В наше время появляется масса случаев в необходимости применения беспроводной передачи биосигналов. В этом направлении разрабатываются различные приборы для дистанционной диагностики таких параметров как: артериального пульса и давления, функций дыхания и работу сердца, температурных аномалий внутри биологического объекта. В связи с этим целесообразно углубленное изучение этой проблемы.
В данном дипломном проекте на базе электрического кардиографа РПС-1 будет разработано методическое и аппаратное обеспечение для снятия различных биосигналов на расстоянии, что позволит изучить принципы дистанционной диагностики.
Электрический кардиографа РПС-1 предназначен для радиоприема, усиления и преобразования сигналов от радиопередатчика РПД-1.
Недостатки: отсутствие интерфейса не позволяет подключить прибор к компьютеру, т. е. не возможно хранение, запоминание и быстрая обработка поступающей информации, малый радиус действия.
2 Анализ технического задания, описание структурной схемы устройства
2.1 Анализ технического задания
1. Для выполнения дипломного проекта, в качестве задания был дан прибор электрический кардиограф РПС-1 с характеристиками:
- полоса пропускания приемника от 5 до 7 кГц;
- полоса пропускания фильтра дешифратора 600 Гц;
- скорость развертки осциллоскопа 12,5; 25; 50 мм/с;
- питание 200 В, 50 Гц.
2. Информация, поступающая с электрического кардиографа, должна передаваться в цифровом виде через устройство сопряжения на ЭВМ.
- многофункциональность;
- иметь до 25 каналов для входных данных;
- подключение к компьютеру через параллельный порт;
- малогабаритность;
- легкая съемка и установка;
- полная изоляция по питанию
3. Обработка и вывод информации на ЭВМ.
4. Для измерения параметров прибора, а так передаваемого сигнала необходимо разработать схему проведения лабораторной работы. Выбрать приборы для измерения:
- низкочастотный генератор для симуляции низкочастотного сигнала;
- источник питания для передатчика;
- осциллограф для наблюдением за сигналом проходящим через электрический кардиограф.
2.2 Описание структурной схемы устройства
Дистанционный комплекс контроля состояния состоит из передатчика и радиоприемника.
Передатчик имеет два электрода: сигнальный и пассивный. Сигнальный электрод крепится в активной зоне, а пассивный электрод является общим. Электроды снимают сигнал, который передается по радиоканалу при помощи антенны на электрический кардиограф с частотой 27,12 МГц.
Электрический кардиограф состоит из приемника, дешифратора, детектора, усилителя, усилителя вертикального отклонения, электронно-лучевой трубки, задающего генератора горизонтальной развертки, источника питания, высоковольтного блока питания, блока сопряжения с компьютером, компьютер, индикатор. Блок – схема радиоприемника представлена на рисунке.2.1.
Рисунок 2.1 - Структурная схема дистанционного комплекса контроля функционального состояния
1 – приемник; 2 – дешифратора; 3 – детектора; 4 – усилителя; 5 – усилителя вертикального отклонения; 6 – электронно-лучевой трубки; 7 – задающего генератора горизонтальной развертки; 8 – источника питания; 9 – высоковольтного блока питания; 10 – индикатор; 11 – устройство сопряжения; 12 – компьютер.
Структурная схема приемника представлена на рисунке 2.2. Усилитель высокой частоты, который предназначен для усиления радиосигнала, принимаемого штыревой антенной. Преобразователи частоты ПЧ-1 и ПЧ-2 предназначены для преобразования высокочастотного сигнала в первую и во вторую промежуточную частоту. Усилитель первой и второй промежуточной частоты УПЧ-1 и УПЧ- 2 предназначены для усиления сигнала первой и второй промежуточной частоты, и получения необходимой частоты пропускания приемника. На печатной плате УПЧ-2 выполнена схема автоматической регулировки усиления, которая обеспечивает автоматическое изменение усиления усилителя высокой частоты УВЧ в зависимости от величины входного сигнала. ЧД - детектор предназначен для преобразования высокочастотного сигнала, модулированного по частоте, в импульсную последовательность.
Приемник выполнен по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты для повышения чувствительности и избирательности, а так же для помехозащищенности системы.
Дешифратор 2 предназначен для выделения из последовательности импульсов, модулированных по частоте, первой гармонической составляющей и ее последующего преобразования. Структурная схема дешифратора показана на рисунке 2.3.
Усилитель предназначен для усиления сигнала поступившего с приемника. Усилитель-ограничитель предназначен для усиления импульсом, ограниченных по амплитуде на уровне 30 мВ. Это позволяет значительно улучшить помехозащищенность системы. Полосовой фильтр выделяет из импульсной последовательности, модулированную по частоте, первую гармоническую составляющую. Эмиттерный повторитель служит для согласования выходного сопротивления фильтра и входного сопротивления формирователя импульсов, предназначенного для формирования импульсов прямоугольной формы из синусоидального сигнала.
Рисунок 2.3 - Структурная схема дешифратора
1 – усилитель; 2 – усилитель-ограничитель; 3 – эмиттерный повторитель;
4 – полосовой фильтр; 5 - эмиттерный повторитель; 6 – формирователь.
Детектор 3 предназначен для выделения низкочастотного сигнала и подавления побочных продуктов преобразования. Структурная схема детектора представлена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 - Структурная схема детектора
1 – ждущий мультивибратор; 2 – частотно-импульсный детектор; 3 – фильтр низких частот.
Ждущий мультивибратор 1 обеспечивает на выходе импульсную последовательность постоянной амплитудой, строго постоянной длительностью и скважностью q=10. Все эти факторы обеспечивают четкую работу частотно-импульсный детектора 2, который преобразует импульсную последовательность в низкочастотный сигнал. Фильтр низких частот 3 подавляет частоты побочных продуктов преобразования после детектирования и тактовую частоту 3500 Гц.
Усилитель 4 служит для усиления низкочастотного сигнала и подавления помехи с промышленной частотой 50 Гц.
Усилитель вертикального отклонения 5 и генератор горизонтальной развертки 7 обеспечивают соответственно вертикальную и горизонтальную развертку луча на экране ЭЛТ 6.
Источник питания 8 обеспечивает стабилизированным питанием все узлы и блоки радиоприемника, высоковольтный блок питания 9 обеспечивает питание электронно-лучевой трубки 6.
Индикатор 10 обеспечивает подстройку поднесущей частоты.
Блок сопряжения 11 служит для сопряжения радиоприемника с компьютером 12, который обеспечивает быстрое отображение и обработку информации поступающей от электрического кардиограф.
3. Разработка устройства сопряжения
Устройство сопряжения предназначено для подключения различных электрических устройств к компьютеру. В нашем случае необходимо подключить к компьютеру электрический кардиограф. В соответствии с заданием на ДП устройство сопряжения должно соответствовать следующим требованиям:
- полная изоляция по питанию.
Двадцать пять входных каналов необходимо для передачи данных в компьютер от различных устройств, датчиков и так далее, которые в перспективе могут быть подключены к ЭВМ при выполнении других работ по разным дисциплинам. Главным условием при проектировании устройства сопряжения - это его совместимость с другой аппаратурой и многофункциональность.
3.1 Разработка электрической принципиальной схемы устройства сопряжения
На плату сопряжения через разъем (Х1) может подаваться до 25 сигналов. Выборка адреса подаваемого сигнала осуществляется аналоговыми коммутаторами, собранными на микросхемах К561КП1. Функциональная схема микросхемы состоит из общей схемы управления (дешифратор 2х4) и двух синхронно работающих групп ключей, по четыре ключа на каждый.
Управление микросхемой осуществляется по двум адресным входам 9,10 и входу выбора микросхемы 6. При подаче на вход 6 высокого уровня каналы закрываются. При наличии низкого уровня на входе 6 любой из 4 возможных комбинаций значений на входах 9,10 соответствует один открытый канал в каждом мультиплексоре одновременно. Вход 6 имеет наибольший приоритет из всех видов управления.
В мультиплексоре использована модифицированная схема ключа, благодаря которому сопротивление открытого канала имеет малую зависимость от изменения входного сигнала в диапазоне коммутируемых напряжений, лежащих в диапазоне между значениями напряжения питания на входах 7 и 16. Поскольку сопротивление открытого канала мультиплексора зависит от его напряжения питания (минимально ), то выберем для питания мультиплексора напряжение 12В, которое можно взять от приемника дистанционного комплекса контроля функционального состояния и при котором обеспечивается достаточно малое сопротивление открытого канала.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
