THIẾT kế THIẾT bị đo điện TIM sử DỤNG FPAA và PSOC

Phần 1 Đặt vấn đề thiết kế LỜI GIỚI THIỆU Trong cuộc sống hàng ngày nhu cầu được kiểm tra sức khỏe định kỳ là rất cần thiết Trái tim là một bộ phận rất quan trọng đối với sức khỏe của mỗi người Do đó việc kiểm tra hoạt động của tim thường xuyên là yếu tố hàng đầu giúp đánh giá tình trạng sức khỏe của mỗi người Hoạt động của tim được thể hiện qua nhiều yếu tố khác nhau, trong đó những tín hiệu điện sinh học do tim phát ra là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đánh giá hoạt động của tim Hiệ.

Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế LỜI GIỚI THIỆU Trong sống hàng ngày nhu cầu kiểm tra sức khỏe định kỳ cần thiết Trái tim phận quan trọng sức khỏe người Do việc kiểm tra hoạt động tim thường xuyên yếu tố hàng đầu giúp đánh giá tình trạng sức khỏe người Hoạt động tim thể qua nhiều yếu tố khác nhau, tín hiệu điện sinh học tim phát yếu tố quan trọng để đánh giá hoạt động tim Hiện để kiểm tra tín hiệu điện tim cần phải tới sở y tế lớn phòng khám đắt tiền Trong trình học chuyên ngành Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp thuộc khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tiếp cận với kiến thức hai lĩnh vực đo lường điện tử Từ kiến thức học nhận định trên, đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị đo điện tim hình thành Mục tiêu đề tài chế tạo thiết bị đo điện tim nhỏ gọn, hoạt động xác với chức thơng minh Và yếu tố quan trọng giá thành rẻ để chấp nhận sử dụng với phần lớn số người có nhu cầu Đề tài nhận ủng hộ giúp đỡ nhiều từ thầy cô môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp từ thầy giáo hướng dẫn PGS TSKH Trần Hồi Linh Bên cạnh giúp đỡ Giám đốc cá thành viên công ty TNHH Tin học Điện tử Thăng Long suốt trình thực tập thực nghiên cứu đề tài Thiết bị chế tạo giai đoạn nghiên cứu cịn nhiều vấn đề cần hồn thiện, mong nhận góp ý, giúp đỡ từ cá nhân, tổ chức quan tâm tới nghiên cứu Bách Khoa, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Bá Biền -1- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH SÁCH THUẬT NGỮ PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ 1.1 Một số máy đo điện tim thị trường .8 1.2 Sự phát triển công nghệ điện tử kỹ thuật đo lường 10 1.3 Ý tưởng thiết kế 11 PHẦN II: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ CÁC IC CƠ BẢN 12 2.1 Tổng quan tín hiệu điện tim nguồn gây nhiễu .12 2.1.1 Tín hiệu điện tim 12 2.1.2 Các nguồn gây nhiễu tới tín hiệu điện tim 13 2.2 Các khối chức cần thiết sơ đồ khối thiết bị .14 2.2.1 Khối thu thập tín hiệu điện tim 14 2.2.2 Khối lưu trữ 14 2.2.3 Khối giao diện hiển thị điều khiển 15 2.2.4 Khối kết nối máy tính 15 2.2.5 Khối vi xử lý trung tâm 15 2.2.6 Khối nguồn 16 2.2.7 Sơ đồ khối thiết bị 16 2.3 Một số IC mạch lọc sử dụng thiết kế .17 2.3.1 Công nghệ chuyển mạch tụ điện (Switched Capacitor) .17 2.3.2 IC tương tự khả trình FPAA AN221E04 18 2.3.3 PSoC phần mềm PSoC Designer 21 2.3.4 Một số mạch lọc cổ điển mạch lọc chuyển mạch tụ điện .23 a) Mạch lọc RC .23 b) Mạch lọc thông thấp sử dụng công nghệ chuyển mạch tụ điện .24 -2- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế PHẦN III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ 25 3.1 Tính tốn thơng số tín hiệu cấu hình FPAA 25 2.3.5 So sánh lựa chọn thu thập tín hiệu điện tim 25 2.3.6 Đặc tính lọc khuếch đại FPAA 26 2.3.7 Lập trình FPAA .26 3.2 Lập trình phần cứng .30 2.4.1 Sơ đồ kết nối MMC – FPAA theo chuẩn SPI 30 2.4.2 Thiết kế module SPI với PSoC .30 2.4.3 Nạp cấu hình cho FPAA 31 2.4.4 Giao tiếp với thẻ nhớ MMC 31 2.4.5 Lập trình đọc liệu điện tim sử dụng ADC PSoC 33 2.4.6 Lập trình giao diện GLCD hình cảm ứng 35 2.4.7 Kết nối với máy tính giao diện máy tính 36 3.3 Phân tích tổng hợp tài nguyên, tóm tắt lại thiết kế phần cứng 37 3.4 Thiết kế phần mềm 40 2.6.1 Lưu đồ tổng quát hoạt động thiết bị .40 2.6.2 Thiết bị đo chạy độc lập khơng có kết nối với máy tính 41 2.6.3 Thiết bị đo lấy mẫu truyền lên máy tính hiển thị 41 2.6.4 Thiết bị khơng đo, nhập file cấu hình từ máy tính xuống 42 2.6.5 Thiết bị không đo, trao đổi sở liệu với máy tính 42 2.6.6 Máy tính khơng kết nối với thiết bị, truy nhập sở liệu lưu .43 PHẦN IV: KẾT QUẢ THỰC HIỆN .44 4.1 Kết thi công phần cứng 44 4.2 Tóm tắt kết lập trình 48 2.8.1 Phần mềm PC 48 2.8.2 Phần mềm nạp vi xử lý trung tâm PSoC .50 2.8.3 Các file cấu hình cho FPAA 51 4.3 Đánh giá chất lượng thiết bị 52 -3- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO .54 PHỤ LỤC 55 Phụ lục 1: Sơ đồ mạch nạp FPAA từ vi xử lý hỗ trợ SPI .55 Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý thiết bị .56 -4- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Máy điện tim HCG-801 hãng Omron Hình 1-2: Máy điện tim Read My Heart Hình 1-3: Máy điện tim Real Time ECG Monitor InstantCheck Hình 1-4: Máy điện tim PC-80A portable .10 Hình 2-1: Phức hợp QRS chuyển đạo tay trái - tay phải 12 Hình 2-2: Sơ đồ tương đương tín hiệu điện tim 13 Hình 2-3: Chu trình thực lấy mẫu hiển thị liên tục máy tính 15 Hình 2-4: Sơ đồ khối thiết bị 16 Hình 2-5: Điện trở tương đương tạo công nghệ chuyển mạch tụ điện 17 Hình 2-6: Một số thơng số khối IO sử dụng khuếch đại vi sai 19 Hình 2-7: Sơ đồ khối CAB bên chip AN221E04 .20 Hình 2-8: Một số thơng số khối CAB bên AN221E04 .20 Hình 2-9: Cấu trúc file cấu hình FPAA 21 Hình 2-10: Giao diện phầm mềm PSoC Designer 22 Hình 2-11: Mạch lọc thơng thấp RC 23 Hình 2-12: Mạch lọc thông thấp RC 23 Hình 2-13: Mạch lọc thông thấp ứng dụng công nghệ chuyển mạch tụ điện .24 Hình 3-1: Sơ đồ khối thu thập dùng OPAMP lọc RC .25 Hình 3-2: Sơ đồ khối thu thập dùng FPAA 25 Hình 3-3: Sơ đồ sử dụng khối cam DC Blocking HPF with optional LPF 26 Hình 3-4: Các thơng số cấu hình lọc thông cao 27 Hình 3-5: Thiết lập thơng số cho khâu lọc thông thấp 27 Hình 3-6: Giao diện cơng cụ AnadigmFilter .28 Hình 3-7: Thiết lập hệ số khuếch đại khâu 29 Hình 3-8: Sơ đồ kết nối bus SPI .30 Hình 3-9: Thiết lập thông số cho khối SPI .31 Hình 3-10: Sơ đồ khối card MMC .32 Hình 3-11: Sơ đồ khối card MMC .32 -5- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế Hình 3-12: Sơ đồ cấu trúc vùng liệu thẻ nhớ MMC 33 Hình 3-13: Thiết lập thông số cho khối INSAMP 34 Hình 3-14: Thiết lập thông số cho khối ADCINC .34 Hình 3-15: Tổ chức nhớ GLCD 128x64 sử dụng CHIP KS0108 35 Hình 3-16: Cách thức xác định tọa độ X tọa độ Y 36 Hình 3-17: Lưu đồ hoạt động tổng quát 40 Hình 3-18: Lưu đồ hoạt động thiết bị chạy độc lập 41 Hình 3-19: Lưu đồ hoạt động thiết bị hiển thị lên hình máy tính 41 Hình 3-20: Lưu đồ hoạt động thiết bị nhập file cấu hình từ máy tính 42 Hình 3-21: Lưu đồ hoạt động thiết bị trao đổi sở liệu với máy tính 43 Hình 4-1: Mặt mạch in thiết kế cho thiết bị sau đủ dây .44 Hình 4-2: Mặt mạch in thiết kế cho thiết bị sau đủ dây 44 Hình 4-3: Mạch in sau thi công 45 Hình 4-4: Mạch in sau hàn linh kiện 46 Hình 4-5: Thiết bị sau đóng vỏ 47 Hình 4-6: Hình ảnh giao diện phần mềm ECG Monitor 48 Hình 4-7: Giao diện quản lý trang in phần mềm ECG Monitor .49 Hình 4-8: Giao diện cài đặt thông số kết nối quản lý sở liệu 49 Hình 4-9: Cơ sở liệu truy xuất phần mềm Microsoft Access 50 DANH SÁCH THUẬT NGỮ Thuật ngữ Mô tả (Tiếng Anh – Tiếng Việt) ADC Analog/Digital Converter – Chuyển đổi tương tự /số CAB Configurable Analog Blocks CAM Configurable Analog Module DAC Digital/Analog Converter – Chuyển đổi số/ tương tự ECG Electrocardiogram – Điện tim đồ FPAA Field Programable Analog Arrays – Mạng lưới khối tương tự lập trình IC Intergrated Circuit – Vi mạch tích hợp -6- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế KSPS Kilo Sample per second – Nghìn mẫu giây LA Left Arm – Tay trái LCD Liquid Crystal Display – Màn hình tinh thể lỏng LUT Look Up Table – Bảng tra MMC Multi Media Card – Thẻ nhớ MMC PC Personal Computer – Máy tính cá nhân PSoC Programable System on Chip – Hệ thống khả trình chip PWM Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung RA Right Arm – Tay phải RL Right Leg – Chân phải SAR Successive Approximation Register SD Secure Digital – Thẻ nhớ SD UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Bộ thu phát không đồng -7- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ Trong sống tại, nhu cầu kiểm tra sức khỏe định kỳ người ngày nâng cao Với phát triển khoa học công nghệ với phát minh lĩnh vực điện tử tạo động lực giúp người sáng tạo sản phẩm thơng minh phục vụ cho lợi ích người cách thuận tiện Trên giới, sản phẩm kiểm tra sức khỏe phân phối rộng rãi Ở nước phát triển, người nhận thức tầm quan trọng việc kiểm tra sức khỏe định kỳ sống người Ở nước ta người dần hiểu quan trọng việc kiểm tra sức khỏe thường xuyên Tuy nhiên, sản phẩm kiểm tra sức khỏe nước chưa nhiều, sản phẩm nước ngồi có số đưa vào thị trường nước ta giá thành mức cao Để phục vụ mục tiêu thiết kế đồ án tốt nghiệp thiết kế thiết bị đo điện tim, số sản phẩm bán thị trường Việt Nam khảo sát tính giá 1.1 Một số máy đo điện tim thị trường Trên thị trường loại máy điện tim chuyên dùng sử dụng cho sở y tế, phòng khám chữa bệnh, cịn có số loại máy đo điện tim kích cỡ nhỏ Những thiết bị dễ dàng mang theo người để theo dõi tín hiệu điện tim khoảng thời gian định Sau số loại máy điện tim có bán thị trường Việt Nam: - Omron Portable ECG EKG Handheld HCG-801 Monitor Hình 1-1: Máy điện tim HCG-801 hãng Omron • • • Khả năng: Đo nhịp đập hiển thị hình dạng tín hiệu điện tim LCD Có kết nối máy tính, có thẻ nhớ SD với khả lưu trữ 300 lần đo (thời gian lần đo 30s) Giá thành: 395USD -8- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế - ECG Monitor Handheld ReadMyHeart Hình 1-2: Máy điện tim Read My Heart • • • • Đo điện tim cách đặt ngón tay (khô) lên điện cực Khả năng: Xác định nhịp đập, phát khoảng ST QRS Có khả kết nối máy tính để lưu trữ phân tích liệu máy tính Giá thành: 299USD - Portable Handheld Real Time ECG Monitor InstantCheck Hình 1-3: Máy điện tim Real Time ECG Monitor InstantCheck • • • • Đo đường chuyển đạo LA - RA Khả năng: Xác định nhịp đập, phát khoảng ST QRS Có hình LCD hiển thị hình dạng điện tim, có thẻ nhớ lưu lại 100 lần đo (30s/1 lần) Có kết nối máy tính để truyền liệu lên máy tính Có phần mềm phân tích lưu trữ liệu đo máy tính Giá thành: 549USD -9- Phần 1: Đặt vấn đề thiết kế - PC-80A portable ECG Monitor Hình 1-4: Máy điện tim PC-80A portable • • • 1.2 Lưu trữ 30 lần đo (mỗi lần 30s) nhớ Khả năng: Phát nhịp đập, hiển thị dạng sóng điện tim lên LCD Giá thành: 249USD Sự phát triển công nghệ điện tử kỹ thuật đo lường Hiện công nghệ điện tử kỹ thuật đo lường phát triển nhanh Các vi xử lý ngày mạnh tích hợp nhiều tính cần thiết Kỹ thuật đo lường nhờ phát triển theo cách mạnh mẽ Các dòng vi điều khiển đời có tốc độ hoạt động, hiệu xử lý tiết kiệm lượng tốt nhiều so với dòng vi điều khiển cũ Khả tích hợp nhiều khối chức chip đặc điểm dòng vi điều khiển Ví dụ dịng PSoC (Programmable System on Chip) có khả chứa nhiều khối chức tiện dụng như: I 2C, SPI, Timer, Counter, PWM, UART, ADC, DAC, RF Khả hoạt động dải điện áp thấp cho phép tiết kiệm lượng cho thiết bị sử dụng vi điều khiển Chức SMP (Switched Mode Pump) cho phép PSoC hoạt động điện áp 1.1V Công nghệ mạch tương tự khả trình (FPAA – Field Programmable Analog Arrays) giúp giải nhiều vấn đề thiết kế cứng theo phương pháp cổ điển Những mạch điện tử tương tự khả trình có khả thay đổi đặc tính liên tục q trình làm việc theo yêu cầu nhà thiết kế Tuy cơng nghệ mạch tương tự khả trình cịn số nhược điểm mà hy vọng sớm khắc phục thời gian tới, mở hướng đầy hứa hẹn cho thiết bị đo thơng minh - 10 - Phần 3: Phân tích thiết kế thiết bị độ hoạt động Nếu khơng có thay đổi chế độ hoạt động thiết bị thực vòng lặp (lấy mẫu ⇒ lưu mẫu ⇒ truyền lên máy tính ⇒ lấy mẫu) cách liên tục Trên máy tính phần mềm giao diện thực việc nhận liệu thông qua ngắt truyền thơng RS232 với thơng số cấu hình khai báo giao diện sử dụng Dữ liệu nhận phần mềm tái tạo lại thành dạng đồ thị tín hiệu điện tim 2.6.4 Thiết bị khơng đo, nhập file cấu hình từ máy tính xuống Ở chế độ này, thiết bị không thực việc lấy mẫu tín hiệu điện tim Do khối FPAA tạm thời ngưng kích hoạt Phần mềm máy tính chứa giao diện nạp file cấu hình với thông số quy ước phần phân vùng nhớ MMC Quy trình nạp cấu hình cho thiết bị thực sau: Hình 3-20: Lưu đồ hoạt động thiết bị nhập file cấu hình từ máy tính Các thơng số file cấu hình bao gồm: dung lượng file cấu hình, vị trí file cấu hình nội dung file cấu hình Dung lượng file cấu hình sector tương ứng với 1KB (trong có byte quy định số lượng BYTE cấu hình) Thiết bị nhận file cấu hình làm nhiệm vụ 2.6.5 Thiết bị khơng đo, trao đổi sở liệu với máy tính Thiết bị có cấu hình hoạt động với tác dụng trao đổi liệu với máy tính Ở chế độ hoạt động này, chức đo tạm ngừng hoạt động Khi thiết bị máy tính trao đổi sở liệu với mà chủ yếu thiết bị gửi liệu đo lưu trữ thẻ nhớ MMC lên máy tính Phần mềm máy tính làm nhiệm vụ lưu liệu vào sở liệu ổ cứng máy tính Phần 3: Phân tích thiết kế thiết bị Tiến trình thực thể lưu đồ sau: Hình 3-21: Lưu đồ hoạt động thiết bị trao đổi sở liệu với máy tính Ở chế độ hoạt động thiết bị điều khiển máy tính Máy tính gửi lệnh điều khiển xuống thiết bị thông qua khối truyền thông Thiết bị nhận lệnh thực lệnh trả máy tính giá trị mà máy tính cần truy nhập Các thông số liệu lưu trữ thẻ nhớ MMC chuyển máy tính Máy tính xử lý liệu cho phù hợp với cấu trúc sở liệu máy tính tiến hành lưu trữ vào ổ đĩa cứng máy tính 2.6.6 Máy tính khơng kết nối với thiết bị, truy nhập sở liệu lưu Với chức chuyển đổi liệu lưu trữ thẻ nhớ MMC thiết bị liệu lưu trữ máy tính, thiết bị có khả đọc lại liệu ngày lúc mà không cần phải kết nối máy tính với thiết bị Máy tính truy xuất liệu ổ đĩa cứng tiến hành tái tạo thơng tin lên hình để hỗ trợ q trình chẩn đốn, thống kê người dùng bác sỹ Phần 4: Kết thực PHẦN IV: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Kết thi cơng phần cứng Hình 4-1: Mặt mạch in thiết kế cho thiết bị sau đủ dây Hình 4-2: Mặt mạch in thiết kế cho thiết bị sau đủ dây Phần 4: Kết thực a) Mặt b) Mặt Hình 4-3: Mạch in sau thi công Phần 4: Kết thực a) Chưa lắp hình b) Đã lắp hình Hình 4-4: Mạch in sau hàn linh kiện Phần 4: Kết thực a) Thiết kế mơ hình thiết bị SolidWorks 10,5cm 10,5cm b) Thiết bị sau lắp ráp Hình 4-5: Thiết bị sau đóng vỏ Phần 4: Kết thực 4.2 Tóm tắt kết lập trình Cùng với thiết bị thiết kế trên, đồ án triển khai phần mềm hỗ trợ kèm Các phần mềm bao gồm ba cụm sau: - Khối phần mềm PC - Khối phần mềm nạp vi xử lý PSoC - Các cấu hình nạp FPAA 2.8.1 Phần mềm PC Gồm phần mềm: a) Giao diện chính: Được thực Visual C# Express 2010 Phần mềm ECG Monitor viết ngôn ngữ C# Net Framework Trên giao diện phần mềm có vùng dùng hiển thị lại tín hiệu điện tim gửi lên từ thiết bị Hình 4-6: Hình ảnh giao diện phần mềm ECG Monitor Các chức phần mềm sau: - Có chức in hình ảnh đồ thị sử dụng (xem hình 4-6) - Có chức lưu lại hình ảnh đồ thị dạng hình ảnh - Có khả thiết lập thơng số kết nối với máy tính (xem hình 4-7) - Có khả kết nối với sở liệu Microsoft Access (xem hình 4-7) Phần 4: Kết thực Hình 4-7: Giao diện quản lý trang in phần mềm ECG Monitor Ở chế độ mặc định phần khai báo thông số kết nối với máy tính quản lý sở liệu bị ẩn Khi nhấn vào nút “Truyền thông” “Dữ liệu” bảng mở rộng xuất giúp thực chức Hình 4-8: Giao diện cài đặt thông số kết nối quản lý sở liệu Từ giao diện phần mềm ECG Monitor quản lý thơng số kết nối cổng COM Có thể lựa chọn sử dụng cổng COM nào, với tốc độ truyền bao nhiêu, số bit liệu, bắt tay truyền tin Phần 4: Kết thực Trên giao diện cung cấp khả truy xuất tới sở liệu máy tính Các nội dung chứa sở liệu Microsoft Access Database bao gồm: ID, Họ tên, ngày đo, file liệu điện tim ghi Có thể đọc liệu từ file sở liệu, thay đổi thông tin cần thiết lưu lại vào file sở liệu File sở liệu yêu cầu phải nhập mật chọn Nếu cung cấp mật xác nhập file sở liệu khơng thể truy xuất vào thông tin bên b) Cơ sở lưu trữ liệu: Xây dựng sở liệu Microsoft Access Các thông tin lần đo lưu trữ file sở liệu Microsoft Access Những thông tin lưu bao gồm: Họ tên, thời gian đo, ghi lần đo file liệu điện tim Hình 4-9: Cơ sở liệu truy xuất phần mềm Microsoft Access File liệu điện tim xây dựng thư viện FSO (File System Objects) File có định dạng *.ECG quy ước phần mềm ECG Monitor Thực chất bên file mảng giá trị đọc từ tín hiệu điện tim 2.8.2 Phần mềm nạp vi xử lý trung tâm PSoC a) Thư viện giao diện hình GLCD Dựa vào datasheet chipset KS0108 xây dựng thư viện giao tiếp với hình Graphic LCD Thư viện gồm có hàm sau: void byte void void byte void void void void void void GLCD_Reset(void); //Reset GLCD GLCD_ReadSTT(BYTE drv); //Đọc trạng thái GLCD GLCD_WriteCMD(BYTE drv,BYTE ins); //Xuất lệnh điều khiển GLCD GLCD_WriteDATA(BYTE drv,BYTE data); //Xuất liệu từ RAM GLCD GLCD_ReadDATA(BYTE drv); //Đọc liệu từ RAM GLCD GLCD_SetYAddress( BYTE drv, BYTE addr ); //Nhảy đến tọa độ Y GLCD_SetXPage( BYTE drv, BYTE page ); //Nhảy đến trang thứ X GLCD_PlotXY(BYTE x,BYTE y); //Vẽ điểm tọa độ (X,Y) GLCD GLCD_CLRSCR(void); //Xóa tồn hình GLCD_Print(BYTE x, BYTE y, char const *dataPtr); //Xuất ký tự DrawImage(BYTE x, BYTE y, BYTE const * Image); //Vẽ hình ảnh Phần 4: Kết thực a) Thư viện giao diện cảm ứng: Đối với hình cảm ứng lập trình hàm giúp đọc tọa độ điểm tiếp xúc nhận lệnh từ cảm ứng void byte byte byte b) Touchpad_Init(void); Touchpad_GetXPos(void); Touchpad_GetYPos(void); Touchpad_ Calibrate(void); //Khởi động hình cảm ứng //Đọc tọa độ X //Đọc tọa độ Y //Chỉnh định tọa độ với GLCD Giao tiếp PSoC – PC qua chuẩn RS232 Đối với phần lập trình giao tiếp PSoC với PC có hàm phần mềm PSoC Designer hỗ trợ sau đây: byte UART_bReadRxData(void); void UART_SendData(BYTE bTxData); //Đọc liệu //Gửi liệu Để thực tốt chức thiết bị, đồ án xây dựng thêm hàm sau thư viện truyền thông RS232: void UART_ReadArray(BYTE *ArrayData, BYTE length); void UART_SendArray(BYTE *ArrayData, BYTE length); c) //Đọc mảng liệu //Gửi mảng liệu Giao tiếp PSoC – FPAA qua chuẩn SPI Việc lập trình FPAA PSoC điều khiển thơng qua chuẩn truyền tin SPI Trong thư viện API PSoC Designer có hỗ trợ chuẩn giao tiếp SPI thơng qua lệnh gửi byte từ chip master tới chip slave chọn void SPIM_SendByte(BYTE SendData); //Gửi lệnh tới bus SPI Từ lệnh đề tài xây dựng hàm cấu hình FPAA void FPAA_Config(BYTE ConfigNumber); //Nạp cấu hình cho FPAA Hàm đọc file cấu hình có thứ tự tham số hàm từ thẻ nhớ MMC tiến hành nạp file cấu hình xuống FPAA d) Giao tiếp PSoC – SD/MMC Thẻ nhớ MMC kết nối với PSoC thông qua chuẩn truyền tin SPI bus với FPAA Khi lựa chọn kết nối với thẻ nhớ MMC cần ngắt chân CS (Chip select) FPAA Tốc độ truyền liệu theo chuẩn SPI 1Mbps đủ đáp ứng chức thiết bị 2.8.3 Các file cấu hình cho FPAA Xem chi tiết phần phụ lục Đề tài thực lập trình test chế độ hoạt động cho thiết bị với cấu hình khác cho FPAA Cụ thể sau: - Chế độ 1: FPAA đưa trực tiếp điện áp +3VDC vào ADC PSoC - Chế độ 2: FPAA đưa trực tiếp điện áp từ đầu vào đầu (hệ số khuếch đại tín hiệu 1) - Chế độ 3: FPAA khuếch đại tín hiệu đầu vào 1000 lần đưa đầu - Chế độ 4: FPAA khuếch đại tín hiệu đầu vào 1000 lần, tiến hành lọc thông thấp cắt tần số lớn 150Hz - Chế độ 5: FPAA khuếch đại tín hiệu đầu vào 1000 lần, tiến hành lọc thông thấp cắt tần số lớn 150Hz, tiếp tục chặn thành phần DC với tần số nhỏ 0,1Hz Phần 4: Kết thực 4.3 Chế độ 6: FPAA khuếch đại tín hiệu đầu vào 1000 lần, lọc thông thấp với tần số cắt 150Hz, lọc thông cao với tần số cắt 0,1Hz, lọc chặn dải 49Hz÷51Hz Đánh giá chất lượng thiết bị Thiết bị sau hoàn thành thiết kế phần cứng tiến hành thử nghiệm sau: 2.8.4 Kiểm tra hoạt động vi xử lý PSoC Vi xử lý PSoC thiết lập hoạt động tốc độ 24MHz điện áp 5V Thử nghiệm cho thấy vi xử lý có khả hoạt động tốt thay đổi điện áp nguồn vào từ dải 4,5V 5,5V Thiết bị tiến hành cho chạy thử liên tục từ 1-4 tiếng nhiều lần nhiên không phát sinh tượng treo 2.8.5 Kiểm tra khối lưu trữ thẻ nhớ MMC Thẻ nhớ MMC 512MB sử dụng thiết bị kiểm tra trình ghi đọc nhiều lần Với quy hoạch vùng nhớ khác thẻ MMC giúp cho vi xử lý trung tâm có khả dễ dàng quản lý liệu thẻ Tốc độ ghi, đọc vào thẻ MMC mức độ trung bình (1Mbit/s) nhiên lại cho ổn định tốt Thử nghiệm việc ghi liệu vào thẻ sau tiến hành đọc lại liệu ghi tiến hành nhiều lần không phát sinh lỗi ghi đọc 2.8.6 Kiểm tra giao diện hình GLCD phím cảm ứng Màn hình GLCD 128x64 cịn cồng kềnh tiêu tốn nhiều lượng Khi bật đèn hình GLCD quan sát rõ nét Các phím bấm cảm ứng giao diện to, rõ rang giúp thuận tiện trình thao tác thay đổi cài đặt cho thiết bị 2.8.7 Kiểm tra truyền thơng với máy tính Truyền thơng với máy tính thiết bị sử dụng chuẩn truyền tin RS232 Do chuẩn RS232 khơng có đồng xung nhịp bên thu bên nhận nên phát sinh lỗi trình truyền tin Tuy nhiên với việc truyền tin tốc độ thấp (19200kbps) tỉ lệ lỗi phát sinh nhỏ (khoảng 1000 byte có byte lỗi) 2.8.8 Kiểm tra chế độ hoạt động khác FPAA FPAA nạp file cấu hình hoạt động với chế độ khác chạy theo thiết kế Khi đưa điện áp +3V từ FPAA khối đầu ra, kết đo 3,03V Và thiêt lập FPAA kết nối thẳng đầu vào với đầu sau cấp điện áp hình sin với biên độ 1V tần số 5Hz Tín hiệu đầu PSoC đọc hiển thị lại hình thiết bị Các trường hợp kiểm tra khác thực tương tự FPAA nạp tất cấu hình đưa xuống Phần 4: Kết thực PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hiện thị trường có lưu hành số loại thiết bị đo điện tim nước sản xuất Tuy nhiên giá thành thiết bị cao (tham khảo phần 1) Do việc nghiên cứu chế tạo thiết bị đo điện tim cầm tay thông minh đề tài tiền Bởi chất lượng sống nhân dân nước ngày cải thiện nhu cầu kiểm tra sức khỏe định kỳ trọng Mục tiêu thiết kế thiết bị đo điện tim thơng minh với tính giống thiết bị đo điện tim có nước phát triển sản xuất Với thực đề tài này, dự kiến giá thành sản phẩm hoàn thiện sản xuất với số lượng lớn hồn tồn cạnh tranh với thiết bị nước Dự kiến giá thành sản phẩm hoàn thiện mức từ triệu đồng triệu 500 nghìn đồng Với giá thành thiết bị hồn tồn có khả được trang bị gia đình với mức sống trung bình Đồ án tốt nghiệp thu số kết sau: - Tìm hiểu công nghệ chuyển mạch tụ điện, FPAA, PSoC - Nắm chất tín hiệu điện tim phương pháp thu thập - Thiết kế thiết bị đo điện tim sử dụng PSoC FPAA với khả năng: o Thiết bị cầm tay nhỏ gọn, sử dụng pin AA thuận lợi mang theo o Hiển thị tín hiệu điện tim trực tiếp hình thiết bị o Bộ thu thập sử dụng FPAA với khả cấu hình lại thiết bị hoạt động o Thiết bị có thẻ nhớ để lưu trữ lại thông tin điện tim cấu hình hoạt động cho FPAA o Xây dựng phần mềm giao tiếp thiết bị với máy tính Quản lý liệu đo thơng qua sở liệu Microsoft Access Hướng phát triển đề tài là: - Hoàn thiện nâng cao chất lượng mạch đo thiết bị - Tiến hành lập trình phần mềm giúp nhận dạng, chẩn đốn bệnh lý thơng qua tính hiệu điện tim đo - Hoàn thiện thiết kế giao diện thiết bị - Kiểm tra so sánh chất lượng thiết bị với sản phẩm thị trường - Nghiên cứu triển khai sản xuất hàng loạt Với nghiên cứu thực hiện, mong nhận ủng hộ chuyên gia, tổ chức để giúp đỡ đề tài trở thành đề tài thực hữu ích cho tất người Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử tương tự với công nghệ FPAA – Lê Hải Sâm NXB KHKT-T9/2005 Nghiên cứu thiết kế máy đo điện tim sử dụng DSP TMS320C6713 Nguyễn Quốc Cường, Nguyễn Thị Lan Hương, Phạm Thị Ngọc Yến Đại Học Bách Khoa Hà Nội The ECG in Practice 4th – John R Hampton University of Nottingham – United Kingdom Đề tài: “The Isolation Mode Rejection Ratio in Bioelectric Amplifiers” A.C MettingVanRijn, A Peper, C A Grimbergen The Six Second ECG – Tracy Barill North Vancouver, British Columbia, Canada - 54 - Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sơ đồ mạch nạp FPAA từ vi xử lý hỗ trợ SPI Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý mạch in - 55 - Phụ lục Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý thiết bị - 56 - ... tài cho đồ án tốt nghiệp mang tên: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM SỬ DỤNG FPAA VÀ PSOC? ?? Thiết bị thiết kế phải có chức sau: - Nhỏ gọn, thuận tiện mang người - Đo đường chuyển đạo (có khả mở rộng... khoa Hà Nội, ý tưởng thiết kế thiết bị điện tim nhỏ gọn hình thành Với yêu cầu cho thiết kế là: thiết bị cầm tay, tính đại, độ xác tin cậy cao Thiết bị đo điện tim ứng dụng cơng nghệ mạch tương... khối chức cần thiết sơ đồ khối thiết bị Với yêu cầu phần 1, thiết bị đo điện tim cần phải có khối sau để thực chức nêu 2.2.1 Khối thu thập tín hiệu điện tim Đầu tiên, thiết bị đo điện tim cần phải