Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI GIỚI THIỆU Trong cuộc sống hiện tại, nhu cầu kiểm tra sức khỏe định kỳ của mỗi người ngày càng được nâng cao. Với sự phát triển của khoa học công nghệ cùng với sự phát triển trong lãnh vực điện tử giúp con người có khả năng tạo ra được những sáng kiến, sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con người một cách thuận tiện hơn. Sinh viên ngành Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp được trang bị nhiều kiến thức chuyên ngành về điện, điện tử. Với đồ án môn học “Thiết bị đo lường” nhóm đi tới ý tưởng thiết kế một thiết bị đo điện tim với thiết kế nhỏ gọn có khả năng di động với ứng dụng của công nghệ vi xử lý thay cho các kết cấu thanh ghi, băng giấy… cồng kềnh của các thiết bị đo điện tim cổ điển. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Anh Tuấn, nhóm đồ án xin được lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM MINI” Do thời gian ngắn và kinh nghiệm thực tế chưa được nhiều nên đề tài không tránh khỏi sự giản đơn và các khiếm khuyết. Mong được thầy tiếp tục chỉ dẫn và góp ý để nhóm có thể đi tới kết quả cuối cùng là thiết kế ra được thiết bị đo điện tim mini có thể ứng dụng rộng rãi trên thị trường. Qua đây, một lần nữa xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô đã góp ý, giải đáp thắc mắc cho nhóm và đặc biệt là sự hướng dẫn chi tiết, tận tình của thầy Nguyễn Anh Tuấn đã giúp cho nhóm hiểu ra được thêm rất nhiều điều phục vụ cho quá trình học tập, làm việc sau này. Quá trình thực hiện đề tài theo sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh Tuấn nhóm đã tiến hành phân công và thực hiện công việc chính như sau: NGUYỄN BÁ BIỀN Thiết kế và thi công mạch cứng Hỗ trợ phần cơ sở dữ liệu trên giao diện máy tính ĐỖ THANH HẢI Lập trình phần mềm trên vi xử lý CHU MINH HUẤN Thiết kế và lập trình phần giao diện Visual Basic Hà Nội, tháng 7 năm 2009 Nhóm thực hiện MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU…………………………………………………………………… 1 MỤC LỤC…………………………………………………………………………… 2 Danh mục hình vẽ: ……………………………………………………………………4 Danh mục từ viết tắt: …………………………………………………………………4 1. Tổng quan đề tài thiết kế thiết bị đo điện tim mini ……………………………….5 2. Thiết kế mạch đầu vào thu thập tín hiệu điện tim ………………………………..5 2.1. Sơ lược về tín hiệu điện tim ………………………………………………….5 2.2. Điện cực và cáp bọc kim chống nhiễu ………………………………………..6 2.3. Mạch khuếch đại Vi sai ………………………………………………………6 2.4. Mạch điều khiển chân phải …………………………………………………7 2.5. Mạch lọc thông cao …………………………………………………………..8 2.6. Mạch lọc thông thấp ………………………………………………………….8 2.7. Mạch khuếch đại lặp ………………………………………………………….9 3. Thiết kế bộ nguồn cho mạch đo và mạch điều khiển ……………………………10 3.1. Tính toán thiết kế nguồn +9V cho khuếch đại thuật toán …………………10 3.2. Thiết kế nguồn 5V cho vi điều khiển và các modul khác trên mạch. ………11 4. Sử dụng vi điều khiển để lấy mẫu và xử lý tín hiệu điện tim …………………...12 4.1. Tổng quan về phần cứng vi xử lý …………………………………………...12 4.2. Lập trình phần mềm …………………………………………………………12 5. Kết nối mạch với máy tính, thiết kế giao diện chức năng trên máy tính ………..14 5.1. Giao diện của chương trình được viết trên Visual Basic 6.0 ………………..14 5.1.1 Yêu cầu đối với phần giao diện trên máy tính …………………………..14 5.1.2 Các chức năng của chương trình. ………………………………………14 5.2. Lưu trữ các số liệu …………………………………………………………..16 5.3. Thực hiện mô phỏng phần mềm và nhận xét. ……………………………….17 5.3.1 Thực hiện mô phỏng phần mềm ………………………………………..17 5.3.2 Đánh giá nhận xét về phần mềm ……………………………………….18 6. Kết luận và một số kết quả của mạch đo điện tim ………………………………18 Tổng hợp một số tài liệu đã tham khảo: ……………………………………………..21
Thiết kế thiết bị đo điện tim mini LỜI GIỚI THIỆU Trong sống tại, nhu cầu kiểm tra sức khỏe định kỳ người ngày nâng cao Với phát triển khoa học công nghệ với phát triển lãnh vực điện tử giúp người có khả tạo sáng kiến, sản phẩm phục vụ cho lợi ích người cách thuận tiện Sinh viên ngành Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp trang bị nhiều kiến thức chuyên ngành điện, điện tử Với đồ án môn học “Thiết bị đo lường” nhóm tới ý tưởng thiết kế thiết bị đo điện tim với thiết kế nhỏ gọn có khả di động với ứng dụng công nghệ vi xử lý thay cho kết cấu ghi, băng giấy… cồng kềnh thiết bị đo điện tim cổ điển Được hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Anh Tuấn, nhóm đồ án xin lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM MINI” Do thời gian ngắn kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đề tài không tránh khỏi giản đơn khiếm khuyết Mong thầy tiếp tục dẫn góp ý để nhóm tới kết cuối thiết kế thiết bị đo điện tim mini ứng dụng rộng rãi thị trường Qua đây, lần xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy góp ý, giải đáp thắc mắc cho nhóm đặc biệt hướng dẫn chi tiết, tận tình thầy Nguyễn Anh Tuấn giúp cho nhóm hiểu thêm nhiều điều phục vụ cho trình học tập, làm việc sau Quá trình thực đề tài theo hướng dẫn thầy Nguyễn Anh Tuấn nhóm tiến hành phân cơng thực cơng việc sau: NGUYỄN BÁ BIỀN ĐỖ THANH HẢI CHU MINH HUẤN - Thiết kế thi công mạch cứng Hỗ trợ phần sở liệu giao diện máy tính Lập trình phần mềm vi xử lý Thiết kế lập trình phần giao diện Visual Basic Hà Nội, tháng năm 2009 Nhóm thực Đồ án Thiết bị đo MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU…………………………………………………………………… MỤC LỤC…………………………………………………………………………… Danh mục hình vẽ: ……………………………………………………………………4 Danh mục từ viết tắt: …………………………………………………………………4 Tổng quan đề tài thiết kế thiết bị đo điện tim mini ……………………………….5 Thiết kế mạch đầu vào thu thập tín hiệu điện tim ……………………………… 2.1 Sơ lược tín hiệu điện tim ………………………………………………….5 2.2 Điện cực cáp bọc kim chống nhiễu……………………………………… 2.3 Mạch khuếch đại Vi sai ………………………………………………………6 2.4 Mạch điều khiển chân phải …………………………………………………7 2.5 Mạch lọc thông cao ………………………………………………………… 2.6 Mạch lọc thông thấp ………………………………………………………….8 2.7 Mạch khuếch đại lặp………………………………………………………….9 Thiết kế nguồn cho mạch đo mạch điều khiển ……………………………10 3.1 Tính tốn thiết kế nguồn +/-9V cho khuếch đại thuật toán …………………10 3.2 Thiết kế nguồn 5V cho vi điều khiển modul khác mạch ………11 Sử dụng vi điều khiển để lấy mẫu xử lý tín hiệu điện tim ………………… 12 4.1 Tổng quan phần cứng vi xử lý ………………………………………… 12 4.2 Lập trình phần mềm…………………………………………………………12 Kết nối mạch với máy tính, thiết kế giao diện chức máy tính ……… 14 5.1 Giao diện chương trình viết Visual Basic 6.0 ……………… 14 5.1.1 Yêu cầu phần giao diện máy tính………………………… 14 5.1.2 Các chức chương trình ………………………………………14 5.2 Lưu trữ số liệu ………………………………………………………… 16 5.3 Thực mô phần mềm nhận xét.……………………………….17 5.3.1 Thực mô phần mềm ……………………………………… 17 5.3.2 Đánh giá nhận xét phần mềm ……………………………………….18 Kết luận số kết mạch đo điện tim ………………………………18 Tổng hợp số tài liệu tham khảo:…………………………………………… 21 Thiết kế thiết bị đo điện tim mini Danh mục hình vẽ: Hình 2.1: Hình dạng thơng số tín hiệu điện tim thơng thường Hình 2.3: Mạch điều khiển chân phải Hình 2.2: Sơ đồ khuếch đại vi sai sử dụng AD620 mạch điều khiển chân phải Hình 2.1: Hình dạng thơng số tín hiệu điện tim thơng thường Hình 2.4: Sơ đồ mạch lọc thơng cao Hình 2.5: Sơ đồ mạch lọc thơng thấp Hình 2.6: Sơ đồ thiết kế mạch khuếch đại lặp Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình 3.2: Hình dạng điện áp sau cầu diode Hình 5.1: Đồ thị điện tim mẫu vẽ Teechart Hình 5.2: Điện áp đo sau trừ offset Hình 5.3: Form lưu trữ quản lý thơng tin Hình 5.4: Sơ đồ mơ hình mơ Proteus Hình 6.1: Kết test phần cứng với LCD phím bấm Hình 6.2: Phân áp điện áp xoay chiều 12V để lấy điện áp 1.2mV Hình 6.3: Tín hiệu hình sin qua khuếch đại lọc (đã bù offset) Danh mục từ viết tắt: Từ viết tắt Từ đầy đủ ECG Electrocardiogram LA Left Arm RA Right Arm RL Right RL DRL Driven Right Leg LCD Liquid Crystal Display IC Intergrated Circuit UART Universal asynchronous receiver/transmitter ADC Analog/Digital Converter VB Visual Basic PC Personal Computer VĐK Vi điều khiển DAO Data Access Object FSO File System Object RTC Real Time Clock Nghĩa tiếng Việt Điện tim đồ Tay trái Tay phải Chân phải Mạch điều khiển chân phải Màn hình tinh thể lỏng Vi mạch tích hợp Bộ thu/phát không đồng đa Bộ chuyển đổi tương tự/số Phần mềm Visual Basic Máy tính cá nhân Đối tượng quản lý liệu Đối tượng tệp tin hệ thống Đồng hồ thời gian thực Đồ án Thiết bị đo Tổng quan đề tài thiết kế thiết bị đo điện tim mini Thiết kế mạch đo điện tim với khả đo đường chuyển đạo LA-RA: Sử dụng điện cực gắn tay trái, tay phải chân phải để đo đường chuyển đạo LA-RA tín hiệu điện tim Có kết hợp mạch điều khiển chân phải (DRL) Thiết bị có khả đưa thơng số tín hiệu điện tim như: o Tần số nhịp đập o Ngưỡng điện áp cao nhất, thấp nhất, khoảng thời gian sóng P, S, R o Nhận dạng số trường hợp bất thường điện tim Khối vi điều khiển đảm nhiệm chức thu thập tín hiệu điện tim, có hình LCD hiển thị thông số điện tim giao diện nút chọn lựa chức Thiết bị có giao tiếp với máy tính để truyền tín hiệu điện tim máy tính phục vụ hiển thị, lưu trữ, chẩn đốn… Thiết kế mạch đầu vào thu thập tín hiệu điện tim 2.1 Sơ lược tín hiệu điện tim Tín hiệu điện tim (đối với đạo trình Tay trái – Tay phải) có hình dạng chuẩn hình vẽ sau: Hình 2.1: Hình dạng thơng số tín hiệu điện tim thông thường Giá trị biên độ lớn thuộc sóng R (1.2-1.5mV) để đưa điện áp chuẩn qua ADC xử lý cần khuếch đại tín hiệu lên khoảng 1000-2000 lần Chu kỳ tín hiệu điện tim nằm khoảng 60-300BPM (tương ứng 1-5Hz), nhiên Thiết kế thiết bị đo điện tim mini dải tần cần quan tâm để xử lý tín hiệu điện tim khoảng từ 0.1Hz-150Hz (theo quy ước thơng dụng việc thu thập xử lý tín hiệu điện tim) 2.2 Điện cực cáp bọc kim chống nhiễu Do tín hiệu điện tim nhỏ (cỡ milivolt) nên dễ bị ảnh hưởng yếu tố nhiễu từ bên điện từ trường, nhiệt độ việc sử dụng dây để nối điện cực đo với mạch đo yếu tố quan trọng Trong đề tài cáp đồng mềm lõi vỏ PVC có bọc kim sử dụng để loại trừ ảnh hưởng điện từ trường ngồi tới tín hiệu điện tim truyền dây dẫn Điện cực điện tim lựa chọn điện cực dán chủng loại MEDI-TRACE 210 hãng KENDALL Đây loại điện cực sử dụng lần với cấu tạo Ag/AgCl (đầu kim loại làm từ bạc lớp tiếp giáp với da làm từ loại keo hỗn hợp dẫn điện với thành phần chứa AgCl) 2.3 Mạch khuếch đại Vi sai Hình 2.2: Sơ đồ khuếch đại vi sai sử dụng AD620 mạch điều khiển chân phải AD620 IC khuếch đại vi sai cho chất lượng cao Với khả dễ dàng điều chỉnh hệ số khuếch đại từ 1000 cách thay đổi giá trị điện trở khuếch đại đặt vào hai phần tử khuếch đại thuật tốn nằm bên IC (được nối ngồi qua chân chân 8) Dòng bias đầu vào tối đa 1nA, đặc tính khuếch đại phụ thuộc vào nhiệt độ (điện áp offset tối đa 0.6µV/ºC) Hệ số khuếch đại AD620 tính cơng thức: G 49.4k 49.4k � RG RG G 1 Đồ án Thiết bị đo Với lựa chọn RG = 3.3KΩ ta có hệ số khuếch đại qua AD620 là: G1 49.4 5.94 6 10 2.4 Mạch điều khiển chân phải Trong trình đo điện tim, tồn điện áp Vc điểm trung tính thể người điểm trung tính mạch đo Điều dẫn đến việc tín hiệu điện tim thu bị lệch khỏi đường sở Để tránh tượng trôi điểm không trình đo điện tim người ta thường dùng mạch điều khiển chân phải (nối với điện cực gắn vào chân phải) để nhằm mục đích giảm điện áp chênh lệch Vc Tuy nhiên không đảm bảo cách ly với điện kháng đủ lớn dòng điện chạy qua điện cực gây nguy hiểm tới người sử dụng Hình 2.3: Mạch điều khiển chân phải Quan sát hình 2.3 ta thấy điện trung tính mạch đo (Vo) trung tính người (Vc) khuếch đại U1 (OP07) có quan hệ sau: vC vO R1 �id với id dòng điện chạy từ mạch đo vào chân phải R R (R PR ) Mặt khác ta lại có vO ( R P R ) vC � vC R ( R PR ) id để giảm điện 4 áp chênh lệch Vc ta phải chọn lựa R1,R2,R3,R4 cho với i d cho trước Vc phải nhỏ mức quy định Theo tiêu chuẩn điện tim quy ước quốc tế dòng i d thường mức nhỏ 20µA (với dòng >5mA khoảng thời gian 200mS gây sốc cho tim) Với giá trị điện trở lựa chọn hình vẽ ta tính được: vC �47 V Khi cần bù sai lệch tĩnh tương ứng với 47 V (hoặc bỏ qua không cần thiết) tín hiệu điện tim thu tránh tượng trôi điểm không đo Tụ điện C1 mắc nối tiếp với R5 nhằm mục đích lọc nhiễu cao tần chạy qua mạch điều khiển chân phải Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 2.5 Mạch lọc thơng cao Hình 2.4: Mạch lọc thơng cao Đối với tín hiệu điện tim, tần số cần quan tâm nằm khoảng 0.05Hz tới 150Hz Do lọc thơng cao phải đáp ứng cho phép tín hiệu với tần số >0.05Hz qua Để đáp ứng điều lựa chọn tốt mạch lọc thơng cao RC Cơng thức tính tần số cắt sau: 1 0.04823Hz �0.05 Hz 2 RC 2 �3.3 �10 �10 6 Hệ số khuếch đại qua mạch lọc thông cao là: G2 R 20 / R19 (33 10) / 10 4.3 fc 2.6 Mạch lọc thơng thấp Hình 2.5: Sơ đồ mạch lọc thông thấp Mạch lọc thông thấp sử dụng mạch lọc RC bậc Tần số cắt tính sau: Đồ án Thiết bị đo fc 1 146.148 Hz �150 Hz 2 RC 2 �3.3 �10 �0.33 �10 6 Hệ số khuếch đại tín G3=R10/R11=(330+10)/10=34 hiệu sau qua mạch lọc này: 2.7 Mạch khuếch đại lặp Do tín hiệu điện tim tín hiệu xoay chiều ADC PIC có khả lấy mẫu tín hiệu nằm khoảng từ 0V đễ Vref phải thiết kế mạch khuếch đại lặp có tác dụng điều chỉnh offset cho tín hiệu điện tim sau mạch khuếch đại dạng điện áp khoảng từ 0V-Vref Mạch khuếch đại lựa chọn trường hợp mạch khuếch đại vi sai đơn giản Sử dụng khuếch đại thuật toán OP07 cho chất lượng đáp ứng tốt Hình 2.6: Sơ đồ thiết kế mạch khuếch đại lặp Sơ đồ sơ đồ mạch khuếch đại vi sai hai tín hiệu vào Với thơng số linh kiện lựa chọn hình vẽ điện áp ECG_OUT tính theo cơng thức: R16 R2 R16 ) 5 Vecg _ s 2adc R15 R1 R R15 V (5 Vecg _ s 2adc) / V (1 Tóm lại: Hệ số khuếch đại tín hiệu điện tim sau qua mạch chuẩn hóa là: G G1 G G3 6 4.3 34 877.2 Như tín hiệu điện tim đưa dạng chuẩn với biên độ max 0.5 (5 Vecg _ 2adc) Với tín hiệu điện tim dao động khoảng ±1.5mV biên độ tín hiệu dao động khoảng từ 1.18 V đến 3.81V Thiết kế thiết bị đo điện tim mini Thiết kế nguồn cho mạch đo mạch điều khiển 3.1 Tính tốn thiết kế nguồn +/-9V cho khuếch đại thuật toán Để đảm bảo hoạt động xác cho IC khuếch đại thuật tốn việc cách ly nguồn cung cấp cho khỏi thiết bị khác quan trọng Vì lý phải thiết kế mạch nguồn riêng cấp cho IC khuếch đại thuật toán mạch Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Nguồn lấy từ điện áp 220VAC/50Hz Sau đưa qua biến áp lấy giá trị điện áp +15VAC/-15VAC(50Hz), giá trị giá trị hiệu dụng tín hiệu Giá trị đỉnh điện áp sau chỉnh lưu cầu đi-ốt V P = 15 �0.7 19.8V (trong 0.7 độ sụt áp qua đi-ốt cầu) Do mạch nguồn cung cấp cho IC khuếch đại thuật toán mạch nên dòng u cầu khơng lớn Ta thiết kế mạch nguồn cung cấp điện áp +/-9V với dòng điện tối đa 200mA Cấu tạo IC ổn áp họ 78xx 79xx hoạt động điện áp đầu vào lớn điện áp đầu từ 1,6V trở lên Cơng thức tính giá trị tụ bù để san phẳng hình dạng điện áp sau cầu diode sau: C I LOAD �t Với ILOAD dòng cung cấp tối đa cho phép, VRIPPLE khoảng dao VRIPPLE động điện áp đầu vào trước IC ổn áp t khoảng thời gian hai đỉnh điện áp Với tần số nguồn xoay chiều 50Hz t=0.01s 10 Đồ án Thiết bị đo �C 0.2 �0.01 400.106 F Trên thực tế ta lựa chọn tụ điện 470 F /50V Khi điện áp VRIPPLE =4.26V Mức điện áp đầu vào IC ổn áp (15.54V÷19.8V) thoả mãn điều kiện hoạt động IC ổn áp Hình 3.2: Hình dạng điện áp sau cầu diode Để loại trừ nhiễu nguồn (tần số 50Hz hài bậc cao) ta sử dụng tụ Cf=47µF mắc vào mạch phía sau IC ổn áp Tụ C có tác dụng dẫn tồn tín hiệu nhiễu xoay chiều qua giữ lại thành phần chiều để cung cấp tới linh kiện khác mạch 3.2 Thiết kế nguồn 5V cho vi điều khiển modul khác mạch Nhằm tạo cách ly, tránh ảnh hưởng phần tử khác mạch tới phần khuếch đại tín hiệu, mạch nguồn 5V thiết kế cấp nguồn cho vi xử lý thiết bị ngoại vi khác tách khỏi nguồn +/-9V hình vẽ 3.1 Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 11 Sử dụng vi điều khiển để lấy mẫu xử lý tín hiệu điện tim 4.1 Tổng quan phần cứng vi xử lý 4.1.1 PIC16F877A: Với đề tài sử dụng nhiều chuẩn giao tiếp,như chuẩn I2C cho đồng hồ thời gian thực, chuẩn UART cho truyền thơng với máy tính truyền thơng với thiết bị quét mã vạch.Ngoài sử dụng thêm phần sử lí ADC nên u cầu đặt với vi điều khiển tích hợp đủ phần cơng việc đỡ phức tạp hơn.Chip pic 16F877A có tích hợp ADC (10bit),tích hợp chuẩn giao tiếp như:I2C,SPI,UART ,và có 5port in/out đáp ứng yêu cầu đạt với mạch để ta thủ nghiệm Để đến sản phẩm hồn chỉnh vấn đề đặt thiết bị đạt nhiều yêu cầu chất lượng độ tiện dụng Pic 16F877A có kích thước tương đối lớn khơng phù hợp với thiết bị nhỏ gọn, hướng phát triển để đến sản phẩm thay chip pic chip dán PSOC, atmega128 4.1.2 Hiển thị thời gian: DS1307 IC đồng hồ thời gian thực đếm thời gian, có tác dụng truyền tín hiệu cho vi điều khiển xử lý để hiển thị thời gian.Và DS1307 nối với thạch anh tần số 32.768kHz để tạo tín hiệu 4.1.3 Giao tiếp với máy tính Cổng Com máy tính theo chuẩn RS232 ( mức có điện áp -3V tới -25V mức có điện áp 3V tới 25V) nên cần sử dụng IC MAX232 để đồng tín hiệu giao tiếp UART chuẩn RS232 4.1.4 Bàn phím phím Được kết nối với Vi xử lý qua IC74LS148 xử lý phương pháp quét phím 74LS148 IC giải mã đầu vào đầu có báo ngắt đầu vào thay đổi 4.1.5 LCD Lựa chọn LCD DM1602A(16x2) để hiển thị Và yêu cầu số chân điều khiển nên LCD lập trình theo kiểu 4bits data 4.2 Lập trình phần mềm Để thuận tiện cho việc kiểm tra, nhóm thiết kế chương trình hiển thị modul điều khiển qua LCD , thông qua bàn phím ta chọn chế độ điều khiển 12 Đồ án Thiết bị đo Giao diện hiển thị LCD: 0.Menu 0.1: SENSOR 0.2: Time 0.3: COM-PC 0.1.1: Hiển thị giá trị sensor 0.2.1: Hiển thị Time (Trên LCD) 0.3.1: Chương trình kết nối với PC Thực ý tưởng nhóm sử dụng vi xử lý 16F877A sử dụng ngơn ngữ lập trình C môi trường CCS.Trong môi trường CCS hộ trợ số hàm chuẩn: Delay,Read_ADC(mode),SPI_Write,SPI_Read,I2C_Write… số lệnh thông dụng khác (xem thêm phụ lục) Để chạy chương trình pic ta dùng phím bấm mạch Gọi tên phím bấm Enter, esc, up, down Dùng phím để lựa chọn chế độ chạy pic, chế độ chạy hiển thị tương ứng LCD Bố cục chương trình pic: lớp menu, lớp menu tương ứng lớp : quy trình , time, buffer Công việc lớp: Kịch chạy phần mềm: - Init chương trình cần thiết - Nhận lệnh điều khiển đọc điện tim từ máy tính nhấn nút để bắt đầu q trình đo điện tim - Tính tốn thời gian thực lệnh phù hợp với tần số lấy mẫu cần thiết tín hiệu đo “Time”: hiển thị thời gian lên LCD “Buffer” : Phần để dự phòng , dùng để chạy thử tính bổ sung Một số void chương trình: Chương trình menu cho LCD: void menu() Mục đích: Hiển thị tồn menu LCD Modul bàn phím : nội hàm Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 13 Scan_key(); Mục đích: quét xem phím bấm trả lại giá trị tương ứng hàm Modul RTC Void RTC(); Mục đích: đọc giá trị DS1307 ,lưu giá trị vào biến RTC_hour, giá trị phút vào biến RTC_Min Kết nối mạch với máy tính, thiết kế giao diện chức máy tính 5.1 Giao diện chương trình viết Visual Basic 6.0 Yêu cầu phần giao diện máy tính Thực cài đặt thông số kết nối với mạch cứng theo chuẩn truyền tin RS232 Thực việc vẽ lại đồ thị điện tim từ giá trị đo mạch cứng Thực việc lưu trữ thông tin đo vào sở liệu máy tính Các chức chương trình Để thực yêu cầu đề Visual Basic lựa chọn hợp lý Trên Visual Basic có nhiều công cụ hỗ trợ thực yêu cầu đề Để thực giao tiếp với mạch cứng theo chuẩn RS232 ta sử dụng thư viện giao tiếp RS232 – MSCOMM32.OCX Microsoft Việc vẽ đồ thị điện tim lên giao diện sử dụng thư viện Teechart cung cấp hầu hết dạng đồ thị biểu đồ 2D 3D với đồ họa đẹp, lựa chọn cách kéo-thả trực quan Bên cạnh hỗ trợ chi tiết, người dung tác động thơng số hình cài đặt cứng ( đặt trực tiếp cửa sổ Editing) cài đặt mềm (thao tác phần lập trình)… Cổng nối tiếp có khả tùy chọn từ COM đến COM (thường máy tính có COM1 cổng vật lý) Tốc độ truyền lựa chọn nhiều mức khác từ 2400bps tới 115200bps Tùy theo vào khoảng cách điều kiện truyền mà ta chọn tốc độ cao thấp khác Về khung truyền liệu PC VDK mặc định chuẩn truyền 11bits (1bit Start, 8bits data, 1bit Stop, bit Priority) Kiểm tra lỗi kiểu chẵn lẻ Phần mềm cho phép lựa chọn thiết lập bắt tay với mạch cứng (Handshaking) với loại: RTS/CTS, XON/XOFF, BOTH RTS/XONXOFF NONE Hình ảnh sóng điện tim thể theo dạng trục tọa độ A=f(t) 14 Đồ án Thiết bị đo Với: A biên độ sóng điện tim đo mV, t lần lấy mẫu Khi chương trình khởi động yêu cầu người dùng chọn thông số cho kết nối tốc độ truyền (bauds) tên cổng COM thực kết nối, định dạng khung truyền(8 bits liệu), chế độ bắt tay, kiểu truyền (Text Binary) Sau cài đặt kết nối, chương trình khởi động liên tục nhận số liệu từ cổng com thực chuẩn hóa giá trị nhận vẽ hình Với dạng sóng điện tim Teerchart tỏ lợi Hình 5.1: Đồ thị điện tim mẫu vẽ Teechart Sau tiến hành thiết lập cho cổng com Phần mềm máy tính chờ đợi liệu gửi lên từ vi xử lý tiến hành vẽ đồ thị tín hiệu thu thơng qua liệu nhận Việc chuẩn hóa tín hiệu điện tim vấn đề yêu cầu phần mềm phải thực Tín hiệu điện tim (đạo trình tay trái – tay phải) tín hiệu xoay chiều Để đưa vào ADC vi xử lý PIC16F877A lấy mẫu mạch khuếch đại đưa tín hiệu dạng chuẩn dao động khoảng từ 0-5VDC biểu diễn đồ thị máy tính cần phải xác định vị trí 0V tín hiệu Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 15 Hình 5.2: Điện áp đo sau trừ offset Bằng cách chập điện cực nối với tay trái tay phải tiến hành lấy mẫu ta thu giá trị offset mạch khuếch đạo tạo nên tín hiệu điện tim Phần mềm tự động bù giá trị offset cách trừ vào liệu nhận tiến hành vẽ đồ thị 5.2 Lưu trữ số liệu Để thuận tiện việc kiểm sốt thơng tin người đo điện tim thông số điện tim đo liệu phần mềm lưu lại máy tính Hình 5.3: Form lưu trữ quản lý thông tin 16 Đồ án Thiết bị đo Phần mềm máy tính quản lý liệu liên quan thư viện DAO (Data Access Objects) Các thông tin cần thiết người đo điện tim lưu lại là: Họ tên, mã lưu trữ, ngày đo, thích… phần mềm lưu lại file mdb (định dạng file liệu Microsoft Access) nằm thư mục chứa chương trình Ngồi điều quan trọng liệu tín hiệu điện tim phần mềm thực lưu lại file *.ECG với tên file mã lưu trữ Việc tạo file từ liệu nhận từ mạch đo thực việc sử dụng mơ hình FSO (File System Object) Những file lưu trữ thư mục data nằm với file chạy phần mềm Dữ liệu từ file dễ dàng truy xuất tiến hành vẽ lại đồ thị điện tim đo sau có yêu cầu (nhấn vào nút XEM cửa sổ quản lý liệu) 5.3 Thực mô phần mềm nhận xét Thực mô phần mềm Sau hoàn thành phần mềm, em thực mơ Chương trình Virtual Serial Port Driver Chương trình cho phép thiết lập cổng COM ảo Phần mềm PC PIC đưa vào chương trình mơ Proteus 7.2 để kiểm tra Phần giao tiếp thông qua kết nối COM ảo Cổng COM đặt PC nối chéo với COM chương trình mơ thơng qua phần mềm Virtual Serial Port Driver 6.9 Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 17 Hình 5.4: Sơ đồ mơ hình mơ Proteus Kết thu được: phần mềm vẽ tin hiệu điện tim vi xử lý gửi tới từ chương trình mơ Proteus Phần mềm có khả quản lý lưu trữ liệu điện tim theo thiết kế Đánh giá nhận xét phần mềm Ưu điểm: Giao diện đơn giản, dễ sử dụng cho đối tượng Có khả thay đổi, điều chình đường truyền cho hợp với thiết bị Tạo dựng hệ thống sở liệu đầy đủ hữu ích cho lưu trữ cơng tác chuẩn đoán bệnh Nhược điểm: Giao diện thực tool Teechart VB đồ họa chưa đẹp Phần mềm sơ khai nên chưa có nhiều tính phục vụ nhu cầu chuyên biệt khác Kết luận số kết mạch đo điện tim Mạch vi xử lý chạy chức thiết kế: giao tiếp LCD, RS232, phím, RTC… 18 Đồ án Thiết bị đo Hình 6.1: Kết test phần cứng với LCD phím bấm Mạch tương tự đầu vào khuếch đại với tín hiệu hình sin đầu vào Đặt vào khuếch đại điện áp phân áp chiều hình sin biến trở vi chỉnh 100K ta thu điện áp xoay chiều 1.2sin(t+) (mV) Hình 6.2: Phân áp điện áp xoay chiều 12V để lấy điện áp 1.2mV Hình 6.3: Tín hiệu hình sin qua khuếch đại lọc (đã bù offset) Thiết kế thiết bị đo điện tim mini 19 Mạch đo chưa có phận lọc cắt tần số 50Hz việc tần số nằm dải thông lọc nên tín hiệu khuếch đại mà ko bị khử Do ảnh hưởng từ nhiễu (lấy tín hiệu mẫu mức milivolt) nên điện áp hình sin đầu không chuẩn xác tuyệt đối Tuy nhiên việc tín hiệu hình sin khuếch đại chứng tỏ mạch khuếch đại hoạt động Số liệu thu qua xử lý, thực tế trước quy đổi biên độ tín hiệu hình sin mà ADC nhận ~1.1V (chưa kể đến điện áp offset từ khuếch đại lặp) Hệ số khuếch đại thực tế đo 1100/1.2=916.7 gần với hệ số khuếch đại tính tốn lý thuyết (877) Sự sai khác việc linh kiện có sai số lớn (do điều kiện nên chưa thể dùng linh kiện dán với độ xác cao) Tuy nhiên vấn đề chất lượng mạch in nên nhóm chưa thể xử lý nhiễu trình đo Mặt khác chất lượng linh kiện nên lọc hoạt động không ý muốn Biểu việc xuất thành phần nhiễu bậc cao tiến hành gắn điện cực để đo tín hiệu điện tim Các mục tiêu đề tài đạt tương đối, nhiên việc đo điện tim với chất lượng tốt chưa thực Do nhiều vấn đề mà nhóm chưa thể giải nên định tiếp tục nghiên cứu thời gian tới Những vấn đề đọng lại mà cần tiếp tục giải quyết: Thực kiểm tra thiết kế mạch cứng, tính tốn lọc cho đầu vào analog tín hiệu điện tim Tiếp tục nghiên cứu để chuẩn hóa tín hiệu, sử dụng thiết bị linh kiện đại chất lượng cao để hoàn thiện sản phẩm Mở rộng thêm kết nối chuẩn USB bện cạnh chuẩn RS232 Xây dựng chương trình kết nối TC/IP cho thiết bị Để thuận tiện cho việc theo dõi đưa khuyến cáo kịp thời cho bệnh nhân phải thường xuyên di chuyển Xây dựng hệ thống chuyên gia đơn giản để tư vấn trực tiếp cho bệnh nhân Với mục tiêu tương lai chúng em cố gắng sớm hoàn thành Nhằm cung cấp thiết bị tiện dụng hữu ích tới tất người với nhu cầu đo kiểm tra sức khỏe thường xuyên 20 Đồ án Thiết bị đo Tổng hợp số tài liệu tham khảo: Đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM SỬ DỤNG DSP” Nguyễn Lan Hương, Phạm Ngọc Yến, Nguyễn Quốc Cường Đề tài: “The Isolation Mode Rejection Ratio in Bioelectric Amplifiers” A.C MettingVanRijn, A Peper, C A Grimbergen http://www.biosemi.com/publications/artikel5.htm Project: “ECG Primer 1.0” - http://www.stm32circle.com/projects/project.php?id=31 Datasheet linh kiện: + AD620AN: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogdevices/105505445AD620_e.pdf + TL082CN: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/2300.pdf + OP07CP: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogdevices/53280594OP07_a.pdf + KA78xx: http://www.kmk.com.hk/Manuals/7805.pdf + KA79xx: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets2/42/424907_1.pdf + PIC16F877A: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf Giáo trình Visua Basic FPT Giáo trình Microsoft Access 2000 Nguyễn Sơn Hải Giáo trình tin học lập trình trực quan Nguyễn Trung Hoa Microsoft Access 2000 Bible Quick Start; Cary N.Prague, Michael -R.I Ruin Microsoft Access 2000 with VBA – Advanced; Al Napier, Phil Judd, H.Albert Napier, Philip J Judd ... khuếch đại vi sai đơn giản Sử dụng khuếch đại thuật toán OP07 cho chất lượng đáp ứng tốt Hình 2.6: Sơ đồ thiết kế mạch khuếch đại lặp Sơ đồ sơ đồ mạch khuếch đại vi sai hai tín hiệu vào Với thông... tiếp RS232 – MSCOMM32.OCX Microsoft Việc vẽ đồ thị điện tim lên giao diện sử dụng thư viện Teechart cung cấp hầu hết dạng đồ thị biểu đồ 2D 3D với đồ họa đẹp, lựa chọn cách kéo-thả trực quan... mềm Visual Basic Máy tính cá nhân Đối tượng quản lý liệu Đối tượng tệp tin hệ thống Đồng hồ thời gian thực Đồ án Thiết bị đo Tổng quan đề tài thiết kế thiết bị đo điện tim mini Thiết kế mạch đo