Điện tử viễn thông 6 chương3 khotailieu

1 Chương THIẾT KẾ BỘ THIẾT BỊ THỰC HÀNH ĐIỆN TÂM ĐỒ Như trình bày chương Chương tín hiệu điện tim (ECG) nguồn thơng tin quan trọng việc chuẩn đốn tình trạng sức khoẻ bệnh lý người bệnh ECG nguồn tín hiệu nhỏ chịu ảnh hương nhiều nhiễu Chương trình bày thiết kế chế tạo máy đo xử lý tín hiệu ECG gọi máy điện tâm đồ Thiết bị có khả thị trực tiếp, lưu trữ truyền tin máy tính 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hình 3.1 Sơ đồ khối Bộ điện tâm đồ Hình 3.1 trình bày sơ đồ khối thiết bị điện tâm đồ Trong đó: Khối đo ECG: Khối đo ECG thực việc đo lường tín hiệu điện tâm đồ từ thể người sau khuếch đại loại bỏ thành phần nhiễu tần số cao Sử dụng lọc thông thấp, thông cao với dải tần từ 0.05-75Hz  Linh kiện sử dụng: • Diode 1N4148 (D1, D2, D3,D4) • Điện trở 100K, 47K, 4K7, 3.3M, 220K, 1K • Biến trở 10K • Tụ điện 470nF, 103, 1uF • IC TL084  Tính tốn thơng số mạch • Hệ số khuếch đại K1 = = 20 lần K2 = = lần K3 = 1+ 47.8 lần Vậy hệ số khuếch đại mạch K = K1xK2+K3 • Tần số cắt f1 = f2 = 70 lần 0.05 Hz = 72 Hz Vậy giải tần số tín hiệu ECG theo chuẩn FDA Mỹ từ 0.05Hz-70Hz Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.2 Khối MCU (Khối xử lý trung tâm):Arduino Mega 2560 Board arduino mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 ATmel, nhớ chương trình lên đến 256KB có 8KB sử dụng bootloader Với nhớ chương trình lớn, bạn viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển nhiều thiết bị Dung lượng RAM 8KB 4KB EEPROM Bộ não xử lí tác vụ đơn giản đến phức tạp điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,TFT… hay ứng dụng khác Trong phần Arduino Mega 2560 mạch xử lý trung tâm, nhận tín hiệu điện tim từ mạch ECG sau xử lý tín hiệu chuyển đổi cách phù hợp để thực chức lưu trữ, điều khiển hình cảm ứng TFT truyền thơng Cụ thể : Từ hình chương trình ta chọn chức đo điện tim Tín hiệu điện tim dạng tương tự giải mã ADC thực hàm lọc số chuyển đổi phù hợp Và khoảng thời gian định ta đo số nhịp tim tương ứng với lần đo Kết lần đo lựa chọn để lưu lại tương ứng với thời gian thực Với chức truyền thơng, MCU gửi liệu đo thông qua phương thức truyền thông khác RS232, Ethernet, Bluetooth… Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.3 Khối lưu trữ: SD Card SD card thành phần lưu trữ giao tiếp thông qua chuẩn SPI.Mọi thông tin kết đo đạc lựa chọn phép lưu vào thẻ nhớ không Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.4 Khối hiển thị: Cho phép xem trực tiếp dạng tín hiệu điện tâm đồ tham số đo, cho phép thực tương tác điều khiển với người sử dụng với thiết bị đo(cho phep đo, cho phep truyền thông, cho phép lưu trữ…) Ở sử dụng module hiển thị touchscreen LCD TFT 3.2 inch Độ phân giải: 240x320 Giao diện: cổng song song 16-bit Nhiệt độ hoạt động: -20 ~ 70 ℃ Sử dụng sản xuất Đài Loan Sử dụng chip SSD1289 Bao gồm khay thẻ nhớ SD Card Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.5 Khối truyền thông : Cổng truyền thông RS232 dùng để kết nối giao tiếp máy tính với board điều khiển Các tín hiệu điện truyền vào máy tính thông qua phần mềm Labview cho phép xem trực tiếp dạng tín hiệu điện tâm đồ tham số đo Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.6 Khối chỉ thị từ xa Tại khối cho phép ta kết nối với mạng internet tồn cầu Thơng qua module Ethernet liệu đo đạc tính toán cập nhật đẩy lên internet Cụ thể ta cấu hình Server , tạo sở liệu để lưu trữ Thông qua giao thức TCP/IP Board MCU kết nối với module Ethernet truy nhập vào mạng internet đẩy liệu lên database Các liệu lưu Database bao gồm thời gian, giá trị đo , nhip tim,… để từ thơng qua giao diện web tín hiệu điện tim khôi phục để vẽ lên dạng tín hiệu điện tâm đồ Khối nguồn: Nguồn sử dụng nguồn từ cab USB nguồn ngồi (như hình trên) Board chịu đựng nguồn cung cấp từ 6V-20V nhiên nên sử dụng nguồn với mức điện áp khoảng 7V-12V Mức điện áp đầu 5V 3.3V để nuôi IC thực chức khác Mạch sử dụng IC MC33269D-05 tụ lọc hình Khối nguồn mạch khuếch đại ECG chức tạo điện áp đơi xứng nhờ IC A0512D biến đổi 5V Dc thành +-12V Dc Sử dụng Ic Lm7805 Lm7905 tạo điện áp đối xứng +-5V tạo nguồn cho Opam TL084 Đầu vào 5V A0512D từ board Arduino Chú ý: Theo chuẩn mạch đo ECG phải có cách ly tín hiệu người đo khối sử lý khác có sử dụng nguồn ngồi Tuy nhiên thiết kế ta sử dụng Pin 7V-12V nguồn nuôi nên không sử dụng phương pháp cách ly theo yêu cầu Sơ đồ nguyên lý chi tiết trình bày hình 3.7 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý khối đo ECG Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối đo ECG 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý khối lưu trữ Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối lưu trữ 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý khối truyền thơng Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý khối truyền thông 3.2.6 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn MCU Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn khuếch đại ECG 3.3 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN 3.3.1 Lưu đồ Hình 3.9 Lưu đồ thuất tốn 3.3.2 Code chương trình Tồn code chương trình ghi lưu đĩa CD gửi kèm theo báo cao 3.4 THIẾT KẾ BAI THỰC HÀNH 3.4.1 Bài thực hành tín hiệu điện tâm đồ khơng có lọc 3.4.1.1 Mục đích Bài thực hành cung cấp cho sinh viên nguyên lý việc đo, xử lý, thị dọc tín hiệu điện tâm đồ 3.4.1.2 Mơ tả thiết bị thực hành Bài thực hành thực thiết bị thực hành điện tâm đô trung tâm ART Đại học Điện Lực chế tạo Để thực thực hanh cần sử dụng thiết bị sau: - Điện cực sử dụng lần(03 cái) - Bộ thiết bị đo(01 cái) - Máy tính(01 cái) có cài phần mềm ART_ECG theo dõi tín hiệu điện tim - Cáp kết nối RS232(01 cái) - Apdapter xoay chiêu 12V(01 cái) 3.4.1.3 Tóm tắt lý thuyết Tín hiệu điện tim có số đặc điểm dải tần khoảng 0.05-150Hz, dải đo 0.5-5mV Để đo tín hiệu điện tim ta sử dung phương pháp điện cự tiếp xúc Các điện cực dán trực tiếp lên da bệnh nhân Tín hiệu điện tim đặc trưng sáu đỉnh núi thung lũng có nhãn với chữ liên tiếp bảng chữ P, Q, R, S, T, U - Đoạn PQ gồm thời gian khử cực nhĩ truyền xung động từ nhĩ tới thất - Phức QS: khử cực tâm thất - Đoạn ST: thời kỳ khử cực hồn tồn thất - Sóng T: Tái cực tâm thất Việc đo tái tạo lại tín hiệu điện tim gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng ồn va can nhiễu - Ồn nội thiết bị ghi điện tim sinh Nguyên nhân gây ồn q trình thằng giáng điện tích lớp tiếp xúc điện cực – da, cá 10 mối nối hai kim loại khác nhau, dây cáp điện cực, chuyền động nhiệt điện tử bên phần tử máy đo Hình 3.6 Lưu đồ thuất toán - Can nhiễu tác động từ bên vào chủ yếu nhiễu 50 Hz lưới điện Để tái tạo lại tín hiệu điện tim khâu loại bỏ ồn can nhiễu quan trọng Việc thực thơng qua việc thực chuẩn, xác sử dụng thiết bị đo ứng dụng mạch lọc, khuếch đại cách ly chế tạo thiết bị đo sơ đồ nguyên lý 3.4.1.4 Các bước tiến hanh Để đo tín hiệu điện tâm đồ bước tiến hành sau: Bước 1: Kết nối apdapter, cáp kết nối RS232 với thiết bị đo Kết nối cáp kết nối RS232 với máy tính cắm nguồn Bước 2: Bật nguồn máy tính, bật phần mềm ART_ECG theo dõi tín hiệu điện tim Bật công tác nguồn cho thiết bị đo Bước 3: Dán điện cực vào vị trí dẫn trước ngực Bước 4: Lựa chon khơng có lọc, quan sát tín hiệu đo hinh Nếu thấy tín hiệu đo ổn định lựa chọn lưu trữ sau lựa chon truyền thông Bước 5: 11 Lựa chọn ngừng đo Bước 6: Quan sát kết đo máy tính, vẽ lại dạng tín hiệu điện tâm đồ đo được, ghi lại số tín hiệu 3.4.1.5 Câu hỏi Câu 1: Xác định số xung nhip phút Câu 2: So sánh dạng tín hiệu đo với tín hiệu chuẩn, đưa đánh giá ảnh hưởng nhiễu 50Hz 3.4.2 Bài thực hành tín hiệu điện tâm đồ có lọc 3.4.2.1 Mục đích Bài thực hành cung cấp cho sinh viên nguyên lý việc đo, xử lý, thị dọc tín hiệu điện tâm đồ 3.4.2.2 Mô tả thiết bị thực hành Bài thực hành thực thiết bị thực hành điện tâm đô trung tâm ART Đại học Điện Lực chế tạo Để thực thực hanh cần sử dụng thiết bị sau: - Điện cực sử dụng lần(03 cái) - Bộ thiết bị đo(01 cái) - Máy tính(01 cái) có cài phần mềm ART_ECG theo dõi tín hiệu điện tim - Cáp kết nối RS232(01 cái) - Apdapter xoay chiêu 12V(01 cái) 3.4.2.3 Tóm tắt lý thuyết Tín hiệu điện tim có số đặc điểm dải tần khoảng 0.05-150Hz, dải đo 0.5-5mV Để đo tín hiệu điện tim ta sử dung phương pháp điện cự tiếp xúc Các điện cực dán trực tiếp lên da bệnh nhân Tín hiệu điện tim đặc trưng sáu đỉnh núi thung lũng có nhãn với chữ liên tiếp bảng chữ P, Q, R, S, T, U - Đoạn PQ gồm thời gian khử cực nhĩ truyền xung động từ nhĩ tới thất - Phức QS: khử cực tâm thất - Đoạn ST: thời kỳ khử cực hồn tồn thất - Sóng T: Tái cực tâm thất 12 Việc đo tái tạo lại tín hiệu điện tim gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng ồn va can nhiễu - Ồn nội thiết bị ghi điện tim sinh Nguyên nhân gây ồn trình thằng giáng điện tích lớp tiếp xúc điện cực – da, cá mối nối hai kim loại khác nhau, dây cáp điện cực, chuyền động nhiệt điện tử bên phần tử máy đo Hình 3.6 Lưu đồ thuất tốn - Can nhiễu tác động từ bên vào chủ yếu nhiễu 50 Hz lưới điện Để tái tạo lại tín hiệu điện tim khâu loại bỏ ồn can nhiễu quan trọng Việc thực thông qua việc thực chuẩn, xác sử dụng thiết bị đo ứng dụng mạch lọc, khuếch đại cách ly chế tạo thiết bị đo sơ đồ nguyên lý 3.4.2.4 Các bước tiến hanh Để đo tín hiệu điện tâm đồ bước tiến hành sau: Bước 1: Kết nối apdapter, cáp kết nối RS232 với thiết bị đo Kết nối cáp kết nối RS232 với máy tính cắm nguồn Bước 2: Bật nguồn máy tính, bật phần mềm ART_ECG theo dõi tín hiệu điện tim Bật cơng tác nguồn cho thiết bị đo Bước 3: Dán điện cực vào vị trí dẫn trước ngực 13 Bước 4: Lựa chon đo có lọc, quan sát tín hiệu đo hinh Nếu thấy tín hiệu đo ổn định lựa chọn lưu trữ sau lựa chon truyền thông Bước 5: Lựa chọn ngừng đo Bước 6: Quan sát kết đo máy tính, vẽ lại dạng tín hiệu điện tâm đồ đo được, ghi lại số tín hiệu 3.4.2.5 Câu hỏi Câu 1: Xác định số xung nhip phút Câu 2: So sánh dạng tín hiệu đo với tín hiệu chuẩn, đưa đánh giá có lọc số  ... nhau, dây cáp điện cực, chuyền động nhiệt điện tử bên phần tử máy đo Hình 3.6 Lưu đồ thuất toán - Can nhiễu tác động từ bên vào chủ yếu nhiễu 50 Hz lưới điện Để tái tạo lại tín hiệu điện tim khâu... nhau, dây cáp điện cực, chuyền động nhiệt điện tử bên phần tử máy đo Hình 3.6 Lưu đồ thuất toán - Can nhiễu tác động từ bên vào chủ yếu nhiễu 50 Hz lưới điện Để tái tạo lại tín hiệu điện tim khâu... tái tạo lại tín hiệu điện tim gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng ồn va can nhiễu - Ồn nội thiết bị ghi điện tim sinh Nguyên nhân gây ồn q trình thằng giáng điện tích lớp tiếp xúc điện cực – da, cá mối