сигнала, определяют измерения интенсивности света, соответствующие изменению объема крови в ткани под преобразователем, периодически производится выборка амплитуды дифференциального сигнала и суммирование с ней амплитуды сигнала, соответствующего эталонному давлению. Амплитуда этого сигнала пропорциональна систолическому давлению.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только систолическое давление.

Известен способ измерения среднего давления по кривой, полученной по результатам измерения кровяного давления (Германия, заявка N 0S 3511803 от 9.10.86, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что полученный сигнал кривой кровяного давления преобразуют в цифровую форму и на отрезке кривой кровяного давления, который меньше дыхательного цикла, определяют Min, причем в зоне Min расположен участок F, простирающийся по обе стороны не менее чем на один сердечный цикл, внутри участка F определяют наибольшее амплитудное значение Max и два пороговых значения S1 и S2, соответствующих 1/3 и 2/3 наибольшего значения амплитуды A1, A3, которое больше большего значения S1. На основе этого значения амплитуды A1, A3 находится следующее значение амплитуды A2, A4, которое меньше порогового значения S2. Это позволяет определить между последовательно расположенными амплитудами A1, A2 - A3, A4 Max 1, Max 2. По измеренным значениям между этими максимумами Max 1 и Max 2 определяют среднее давление.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только среднее кровяное давление.

Известен способ и устройство для непрямого измерения артериального давления крови (ЕПВ, заявка 0136212 от 03.08.83, МКИ A 61 B 5/02), заключающиеся в том, что используют, по меньшей мере, один датчик, удерживаемый с упором в ямке, где определяется пульс, с постоянным усилием, которое меньше усилия, создаваемого диастолическим давлением потока крови в лучевой артерии. Определяют максимальные и минимальные значения сигналов давления, вычисляют среднее значение соотношений максимальных и минимальных значений, вычисляют систолическое и диастолическое давления и показывают их на индикаторе.

Наиболее близким к предлагаемому изделию является способ и аппарат для автоматического определения систолического, диастолического и среднего значения артериального давления пациента (Франция, заявка N 2593380 от 27.01.86, МКИ A 61 B 5/02), предназначенные для определения артериального давления неинвазивным путем. Аппарат имеет линию усиления с двумя каналами, содержащую последовательно усилитель и фильтр. Оба аналоговых сигнала, поступающих из двух каналов, преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем. Монитор имеет, кроме преобразователя, микропроцессор с блоком программы.

Недостатками данного способа и устройства являются ограниченная область применения, невысокое качество регистрации за счет использования пьезодатчиков.
^

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT

Главным отличием автоматического тонометра от механического является простота его использования. Для измерения давления с помощью автоматического тонометра Вам необходимо всего лишь закрепить на руке манжету и надавить на кнопку. Через несколько секунд результат измерения появится на экране прибора.

Рисунок 3.1.1.1 Автоматический тонометр Omron M10 IT

Технические характеристики:

• 
  Метод измерения: осциллометрический;
• 
  Класс точности: клинически апробирован;
• 
  Индикатор аритмии;
• 
  Звуковой сигнал;
• 
  
• 
  Размер манжеты, см.: 22-42;
• 
  Усреднение результатов;
• 
  Точность измерения: давление в пределах +/- 3 мм. рт.ст.;
• 
  Точность измерения: пульс в пределах +/- 5% показаний.

^

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Полуавтоматические тонометры отличаются от автоматических моделей тем, что для измерения давление необходимо самостоятельно подкачивать воздух в манжету прибора при помощи груши. В это время непосредственно измерение показателей кровяного давления полуавтоматический тонометр осуществляет самостоятельно.

Точность показателей кровяного давления при его измерении с помощью полуавтоматического тонометра такая же, как и при использовании.

Рисунок 3.1.2.1 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Технические характеристики:

• 
  Класс точности: A/A;
• 
  Индикатор аритмии: есть;
• 
  Звуковой сигнал: есть;
• 
  Объем памяти: 21 измерение;
• 
  Элементы питания: 4 батарейки АА;
• 
  Размер манжеты, см.: 22-32.

^

3.1.3 Механический тонометр LD-81

Рисунок 3.1.3.1 Механический тонометр LD-81

Технические характеристики:

Диапазон измерения давления от 20 до 300 мм.рт.ст.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности прибора при измерении давления в манжете при температуре: от 18° до 33°С до +/- 3 в диапазоне от 60 до 240 мм.рт.ст. (до +/- 4 в остальных диапазонах). от 5° до 17° С и от 34° до 40° С до +/- 6.

Условия эксплуатации приборов: температура окружающего воздуха от + 10° С до + 40° С, относительная влажность от 30% до 85%, атмосферное давление от 86 до 106 кПА, температура хранения и транспортировки от - 34° С до + 65° С.

Стандартный размер манжеты для взрослого человека (окружность плеча приблизительно от 25 до 36 см).

Масса прибора не более 340 г.
^

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства

Задача данного изделия состоит в разработке метода определения артериального давления, основанного на оценке сдвигов соответствующих точек пульсовых волн при помощи предлагаемого устройства, которое бы упростило процедуру измерения, улучшить качество регистрации пульсовой волны, расширить функциональные возможности.

Принцип работы заключается в том, что на лучевой артерии регистрируют пульсовую волну двумя оптоэлектронными датчиками, измеряют координаты максимальных амплитуд пульсовых волн, измеряют модуль разности значений данных координат, по величине которого определяют среднее артериальное давление, диастолическое артериальное давление вычисляют из величины половины разности утроенного значения среднего и систолического давления, регистрируют первые производные этих пульсовых волн, измеряют смещение между максимальными амплитудами первых производных пульсовых волн в точках их перегибов, величину которого используют при определении систолического артериального давления посредством поправочного коэффициента.

Подробно схема проектируемого устройства описана ниже.

^

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме

Рисунок 3.3.1 Функциональная схема

^

3.4 Разработка модели

Устройство для неинвазивного измерения артериального давления содержит два датчика, выполненных на оптоэлектронных элементах, два канала НЧ-фильтров и два канала усилителей, входы которых соединены соответственно с выходами первых и вторых оптоэлектронных датчиков, два дифференциатора, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, дисплей и коммуникационный порт.

Описание функциональной схемы работы устройства, показанной выше: у пациента на лучевой артерии закрепляется силиконовое изделие, снабженное двумя инфракрасными излучателями и двумя фотоэлементами.

Свет от излучателей полностью внутренне преломляется, таким образом, напряжения на выходе фотоэлементов равно нулю.

При прохождении пульсовой волны по артерии, силиконовое изделие деформируется, таким образом, на фотоэлемент начинает поступать световой поток, что влечет появление ненулевого напряжения на выходе фотоэлемента.

Две идентичных пары излучатель-приемник размещены вдоль артерии, т.е. пульсовая волна, наблюдаемая под каждым из датчиков – одна и та же волна, сдвинутая по фазе.

Из-за полупроводникового характера фотоэлемента, а также по другим причинам, на выходе фотоэлемента будет присутствовать высокочастотный шум. Для фильтрации шума в каждом из каналов предусмотрен НЧ-фильтр, расчет которого приводится ниже.

После фильтрации сигнал необходимо усилить до уровня порядка 5В. Для этих целей используется усилитель на микросхеме операционного усилителя.

Полученный усиленный и очищенный от шумов сигнал поступает на дифференциатор, после чего 4 сигнала (2 усиленных и они же, но дифференцированные) поступают на 10-разрядный АЦП, после чего проходят обработку в микроконтроллере. По установленным алгоритмам и формулам МК производит расчет среднего, диастолического и систолического артериального давления и частоты пульса.

После получения результата он отображается на LCD-дисплее и передается для анализа и хранения на ПК через коммуникационный порт (RS-232)

Рисунок 3.4.1 Два оптоэлектронных датчика

Спаренные оптоэлектронные датчики 1 и 2 располагаются на лучевой артерии. Излучение, генерируемое источником излучения, отражаясь от исследуемого участка сосуда, модулируется по амплитуде пульсациями кровотока. Модулируемый поток преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал. В блоках фильтрации и усилителях происходит фильтрация и усиление сигнала. Отфильтрованные и усиленные сигналы пульсовых волн поступают на входы дифференциаторов, где происходит выделение первой производной систолического участка пульсовой волны. Сигналы, получаемые на выходах блоков усиления и дифференциаторов, подаются на аналого-цифровой преобразователь. В АЦП происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид, необходимый для работы микроконтроллера.

Рисунок 3.4.2 Пульсовые волны и их дифференциальная форма

Микропроцессором определяются координаты максимальных амплитуд пульсовых волн и вычисляется значение ∆T:

∆T = T 1 -T 2 , (1)

T 1 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

T 2 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Также определяются координаты точек перегиба (max дифференциальной формы пульсовой волны) систолического участка пульсовой волны и вычисляется значение ∆T п:

∆Т п = ∆Т 1 -∆Т 2 (2)

∆Т 1 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

∆Т 2 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Величина среднего артериального давления (P сред) обратно пропорциональна величине ∆Т:

P сред = F(∆T п). (3)

Величина систолического артериального давления (P сист) обратно пропорциональна величине ∆T п и зависит от ударного объема сердца:

P сист = F(∆T п). (4)

Диастолическое давление определяется из формулы (P диаст):

Проведенное статистическое моделирование обработки пульсовой волны в соответствии с формулой позволило определить точные зависимости для P сред с коэффициентом корреляции 0,95:

P сред = 86,3-0,82∆T для ∆T > 29. (8)

Аналогично получены зависимости для P сист с коэффициентом корреляции 0,89:

По таблице, которая записана во внутренней памяти микропроцессора, выбираются в соответствии с полученными величинами ∆T и ∆T п значения среднего и систолического артериального давления.

Полученные данные поступают на внутренний дисплей и на внешнее устройство.

Предлагаемый способ определения артериального давления прост, необременителен для пациента, т.к. время измерения занимает не более 30 сек.

Устройство для определения артериального давления изготавливается в виде автономного блока, связанного гибким кабелем с блоком датчиков. Оно имеет внешние разъемы для подключения устройств отображения или ПК. При этом на внешнее устройство может быть выведена диаграмма пульсовой волны обследуемого пациента и значения артериального давления, пульса.

При использовании предлагаемого устройства совместно с ПК имеется возможность значительного расширения круга решаемых задач.

Рисунок 3.4.3 Пример вывода данных о скорости пульсовой волны

Например, прибор позволяет в совокупности с компьютером и средствами хранения данных достаточно часто снимать показания и вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия (рисунок 3.4.3).
^

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов

4.1 Структурная схема

Структурная схема показывает, с помощью каких элементов реализуется требуемый функционал.

Рисунок 4.1.1 Структурная схема

На рисунке 4.1.1 представлена структурная схема проектируемого устройства. Рассмотрим ее подробнее.

В качестве фотоприемника используется отечественный фотоэлемент ФД256, обладающий необходимыми характеристиками и невысокой ценой. Сигнал с фотоэлементов снимается и передается на микросхемы низкочастотных фильтров.

Поскольку для работы прибора требуется регистрация пульсовой волны в двух точках, то естественно электронная часть устройства до микроконтроллера состоит из двух независимых каналов, звенья в которых полностью дублируются.

Низкочастотный фильтр – фильтр Баттерворта, реализованный на активных элементах (рисунок 4.1.2)

Рисунок 4.1.2 Принципиальная схема фильтра нижних частот

Параметры фильтра:

Частота среза – 20Гц

Ширина переходной области – 100Гц

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Детальный расчет фильтра приведен ниже в соответствующем разделе настоящей работы.

Для демонстрации работоспособности рассчитанного фильтра, его схема была собрана в среде Proteus и просимулирована. В качестве модели полезного сигнала использовалась синусоида, а в качестве шума – высокочастотная синусоида. Как видно из графиков, НЧ-фильтр блестяще справился с поставленной задачей для обоих каналов.

Рисунок 4.1.3 Симуляция НЧ фильтра

Рисунок 4.1.4 Принципиальная схема инвертирующего усилителя

Выходное напряжение после фотоэлемента - до 100мВ, поэтому для доведения уровня напряжения до величины 5В коэффициент усиления составляет 50.

Данный усилитель был собран в среде симуляции электроники Proteus. Ниже приведены графики его работы для двух каналов соответственно.

Рисунок 4.1.5 Симуляция для звена усиления

Рисунок 4.1.6 Принципиальная схема инвертирующуего дифференциатора

Для получения первой производной от обработанного сигнала используется звено дифференциации, выполненное на микросхеме операционного усилителя.

Данный дифференциатор был собран в среде симуляции электроники Proteus для демонстрации его работоспособности. Ниже приведены графики его работы и принципиальная схема в среде Proteus.

Рисунок 4.1.7 Графики работы и принципиальная схема дифференциатора

Четыре полученных сигнала подаются на вход АЦП. В качестве АЦП выбран встроенный 10-и разрядный АЦП на микроконтроллере ATmega. Его быстродействия и разрядности вполне достаточно для выполнения всех требуемых операций.

Дискретизация происходит с частотой 20Гц по прерыванию от встроенного таймера.

Замер жизненных параметров микроконтроллером производится в теле цикла в основной программе каждые 5 секунд. Полученные результаты отображаются на LCD-дисплее.

Дисплей MT-10S1 – 10-и символьный LCD-дисплей отечественного производства, описанный детальнее ниже.

Также полученные данные отправляются через порт RS-232 на ЭВМ, где могут быть сохранены, дополнительно обработаны, распечатаны и сохранены для дальнейшего анализа.

Для согласования уровней используется микросхема DS275. Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

• 
  
• 
  
• 
  

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05, рассчитанные на 5 вольт. Стабилизаторы являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности.

Все операционные усилители – отечественного производства и высокого качества. Детально их характеристики рассмотрены в соответствующем подразделе ниже.

^

4.2 ИК излучатель АЛ107А

Рисунок 4.2.1 Внешний вид ИК излучателя АЛ107А

Технические характеристики:

• 
  Технические характеристики;
• 
  Максимальное обратное напряжение 2 В;
• 
  Максимальный прямой ток 100 мА;
• 
  Максимальный импульсный прямой ток 600 мА;
• 
  Монтаж в отверстие;
• 
  Рабочая температура -60...85 С;
• 
  Мощность излучения P 5.5 мВт;
• 
  Прямое напряжение 1.8 В;
• 
  при токе Iпр. 100 мА;
• 
  Длина волны 953 нм;
• 
  Ширина спектра излучения 30 нм;
• 
  Видимый телесный угол 15 град.

^

4.3 Фотоэлемент ФД256

Рисунок 4.3.1 Внешний вид фотоэлемент ФД256

Фотодиод на основе кремния.

Технические характеристики:

• 
  Площадь фоточувствительного элемента (эффективная) 1.37мм 2;
• 
  Рабочая температура 20±5 ºC;
• 
  Рабочее напряжение 10 В;
• 
  Диапазон спектральной чувствительности 0,4 - 1,1 мкм;
• 
  Максимум спектральной характеристики 0,8 - 0,9 мкм;
• 
  Темновой ток не более 5 нA;
• 
  Интегральная токовая чувствительность не менее 0,02 мкА/лк;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 10 В) не более 12 нс;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 60 В), не более 2 нс;
• 
  
• 
  Корпус металлический;
• 
  Порог чувствительности, не более 1 x 10 -11 лм x Гц-1/2;
• 
  Электрическая плотность изоляции, не менее 180 В;
• 
  Входное окно линза;
• 
  Материал окна стекло C52-1;
• 
  Масса, не более 1 г;

• 
  Диапазон температур от –60º C до + 85º C;
• 
  Предельно допустимое напряжение 90 В;
• 
  Предельно допустимая освещенность 100000 лк;
• 
  Интенсивность отказов не более 3 x 10 -5 ч-1 в течение наработки 5000ч при доверительной вероятности 0,6.

^

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

ОУ КМОП-структуры чрезвычайно экономичны, имеют низкий входной ток смещения, работают от однополярного и двуполярного источника питания, обеспечивают выходное напряжение rail-to-rail. Из-за уникальной топологии, которая делает эти характеристики возможными, потребовалась новая Spice макромодель (SMM), чтобы получать точные результаты при моделировании схемных проектов средствами САПР.

Весьма удачная SММ КМОП ОУ была разработана корпорацией National Semiconductor, однако они не пишут модели для Российских микросхем аналогичного назначения.

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный операционный усилитель
KР1446УД1А KР1446УД1Б KР1446УД1В	2	1,3	80…96	3,0	1,0	1,1	2,5..7,0
2-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД2А KР1446УД2Б KР1446УД2В	2	0,05	80…96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
4-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД3А KР1446УД3Б KР1446УД3В	4	0,05	80...96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
2-канальный маломощный операционный усилитель
KР1446УД4А KР1446УД4Б KР1446УД4В	2	0,45	80...96	3,0	0,5	0,14	2,5...7,0
2-канальный быстродействующий операционный усилтель
KФ1446УД5А KФ1446УД5Б KФ1446УД5В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	2,5...7,0

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх Продолжение

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД11А KФ1446УД11Б KФ1446УД11В	2	1,3	80...96	3,0	1,0	1,1	3,0...12,0
2-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД12А KФ1446УД12Б KФ1446УД12В	2	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
4-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД13А KФ1446УД13Б KФ1446УД13В	4	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
2-канальный маломощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД14А KФ1446УД14Б KФ1446УД14В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	3,0...12,0

Рисунок 4.4.1 Распределение выводов ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Рисунок 4.4.2 Структурная схема ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

КР(КФ)1446УДхх - серия КМОП интегральных операционных усилителей (ОУ) с расширенным диапазоном допустимых входных (от -U до +UCC включительно) и выходных напряжений. Серия включает 9 ОУ: КР(КФ)1446УД1/УД2/УД3/УД4/УД5/УД11/УД12/ УД13/УД14.

Усилители имеют широкий диапазон допустимых напряжений питания. Напряжение питания может быть либо однополярным (-Ucc>0 или +UCC 0). В любом случае напряжение Ucc на выводе +UCC относительно вывода -Ucc может изменятся в пределах от +2.5В до +7В для усилителей УД1 , УД5 и от +3,0В до +12,0В для УД11 , УД14.

Серия КР1446УДхх предоставляет возможность выбора ОУ с требуемым током покоя на один усилитель (10мкА-УД2, 3, 12, 13; 100мкА-УД4, 14; 0.8mA - УД 1, 11; 2.4mA - УД5), который обеспечит оптимальное для конкретного приложения сочетание динамических и нагрузочных характеристик ОУ при минимальной потребляемой мощности.

Высокое входное сопротивление (>1000МОm) позволяет работать ОУ и с высокоимпедансными источниками.

В корпусе интегральной схемы размещается либо по 2 одинаковых ОУ (УД1, 11, 2, 12, 4, 14, 5), либо по 4 0У(УД3, 13).ОУвмикросхемахУД2 и УД3,атакже УД12 и УД13 идентичны.

ОУ предназначены для построения малогабаритных блоков различных устройств в качестве усилителей постоянного и переменного тока, импульсных сигналов, генераторов, компараторов и т.п. ОУ могут применятся при построении следующих видов устройств: источников питания, низкочастотных активных фильтров, усилителей с малыми входными токами, слуховых аппаратов, микрофонных усилителей, пикоамаперметров, интеграторов, аналого-цифровых устройств автоматики.

Технические характеристики:

• 
  Расширенный диапазон входных и выходных напряжений (от -Ucc до +UCC);
• 
  Широкий диапазон напряжений питания (от 2.5В до 7В и от 3,0В до 12,0В);
• 
  Широкий выбор токов покоя ОУ;
• 
  Высокое входное сопротивление (>1000 МОм);
• 
  Внутренняя частотная коррекция;
• 
  Конструкция - 8- и 14-выводной пластмассовый корпус DIP или SO.

^

4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1

Жидкокристаллический модуль MT–10S1 состоит из БИС контроллера управления и ЖК-панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG.

Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Модуль позволяет отображать 1 строку из10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК-панелью.

Рисунок 4.5.1 Внешний вид жидкокристаллического модуля MT–10S1

Модуль позволяет:

• 
  модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский;);
• 
  Работать как по 8-ми, так и по 4-ч битной шине данных;
• 
  принимать команды с шины данных;
• 
  записывать данные в ОЗУ с шины данных;
• 
  читать данные из ОЗУ на шину данных;
• 
  читать статус состояния на шину данных;
• 
  выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;
• 
  управлять подсветкой.

^

4.6 Микроконтроллер ATmega128

Для управления всем устройством, обмена данными с ПК был выбран микро контроллер ATmega128 производства фирмы Atmel. Эти микро контроллеры обладают рядом преимуществ перед другими микро контроллерами и схемами на традиционных аналоговых и цифровых компонентах:

• 
  Высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер;
• 
  Развитая RISC-архитектура:
  • 
    133 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл;
  • 
    32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией;
  • 
    Полностью статическая работа;
  • 
    Производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;
  • 
    Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;
• 
  Энергонезависимая память программ и данных:
  • 
    Износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание;
  • 
    Опциональный загрузочный сектор с отдельной программируемой защитой:
    • 
      Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой;
    • 
      Гарантированная двухоперационность: возможность чтения во время записи;
  • 
    Износостойкость 4 кбайт ЭСППЗУ: 100000 циклов запись/стирание;
  • 
    Встроенное статическое ОЗУ емкостью 4 кбайт;
  • 
    Опциональная возможность адресации внешней памяти размером до 64 кбайт;
  • 
    Программируемая защита кода программы;
  • 
    Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования;
• 
  Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1):
  • 
    Граничное сканирование в соответствии со стандартом JTAG;
  • 
    Обширная поддержка функций встроенной отладки;
  • 
    Программирование флэш-памяти, ЭСППЗУ, бит конфигурации и защиты через интерфейс JTAG;
• 
  Отличительные особенности периферийных устройств:
  • 
    Два 8-разр. таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения;
  • 
    Два расширенных 16-разр. таймера-счетчика с отдельными предделителями, режимами сравнения и режимами захвата;
  • 
    Счетчик реального времени с отдельным генератором
  • 
    Два 8-разр. каналов ШИМ;
  • 
    6 каналов ШИМ с программируемым разрешением от 2 до 16 разрядов;
  • 
    Модулятор выходов сравнения;
  • 
    8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования:
    • 
      8 несимметричных каналов;
    • 
      7 дифференциальных каналов;
    • 
      2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x;
  • 
    Двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате;
  • 
    Два канала программируемых последовательных УСАПП;
  • 
    Последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный;
  • 
    Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;
  • 
    Встроенный аналоговый компаратор;
• 
  Специальные возможности микроконтроллера:
  • 
    Сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;
  • 
    Встроенный калиброванный RC-генератор;
  • 
    Внешние и внутренние источники прерываний;
  • 
    Шесть режимов снижения энергопотребления: холостой ход (Idle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby) и расширенный дежурный (Extended Standby);
  • 
    Программный выбор тактовой частоты;
  • 
    Конфигурационный бит для перевода в режим совместимости с ATmega103;
  • 
    Общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода;
• 
  Ввод-вывод и корпуса:
  • 
    53 –программируемые линии ввода-вывода;
  • 
    64-выв. корпус TQFP;
• 
  Рабочие напряжения 4.5 - 5.5В;
• 
  Градации по быстродействию 0 - 16 МГц.

Ядро AVR сочетает богатый набор инструкций с 32 универсальными рабочими регистрами. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), который позволяет указать два различных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода за счет достижения производительности в 10 раз выше по сравнению с обычными CISC-микроконтроллерами.

ATmega128 содержит следующие элементы: 128 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кбайт ЭСППЗУ, 4 кбайт статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разр. АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать.

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

ATmega128 поддерживается полным набором программных и аппаратных средств для проектирования, в т.ч.: Си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисистемные эмуляторы и оценочные наборы.

Рисунок 4.6.1 – Расположение выводов микроконтроллера ATmega128
^

4.7 Преобразователь уровней DS275

Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

Рисунок 4.7.1 – Расположение выводов микросхемы DS275

Микросхема была выбрана в качестве преобразователя уровней, т.к. имеет ряд очевидных преимуществ:

Питается от линий RX/TX COM-порта

Работа в асинхронном полно дуплексном режиме

Не требует для работы внешних элементов, например конденсаторов (в отличие от аналога – MAX232)

Рисунок 4.7.2 – Пример включения микросхемы DALLAS DS275

Технические характеристики микросхемы:

• 
  Напряжение питания – 5/12В;
• 
  Напряжение на выходе - ±15В;
• 
  Рабочий диапазон температур – 0С…+70С.

^

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12

Рисунок 4.8.1 – Расположение выводов регулятора напряжения LM78LXX

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05 и LM78L12, рассчитанные на 5 и на 12 вольт соответственно. Оба стабилизатора являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности и обладают схожими техническими характеристиками:

• 
  Выходное напряжение меняется на ±5% в зависимости от температуры (см. рисунок 4.8.2);
• 
  Выходной ток – до 100мА;
• 
  Встроенная термозащита;
• 
  Встроенный ограничитель по току;
• 
  Доступен в различных корпусах (TO-92, SO-8, различные SMD корпуса и др.);
• 
  Не требует внешних компонентов;
• 
  Напряжение выхода 5 и 12 В.

Рисунок 4.8.2 – Температурная характеристика стабилизатора
^

4.9 Расчет фильтров

К сожалению, получаемый с фотоприемников сигнал является зашумленным. Этот шум имеет две составляющие - фотонный шум и полупроводниковый шум - и носит характер высокочастотного.

Для решения проблемы зашумленного сигнала был спроектирован фильтр низких частот, который должен быть расположен после каждого из фотоприемника.

Как известно, максимальная частота пульса - около 200 ударов в минуту, т.е. до 4Гц. Для повышения точности измерений будем снимать показания 20 раз в секунду, т.е. частота среза для НЧ фильтра составит 20Гц.

Поскольку расчет фильтра и номиналов компонентов - несложное, но кропотливое занятие, при выполнении которого легко ошибиться, мы использовали для расчета фильтра специальное ПО, разработанное на кафедре АУТС.

Рисунок 4.9.1 Параметры НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.1 приведены параметры рассчитываемого фильтра. Т. к. в состав схемы уже включен усилитель, от фильтра не требуется дополнительное усиление в области пропускания и коэффициент усиления установлен равным единице.

Рисунок 4.9.2 Сравнение различных типов фильтров

Было решено использовать фильтр Баттерворта, т.к. он позволяет получить очень гладкую АЧХ в области усиления (Рисунок 4.9.2). Пологость же линии среза компенсируется тем, что высокочастотные шумы все равно начинаются с частоты около 1кГц, т. о. они будут очень сильно затухать.

Рисунок 4.9.3 Принципиальная схема включения звена фильтра

Программа расчета предложила фильтр Баттерворта второго порядка, который легко реализовать с помощью всего одного звена, приведенного на рисунке 4.9.3.

Рисунок 4.9.4 Рассчитанные номиналы элементов

На рисунке 4.9.4 приведены рассчитанные номиналы элементов фильтра, приведенные к стандартному номинальному ряду.

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Рисунок 4.9.5 АЧХ НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.5 приведена АЧХ рассчитанного фильтра. Легко видеть, что рассчитанный фильтр полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

^

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления

Рисунок 5.5.1 - Блок-схема функции расчета систолического давления

^

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран

Рисунок 5.6.1 - Блок-схема функции вывода данных на экран
^

6 Описание принципиальной схемы

В полном соответствии со структурной схемой, ниже приведено описание отдельных блоков и элементов схемы принципиальной электрической.

Спроектированное устройство состоит из двух каналов передачи данных, микроконтроллера со встроенным АЦП, ЖК-дисплея и коммуникационного порта. Каждый канал передачи данных состоит из оптопары, НЧ-фильтра, усилителя и дифференцирующего звена.

^

6.1 Описание отдельных элементов

6.1.1 Аналоговые цепи

XP4 – разъем для подключения к двум оптопарам

Низкочастотные фильтры используются для отсечения высокочастотного полупроводникового и фотонного шума от полезного сигнала, получаемого с фотоэлементов, входящих в состав оптопар.

R1, R2, R3, R4, C6, C7, DA1 и R10, R11, R12, R13, C9, C10, DA4 – низкочастотные фильтры с частотой среза 20Гц.

Поскольку сигнал, получаемый с фотоэлементов, обладает амплитудой всего до 100мВ, то используются усилителя сигнала на микросхемах операционного усилителя, для поднятия уровня сигнала до 5В.

R5, R6, R7, DA2 и R14, R15, R16, DA5 – усилители на микросхемах операционного усилителя с коэффициентом усиления К=50.

Для получения первой производной от отфильтрованного сигнала используется пара дифференцирующих звеньев.

R8, R9, C8, DA3 и R17, R18, C11, DA6 – дифференциаторы с постоянной времени T=0.1

6.1.2 Микроконтроллер

Встроенный в микроконтроллер АЦП производит дискретизацию 4-х получаемых потока данных; микроконтроллер осуществляет обработку полученных данных, производит расчет среднего, диатолического и систолического давления, а также пульса. Кроме того, микроконтроллер производит индикацию на ЖК-дисплее и передает полученные данные на ПК через коммуникационный порт.

DD1 – микроконтроллер со встроенным 10-и разрядным АЦП

Q1 – кварцевый резонатор с частотой 20МГц

C1, C2 – вспомогательные конденсаторы для колебательного контура

^

6.1.3 Коммуникационные устройства

Для информирования пользователя используется ЖК-дисплей, а для передачи данных на ПК – коммуникационный порт RS-232.

DD2 – микросхема согласования уровней напряжения для порта RS-232

XP1 – разъем коммуникационного порта RS232

XP3 - разъем для подключения жидкокристаллического дисплея

^

6.1.4 Цепь питания

Цепь питания обеспечивает стабильное напряжение 5В для питания всех активных аналоговых и дискретных компонентов устройства.

XP2 – разъем для подключения внешнего источника питания

DA0 – стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание устройства с напряжением 5В.

Заключение

В данной работе спроектирован прибор для неинвазивного измерения
артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой
прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности
с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную
статистику изменения этих показаний и таким образом даже
прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.
Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе,
не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования
вне медицинских учреждений.

Во время проектирования устройства были в полной мере задействованы знания и навыки, полученные за годы изучения специальности «Автоматика и управление в технических системах».
^

Приложение А

Сюды вставится листег с заданием.

А тут будет страничка календарного плана

Приложение В

Список литературы

1. 
   Новацкий А.А Электронный конспект по курсу «Компьютерная электроника».
2. 
   Дж. Ф. Янг Робототехника Ленинград, «Машиностроение», 1979г.
3. 
   А. А. Краснопрошина Электроника и микросхемотехника Киев, «Высшая школа», 1989г.
4. 
   Денисенко Т.А, Тихончук С.Т Методические указания по применению контроллеров семейства SIMATIC S5, ОГПУ, 1998г.
5. 
   Ямпольский Л.С, Мельничук П.П, Самоткин Б.Б Гибкие компьютеризированные системы, Житомир, 2005 г.
6. 
   Д. Морман, Л. Хеллер Физиология сердечнососудистой системы.
7. 
   Мандел В.Дж. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение. В 3-х томах
8. 
   Яковлев В.Б., Макаренко А.С., Капитонов К.И. Диагностика и лечение нарушений ритма сердца.

После сорока лет врачи рекомендуют регулярно следить за своим давлением. Это касается даже тех, кто никогда не имел проблем со здоровьем вообще. Регулярные скачки давления требуют ежедневного контроля показателей, что поможет вовремя предотвратить возникновение некоторых сложных сердечно-сосудистых заболеваний. Правильно подобранный тонометр облегчит контролирование показателей своего давления.

Что такое тонометр и какой он бывает?

Тонометр — это прибор, который предназначен для измерения уровня артериального давления. То есть показатели тонометра выдают информацию о соответствии измеренных показателей нормам, установленным для организма человека. Повышенные или пониженные показатели в сравнении с нормой могут свидетельствовать о развитии заболеваний. Обычно отклонения от нормы сопровождаются такими симптомами: головной болью, головокружением, тошнотой. Контроль показателей артериального давления поможет избежать плохого самочувствия.

Современный рынок медицинских приборов предоставляет покупателю широкий выбор тонометров. Они различаются не только своими функциональными возможностями, но и габаритами, ценой и качеством используемых материалов.

По конструкции различают несколько механические, полуавтоматические и автоматические. Каждый из видов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Самыми точными и надежными считаются тонометры автоматические. Какой лучше выбрать тип тонометра нужно определять исходя из характеристик каждой модели и их возможностей. Стоимость прибора для некоторых является определяющим параметром при его выборе, так как не все могут себе позволить приобрести дорогую фирменную модель.

Коротко о механических и полуавтоматических тонометрах

Механические тонометры по праву можно назвать точными и надежными приборами. Они состоят из манжеты, фонендоскопа, накачивающей груши и циферблата. При надлежащем качестве используемых материалов в изготовлении механических тонометров эти приборы могут прослужить очень долго. Самыми ненадежными элементами этого типа являются резиновые трубки от груши до манжеты. Со временем они трескаются и лопаются. Но стоимость их замены намного ниже, чем приобретение самого прибора.

Доступность механических тонометров делают их весьма популярными среди покупателей. К существенным недостаткам можно отнести долгое время измерения и сложность использования. Для пользования таким прибором нужно иметь хороший слух, что большая редкость среди пожилых людей. Также эта модель мало подходит для самостоятельных измерений.

Относятся к электронным приборам и от механических отличаются тем, что измерение проводится автоматически, а накачивание воздуха в манжету нужно проводить вручную. Для пожилых людей это вариант более предпочтительный, так как не требует наличие хорошего слуха. Этот вариант более удобный в использовании, но цена его будет немного выше, чем у механических.

Особенности автоматических тонометров

Главным отличием автоматических тонометров от других типов прибора является наличие компрессора, который служит нагнетателем воздуха в манжету. Это делает процесс измерения более простым и быстрым. Существенным недостатком этих моделей является их стоимость. Не все могут себе позволить приобретение дорогостоящего прибора. Но иногда лучше один раз купить качественный прибор, который прослужит долго.

Лучшие автоматические тонометры имеют все необходимое, чтобы облегчить жизнь человеку. Удобство использования является главным преимуществом электронных автоматических приборов. Для людей, ведущих активный образ жизни, часто путешествующих, такие модели наиболее подходящие. Они имеют более компактные размеры в сравнении с другими типами тонометров, и их проще взять с собой.

Наличие автоматического тонометра позволяет человеку вести привычный образ жизни и в то же время следить за своим здоровьем. Для некоторых жизненно важно всегда иметь с собой надежный прибор, способный измерить артериальное давление. Также к преимуществам автоматических моделей можно отнести быстроту измерения, ведь иногда, особенно на работе, так сложно выделить время для себя.

Составляющие части автоматического тонометра

При выборе тонометра следует обратить внимание на все составляющие части прибора. От их качества зависит не только точность измерения, но и изделия. Если некоторые комплектующие прибора приобретаются отдельно, то следует помнить о том, что все составные части должны быть одной фирмы. Это позволит избежать большой погрешности в результатах.

При выборе тонометра в первую очередь необходимо обратить внимание на размер манжеты и материала, из которой она сделана. Чем прочнее материал, тем дольше прослужит манжета. По размеру различают манжеты детские, средние и большие. При несоответствии размера манжеты объему руки во время измерения давления возникает неточность показаний, и даже болевые ощущения (манжета меньше чем нужно). Модели с универсальной манжетой имеют большую погрешность показаний. Липучка на манжете должна быть качественная и хорошо крепиться, иначе она может расстегиваться в процессе. Для самостоятельного измерения предусмотрены модели с фиксирующим кольцом, которое позволяет быстро и правильно надеть манжету.

В качестве в манжету автоматические модели снабжены компрессором. В отличие от резиновой груши, которой укомплектованы механические и полуавтоматические варианты, компрессор намного быстрее наполняет воздухом манжету, тем самым сокращая время, затраченное на измерение. Количество накачиваемого воздуха в манжету определяет с помощью алгоритма Fuzzy. Для быстрого стравливания воздуха манжета имеет клапан спуска воздуха.

Снятые прибором показатели выводятся на электронный дисплей. Многие современные модели имеют искусственный интеллект, который значительно уменьшает погрешность автоматического тонометра. С его помощью прибор сможет рассчитать и вывести на экран средние показатели давления и учесть некоторые индивидуальные особенности организма.

Какие бывают тонометры автоматические? Какой лучше?

Автоматические тонометры различают по месту измерения давления. Тонометр автоматический на плечо предназначен для измерения давления выше локтя. Это наиболее популярный тип.

Такие приборы различают также по величине манжеты. Правильно подобранный объем манжеты влияет на точность полученных результатов. Для средней руки подойдет тонометр с манжетой объемом от 22 см до 32 см. Тонометры с увеличенной манжетой позволяют регулировать ее объем до 42 см. Манжета с объемом до 22 см подходит для измерения давления у детей или людей некрупной комплекции. Обычно прибор укомплектован манжетой средней длины, но для того чтобы пользоваться всей семьей одним тонометром, можно отдельно приобрести малую и большую манжету.

Если объем руки человека не позволяет наложить ему плечевую манжету, то используют тонометры на запястье. Они отличаются компактными размерами и идеально подходят для измерения давления спортсменам. Легкость прибора и простота использования позволяет его взять с собой в дорогу или на спортивные тренировки. Кроме измерения давления тонометры на запястье выдают также информацию о частоте пульса.

Иногда во время измерения давления человек может ощущать дискомфорт и даже боль при сдавливании манжетой. Тонометры на запястье сводят к минимуму все неприятные ощущения в процессе измерения. Цифровой дисплей такого тонометра закреплен на манжете, что позволяет использовать прибор и контролировать показатели во время тренировок. Его можно использовать и в медицинских центрах для удобства проведения некоторых тестов на нагрузку.

Некоторые производители предлагают приборы, которые позволяют измерять давление на пальце, но они не рекомендованы специалистами, так как имеют низкую точность. Лучшие тонометры автоматические, отзывы о которых можно найти на специализированных форумах, имеют минимальную погрешность. Наиболее точными считаются тонометры с манжетой на плечо.

Дополнительные функции электронных автоматических тонометров

Современные медицинские приборы, например такие, как тонометры автоматические "Омрон", имеют ряд дополнительных функций. Они существенно расширяют возможности прибора и область его использования. Многие известные производители медицинского оборудования стараются учесть все потребности человека при разработке новых моделей тонометров.

Приборы с индикатором аритмии способны зафиксировать и вывести на экран показатели нерегулярного сердцебиения. Несколько известных компаний, специализирующихся на выпускают приборы, которые имеет разные технологии определения аритмии. Приборы с возможностью диагностики в соответствии со шкалой ВОЗ позволяют самостоятельно оценить степень гипертонии. Критерий будет полезен для людей с диагнозом гипертония, так как позволяет следить за развитием заболевания. Показатели прибора не могут служить основанием для диагноза, но, безусловно, являются поводом для обращения к специалисту.

Тонометр автоматический с адаптером позволяют подключать прибор к сети 220 В. Тонометры, которые имеют возможность питания от сети прекрасно подходят для домашнего пользования, так как не требуют частой смены элементов питания (батареек). Но, стоит вставить батарейки, и прибор становится мобильным и его можно взять с собой в дорогу.

Приборы с памятью позволяют сохранять до 200 измерений. Функция незаменима в случае использования тонометра для ежедневного контроля изменения показаний. Возможность подключения тонометра к компьютеру позволяет распечатать полученные результаты для себя или лечащего врача.

автоматических тонометров

Все приборы имеют погрешность в показаниях, которая указывается производителем на упаковке. Присутствующая в измерениях небольшая погрешность считается нормой, и она не является свидетельством плохого качества прибора. Обычно она не сильно отражается на результатах измерения, и по ним можно судить о повышенном или пониженном давлении.

Но иногда у автоматических приборов случаются большие расхождения в показаниях с механическими или полуавтоматическими тонометрами. Чаще всего это вызвано несоблюдением рекомендаций производителя по использованию тонометра. К каждому сертифицированному прибору прилагается инструкция, в которой подробно описан порядок проведения измерения, а также указано положение манжеты на предплечье. Отмечено, что при неправильном положении руки во время измерения прибор также выдает неточные результаты. При самостоятельном измерении давления нужно помнить, что рука, на которую накладывается манжета, должна быть расположена на уровне сердца.

Как выбрать тонометры автоматические? Какой лучше? Отзывы

В первую очередь учитываются те цели, для которых приобретается прибор. Если покупка тонометра связана с контролем за своим здоровьем, то подойдут модели с базовыми функциями.

Человеку с наличием каких-либо сердечно-сосудистых заболеваний стоит обратить внимание на дополнительные функции, которыми оснащены тонометры автоматические. Какой лучше тонометр подойдет конкретному человеку нужно определять исходя из многих факторов. Например, образ жизни человека может склонить его выбор в сторону моделей с адаптером для домашнего пользования либо тонометров на запястье для активных людей.

Также стоит обратить внимание на производителя. Отдавать предпочтение лучше известным маркам. Дешевый аппарат малоизвестной фирмы может разочаровать в процессе эксплуатации. Прибор с большим количеством дополнительных функций имеет соответствующую довольно высокую цену. Поэтому низкая цена прибора в сочетании с его большой функциональностью должна насторожить покупателя.

Где лучше покупать тонометры?

Импортные тонометры должны быть сертифицированы в той стране, где они продаются. Сертификат подтверждает соответствие прибора требованиям к качеству и заявленным производителем характеристикам.

Где приобретать тонометры автоматические, какой лучше, отзывы о приборах разных моделей и марок можно выяснить у специалистов. Отзывы покупателей о работе тех или иных моделей тонометров могут помочь сделать выбор в сторону наиболее подходящего прибора. Стоит отметить, что покупать тонометр стоит лишь в аптеках или в магазинах медицинской техники.

Производители автоматических тонометров

На отечественном рынке присутствует огромный выбор производителей, которые имеют соответствующие сертификаты качества на свою продукцию. Один из самых популярных - это тонометр Microlife автоматический. Этот производитель предоставляет широкий выбор моделей. Швейцарский бренд Microlife постоянно разрабатывает и внедряет новые технологии. Новая AFIB-технология, которая уже присутствует в новых моделях тонометров этой марки, позволяет определить мерцательную аритмию и тем самым предотвратить инсульт.

Как выбрать тонометры автоматические? Какой лучше? "Омрон" — японская компания, специализирующаяся на производстве электроники. Фирма известна своей научно-исследовательской базой и имеет большое количество запатентованной продукции. Тонометры автоматические "Омрон" считаются одними из самых дорогих. Компания зарекомендовала себя как производитель качественного электронного оборудования, в числе которого и тонометры разных моделей. Автоматический тонометр Omron может позволить себе не каждый, но если есть финансовые возможности, безусловно, стоит приобрести прибор именно этой марки.

Домашние тонометры от американского бренда AND популярны во всем мире. Компания специализируется на различном медицинском оборудовании и постоянно развивает и усовершенствует выпускаемые приборы, в том числе тонометры автоматические. Какой лучше - "Омрон" или "Анд"? При выборе производителя стоит руководствоваться характеристиками моделей и своими финансовыми возможностями. Если сравнивать две модели разных торговых марок, то можно выяснить, что при одинаковых возможностях приборы марки "Омрон" значительно превосходят в цене.

Тонометр - медицинский прибор, измеряющий артериальное (кровяное) давление. Данное устройство в наше время есть практически в каждой второй семье. Его приобретение доступно во всех отношениях. Нужная, удобная и полезная вещь, особенно в свете того, что растёт хилое поколение.

Особенно приятен в общении вот такой «представитель медицины». Надел рукавчик, нажал кнопочку и он, жужжа - мурлыча тебя уже «лечит». Минута и на табло полная информация о артериальном давления, да ещё в придачу и частоте пульса. Такой вещью, да ещё новенькой, приятно пользоваться абсолютно всем членам семьи, поэтому приданого комплекта батареек хватает максимум на неделю.

Чтобы прибор отработал ещё неделю или возможно даже целых две нужно купить новый комплект качественных батареек. Впрочем, возможен альтернативный вариант - за половину его стоимости купить линейный стабилизатор напряжения и пару конденсаторов. И больше уже никогда не вспоминать про батарейки, ибо в этом случае появляется реальная возможность подобрать для питания тонометра подходящую зарядку, коих в каждом доме предостаточно. Может подойти даже от сотового телефона.

Схема БП

Схема подключения типовая. Стабилизатор с выходным напряжением на 6 вольт и током не менее 0,5 А. Конденсаторы от 0,1 до 10 мкФ. Для проверки собрал схему при помощи соединительных проводов, причём стабилизатор решил попробовать на 5 В. Смотрите, лучше раз увидеть.

Видео 1

Итак, для производства процесса измерения прибору вполне хватило 5 вольт при максимальном токе потребления 260 мА. Общеизвестно, что рабочее напряжение двигателя не должно быть выше 110% и ниже 90% от номинального. То есть в данном случае допускается 5,5 вольта. Стоит вспомнить, что разброс выходного напряжения у линейных стабилизаторов имеется, в том числе и в большую сторону, так, что вполне возможно найти «стаб» на 5,5 В. Работать движок будет от силы 20 секунд так, что перегреться думаю не успеет. Кстати уместно будет вспомнить, сколько времени ему приходиться жужжать, когда его рачительные владельцы усердно «дорабатывают» уже изрядно подсевший комплект батареек. Определились? Теперь по существу задуманного:

В первую очередь отсоединяется трубка подачи воздуха, открывается крышка батарейного отсека и из цилиндрических углублений выкручиваются два самореза и разъединяются половины корпуса. Вот и внутреннее содержимое. Теперь главное не спешить и не суетится.

Поднимаем жидкокристаллический дисплей и отводим его на заднюю сторону, появился доступ к гнезду питания.

Собираем при помощи пайки схему подключения стабилизатора, всё же решил поставить на 6 вольт.

Снимаем его с места установки гнездо питания, отводим в сторону и первым от отпаиваем плюсовой провод (красный), на его место плюсовой провод идущий со входа стабилизатора, а плюсовой провод выхода соединяем с отпаянным раньше красным проводом.

То же проделываем с минусовым проводом (синим), какой провод плюсовой, а какой минусовой определяется прозвонкой при вставленном штекере питания до начала пайки.

Гнездо на место, стабилизатор с радиатором крепим саморезом к днищу корпуса.

Возвращаем на место дисплей и тройник воздухопровода, провода питания заводим в корпус, предварительно обернув скотчем места пайки.

Результат работы. Из имеющихся зарядок, от сотовых телефонов, подобрал подходящую (её доработка заключалась в замене штекера) на выходе (без нагрузки) даёт 8,5 В. Впрочем, теперь подойдёт любой БП с напряжением на выходе от 8,5 до 15 вольт. Суть вмешательства в заводскую конструкцию в том, что сколько угодно много встречается блоков питания на 5, 8, 10, 12, 15 вольт, а вот на 6 вольт редкость.

Видео 2

Таким образом можно оснастить внешним адаптером любое устройство, потребляющее значительный ток, не обязательно тонометр. Беспокоился о своём и Вашем здоровье Babay .

Обсудить статью СЕТЕВОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ ТОНОМЕТРА