Rejestrator sygnałów napięciowych biomedycznych

Podobne dokumenty
Zastosowanie procesorów AVR firmy ATMEL w cyfrowych pomiarach częstotliwości

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 15/15

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

PL B BUP 14/16

ANALIZATOR TOPAS 1000 (FLUKE 1760) POMIARY PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

E-TRONIX Sterownik Uniwersalny SU 1.2

Generator przebiegów pomiarowych Ex-GPP2

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

Architektura komputerów

A61B 5/0492 ( ) A61B

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

Interfejsy komunikacyjne pomiary sygnałów losowych i pseudolosowych. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

APPLICATION OF ADUC MICROCONTROLLER MANUFACTURED BY ANALOG DEVICES FOR PRECISION TENSOMETER MEASUREMENT

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Cyfrowy rejestrator parametrów lotu dla bezzałogowych statków powietrznych. Autor: Tomasz Gluziński

Zaliczenie Termin zaliczenia: Sala IE 415 Termin poprawkowy: > (informacja na stronie:

(54) (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 PL B1 C23F 13/04 C23F 13/22 H02M 7/155

Komputerowe systemy pomiarowe. Dr Zbigniew Kozioł - wykład Mgr Mariusz Woźny - laboratorium

Wejścia logiczne w regulatorach, sterownikach przemysłowych

WIZUALIZACJA DANYCH SENSORYCZNYCH Sprawozdanie z wykonanego projektu. Jakub Stanisz

Imię i nazwisko (e mail) Grupa:

PROGRAM TESTOWY LCWIN.EXE OPIS DZIAŁANIA I INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

projekt przetwornika inteligentnego do pomiaru wysokości i prędkości pionowej BSP podczas fazy lądowania;

ANALIZA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ ANALIZA WARUNKÓW ZASILANIA

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Technika Mikroprocesorowa

PowerLab 4/35 z systemem LabChart Pro

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

PL B1. System kontroli wychyleń od pionu lub poziomu inżynierskich obiektów budowlanych lub konstrukcyjnych

Ćwiczenie EA8 Prądnice tachometryczne

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

Przetwarzanie AC i CA

Laboratorium Komputerowe Systemy Pomiarowe

ZL16AVR. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów ATmega8/48/88/168

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

X-Meter. EnergyTeam PRZYKŁADOWE SCHEMATY SYSTEMU X-METER. 1 punkt pomiarowy. System nr 1. 2 punkty pomiarowe. System nr 2

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

PROTOKÓŁ POMIAROWY - SPRAWOZDANIE

Podstawy elektroniki i metrologii

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

Obługa czujników do robota śledzącego linie. Michał Wendland czerwca 2011

1. Zasilacz mocy AC/ DC programowany 1 sztuka. 2. Oscyloskop cyfrowy z pomiarem - 2 sztuki 3. Oscyloskop cyfrowy profesjonalny 1 sztuka

System monitoringu jakości energii elektrycznej

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

Komunikacja w mikrokontrolerach Laboratorium

Pracownia Transmisji Danych, Instytut Fizyki UMK, Toruń. Instrukcja do ćwiczenia nr 10. Transmisja szeregowa sieciami energetycznymi

Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

WIZUALIZACJA DANYCH SENSORYCZNYCH MINISTACJA METEOROLOGICZNA

Przykład 2. Przykład 3. Spoina pomiarowa

Rejestratory Sił, Naprężeń.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

Kod produktu: MP01105T

DTR PICIO v Przeznaczenie. 2. Gabaryty. 3. Układ złącz

Moduł wejść/wyjść VersaPoint

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Systemy wbudowane. Paweł Pełczyński

Wstęp Architektura... 13

Interfejs analogowy LDN-...-AN

Przetwornik analogowo-cyfrowy

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Wirtualne przyrządy kontrolno-pomiarowe

Rys. 1. Schemat blokowy rejestratora ZRZ-28

ZL15AVR. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów ATmega32

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

ZL28ARM. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów AT91SAM7XC

IMPLEMENTATION OF THE SPECTRUM ANALYZER ON MICROCONTROLLER WITH ARM7 CORE IMPLEMENTACJA ANALIZATORA WIDMA NA MIKROKONTROLERZE Z RDZENIEM ARM7

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Funkcje sterowania cyfrowego przekształtników (lista nie wyczerpująca)

CLIMATE 5000 VRF. Cyfrowy licznik energii DPA-3. Instrukcja montażu (2015/07) PL

1. Wprowadzenie Programowanie mikrokontrolerów Sprzęt i oprogramowanie... 33

Przetwarzanie A/C i C/A

Wzmacniacze operacyjne

Cyfrowy wzmacniacz AED dla przetworników tensometrycznych.

ARCHI 9000 CYFROWY SYSTEM REJESTRACJI

Ćwiczenie EA9 Czujniki położenia

POMIARY I ANALIZA WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

EKG (Elektrokardiogram zapis czasowych zmian potencjału mięśnia sercowego)

Układy akwizycji danych. Komparatory napięcia Przykłady układów

ANALIZA DANYCH POMIAROWYCH NA PODSTAWIE WYBRANEGO PRZYPADKU

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 14/12

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

BM829 Multimetr TRMS(AC+DC),T1,T2,dual LCD,USB Brymen

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

KATEDRA ELEKTRONIKI AGH WYDZIAŁ EAIIE. Dydaktyczny model 4-bitowego przetwornika C/A z siecią rezystorów o wartościach wagowych

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁU PRZETWORNIKA OBROTOWO-IMPULSOWEGO

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

ZL15AVR. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów ATmega32

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Układ pomiarowy CoachLab II

Wykrywacz kłamstw. Grzegorz Puzio, Łukasz Ulanicki 15 czerwca 2008

Transkrypt:

Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki KATEDRA METROLOGII studenckie koło naukowe "ECART" Opiekun naukowy: dr inż. Andrzej Bień Kraków 2003 Krzysztof Tomal Marcin Herod Temat: Rejestrator sygnałów napięciowych biomedycznych Wprowadzenie Choroby układu krążenia stają się coraz bardziej znaczącym problemem. Jak podają statystyki, w krajach wysoko rozwiniętych liczba chorych wciąż się powiększa: Polska Statystyka Publiczna. Odpowiednia profilaktyka, wczesne wykrycie i zdiagnozowanie zaburzeń pracy serca nierozerwalnie wiąże się z badaniami, które powinny być okresowo wykonywane. Podstawowym narzędziem do nieinwazyjnej analizy stanu serca jest elektrokardiografia (EKG). Badanie to polega na rejestracji czynności elektrycznej serca, umożliwia rejestrację pracy mięśnia sercowego, oraz wykrycie różnego typu nieprawidłowości w funkcjonowaniu tego ważnego organu. Jest również pomocne w ocenie zmian w sercu towarzyszących innym chorobom niż choroby serca.

Elektrokardiogram (przebieg EKG), to zapis zmian napięć elektrycznych powstających w mięśniu sercowym. Źródłem tej energii elektrycznej jest każda żyjąca komórka mięśnia sercowego. Napięcie elektryczne w pojedynczej komórce wynika ze zmianami szybkości przenikania przez jej błonę jonów sodu, potasu i wapnia. Powstające w mięśniu sercowym różnice potencjałów są przewodzone przez tkanki na powierzchnię skóry, gdzie przy pomocy elektrod można je zarejestrować (poziom w pojedynczych mv) w postaci elektrokardiogramu. Sposób pomiaru Mierzonym sygnałem jest napięcie elektryczne wynikające z krążenia wektora wypadkowej siły elektromotorycznej serca. Aby zmierzyć napięcie na skórze, przykłada się elektrody, które przenoszą napięcie do układu pomiarowego. Najważniejszą cechą decydującą o poprawnym pomiarze nie jest dokładne rozmieszczenie elektrod, ale ich jednakowa i jak najmniejsza impedancja na styku ze skórą. Napięcie mierzymy pomiędzy górnymi kończynami, za punkt odniesienia przyjmujemy kończynę dolną. Parametry sygnału: W przedstawionym układzie elektrod amplituda sygnału EKG mieści się w zakresie [0.5-1mV]. Zakres częstotliwości wynosi [0.05-100 Hz]. Układ pomiarowy Schemat blokowy rejestratora: Wzmacniacz pomiarowy: to układ AD620 charakteryzuje się dużą impedancją wejściową, przez co nie obciąża źródła sygnału i bardzo dużym CMRR ( >100dB), co pozwala wyeliminować zakłócenia współbieżne, które są w tym przypadku dużo większe od sygnału pomiarowego.

Zastosowany sposób pomiaru z różnicowym sygnałem pomiarowym, powoduje że zakłócenia współbieżne jakie "przenikają" do odprowadzeń elektrod (głównie od sieci), są eliminowane. Jest to możliwe, ponieważ długość fali tych zakłóceń powoduje że we wszystkich odprowadzeniach występuje ten sam poziom sygnału zakłóceń, w pomiarze różnicowym nie mają one więc wpływu. Filtracja: Eliminacja zjawiska artefactów (duża impedancja wejściowa wzmacniacza różnicowego i filtr górnoprzepustowy). Filtry dolnoprzepustowy (zabezpiecza przed aliasingiem w SC i ADC) Eliminacja zakłóceń sieciowych (filtr typu TT), Filtr SC MAX280 (świetna jakość i ok. 5 krotna redukcja ilości elementów + duża dokładność parametrów łatwość dostrajania), Przebiegi zarejestrowane w układzie: Na powyższym przebiegu przedstawiono sygnał z zakłóceniami. Zakłócenia te pochodzą od zmiany impedancji styku elektroda skóra i drgań mięśni. Przebiegi sygnału w układzie zarejestrowano kartą pomiarową DaqBook/216, współpracującą z komputerem PC. Karta posiada 16 bitowy przetwornik A/C, zakres napięcia wejściowego, na którym wykonano rejestracje: 2.5 [V].

Schemat blokowy (tor cyfrowy) Mikrokontroler AVR 8-Bit RISC AT90S8535: W procesorze są zintegrowane moduły przetwornika A/C, transmisji szeregowej do komputera (UART) oraz moduł szeregowego interfejsu SPI, za pomocą którego procesor zapisuje pomiary do pamięci. Sygnał z układu wejściowego jest podawany do procesora, gdzie za pomocą 10 bitowego przetwornika dokonywane jest przetwarzanie sygnału pomiarowego. Próbkowanie i przetwarzanie A/C odbywa się w procesorze, jest to duża zaleta wynik od razu jest przenoszony do pamięci rejestratora lub do komputera. Budowa układu jest prostsza, nie są konieczne zewnętrzne magistrale pomiędzy przetwornikiem a procesorem. W tej postaci sygnał jest poddawany testowaniu, w czasie którego procesor sprawdza czy pomiar przebiega poprawnie, tzn. że układ oczekuje sygnału o wartości średniej leżącej w określonym przedziale oraz wystepowanie pików tak charakterystycznych dla sygnału EKG. Użyty procesor zapewnia szybkość przetwarzania danych do 8 milionów operacji na sekundę, co umożliwia testowanie w czasie rzeczywistym. Sygnał w postaci cyfrowej jest zapisywany do pamięci lub wysyłany przez UART do komputera poprzez łącze RS 232C. Dodatkowo mikroprocesor wykorzystujemy do sterowania filtru SC, poprzez generowanie przebiegu prostokątnego o częstotliwości nastawianej programowo. Pamięć AT45DB321B: Dane są gromadzone w pamięci FLASH, jest to pamięć wyposażona w szeregowy interfejs SPI. Interfejs ten wymaga tylko 4 linii komunikacyjnych : SO - odczytu danych, SI - wysyłania danych, SCK - sygnału zegarowego, SS\ - linii uaktywniającej transmisję. W moduł transmisji SPI jest wyposażony procesor AT90S8535, oraz zastosowana

pamięć AT45DB321B. Zintegrowane moduły transmisji i szeregowy sposób przesyłania danych znacznie upraszczają budowę układu. Zapis do pamięci odbywa się poprzez zapisywanie do bufora, w czasie jego przepisywania do wolnej strony pamięci pomiary są zapisywane do drugiego bufora. Odczyt z pamięci polega na przesłaniu zawartości kolejnych komórek pamięci w sposób szeregowy. Separacaj galwaniaczna (transoptory SFH615A) Pomiar na żywym organizmie stawia dodatkowe wymagania co do bezpieczeństwa pacjenta, dokładności i pewności wyników pomiarów, wymagania te muszą być bezwzględnie spełnione. Chodzi tu głównie o zabezpieczenie pacjenta przed porażeniem prądem. Układ nie wymaga zasilania sieciowego (układy zasilane z baterii 9V stabilizowanym napięciem 5 V), nie występuje więc możliwość porażenia od strony zasilania. Mogliśmy zrezygnować z izolacji galwanicznej po stronie analogowej co upraszcza układ i eliminuje możliwość powstawania błędów wynikłych z nieliniowości przenoszenia transoptorów dla sygnałów ciągłych. Izolacje galwaniczną stosujemy po stronie cyfrowej, ponieważ układ jest połączony z komputerem. Transoptory izolują układ transmisji RS komputera od modułu UART procesora, zabezpieczając badanego przed porażeniem od strony przyłączonego do układu komputera. Nie występuje tu już błąd nieliniowości przenoszenia izolatorów galwanicznych, ze względu na zdyskretyzowane wartości sygnału. Wizualizacja przebiegu Program do akwizycji danych zapewnia odbiór danych z portu szeregowego i ich prezentacje w formie wykresu na monitorze. Program umożliwia: prostą obsługę poprzez graficzny interfejs, zapis na dysk danych pobranych z rejestratora przez łącze RS-232, przejrzyste wykreślanie na ekranie przebiegu elektrokardiogramu, z możliwością przewinięcia i powiększenia wycinków przebiegu, filtracje cyfrową, którą użytkownik może sam "dostrajać"

Finalne działanie i wygląd urządzenia: Za skonstruowanie i wykonanie tego urządzenia zdobywaliśmy kilka wyróżnień i nagród w sesjach studenckich Kół Naukowych Pionu Hutniczego Akademii Górniczo - Hutniczej. Zajęcie drugiego miejsca na sesji w maju 2003 było uwieńczeniem naszej pracy.

Projekt urządzenia stał się dobrym wsętpem do pracy dyplomowej, która uzyskała wyróżnienie. E-mail: Krzysztof Tomal: zbujt@tlen.pl Marcin Herod: herodmarcin@op.pl