Функциональная схема и общий принцип работы
Nbsp;
ФГБОУ ВПО
Национальный исследовательский университет
МЭИ»
Кафедра Электротехники и Интроскопии
Институт автоматики и вычислительной техники
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По учебной дисциплине
«Электрические цепи и СПК»
Тема:
«Устройство для определения частоты сердцебиения»
Выполнил:
Студент гр. А–15–15
Ягудин К.Р.
Принял:
Поляхов М.Ю.
Москва
Г.
Постановка задачи
Разработать схему устройства для определения частоты сердцебиения человека.
Введение
В рамках данного курсового проекта была поставлена следующая задача: разработать схему устройства для определения частоты сердцебиения. Требовалось подобрать необходимый датчик под данную задачу и придумать схему обработки его сигнала, создать перечень компонентов и пояснительную записку с описанием алгоритма работы устройства, обоснованием выбора компонентов, произвести их расчет и рассмотреть основные источники погрешностей. Пульс считается одним из важнейших критериев работы сердца человека. Именно по его частоте можно определить сердечный ритм, реакцию сердца на стрессы, физические нагрузки и другие события. Изначально пульсометры использовали только спортсмены для оценки эффективности проводимых тренировок. Сегодня прибор используется во многих областях в том числе и спортивной медицине, также не лишним данное устройство будет для пациентов, имеющих кардиопатологию, находящихся на этапе реабилитации.
|
|
|
Для мониторинга сердцебиения используются различные датчики: пьезоэлектрические, оптические и многие другие. Одним из самых распространенных и недорогих способов является оптический метод, который при должном подходе может давать достаточно точный результат. В самом простом варианте можно использовать светодиод и фотодиод, с последнего просто снимается сигнал. Однако есть существенный недостаток у данного типа датчиков: склонность к сбоям при загрязнениях. Поскольку это может стать определяющим фактором, было решено использовать пьезоэлектрический датчик, который преобразует механические усилия в электрический сигнал; его действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта. Основные достоинства этих датчиков — высокие динамические характеристики, малые габариты, возможность измерения быстропеременных нагрузок, надежность, простота конструкции и способность воспринимать колебания с частотой от десятков Гц до десятков МГц. Единственный недостаток пьезоэлектрических датчиков – разные характеристики у различных материалов: у кварца малая пьезоэлектрическая постоянная, у других температурная зависимость.
|
|
|
В настоящее время существует очень много различных устройств для определения пульса. Они классифицируются по многим признакам, например, существуют пульсометры для велосипедистов, для контроля веса, для занятий фитнесом, для бега, для пловцов и так далее. Также подобные устройства бывают проводные и беспроводные. В проводных связь между гаджетом и датчиком осуществляется при помощи проводов. Это старая технология, которая сегодня практически не используется. В беспроводных же – сигнал передаётся по специальному радиоканалу, который может быть как аналоговым, так и цифровым.
На рынке представлено множество моделей пульсометров, рассмотрим лишь самые популярные. Пульсометр Polar H7 - Это комбинированный датчик частоты сердечных сокращений, который применяется во время тренировок. Он связывается со смартфоном по протоколу Bluetooth 4.0. Используя различные приложения в вашем смартфоне (iOS и Android), вы можете следить за вашим сердцебиением. MioFuse - предназначен для спорта и здорового образа жизни. Он отслеживает ежедневную физическую активность и пульс. Его можно использовать при езде на велосипеде.
|
|
|
Функциональная схема и общий принцип работы
На рис.1 представлена функциональная схема устройства
 |
Рис.1. Функциональная схема устройства
За основу был взят пьезоэлектрический датчик давления HK1205. Действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в том, что при сжатии или растяжении некоторых кристаллов на их гранях появляется электрический заряд, величина которого пропорциональна действующей силе. В качестве пьезоэлектрических материалов обычно используют кварц и турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (BaTiO3), титаната свинца (PbTiO3) и цирконата свинца (PbZrO3).
Общий принцип работы устройства заключается в подсчёте количества тактовых импульсов за период между двумя соседними сердцебиениями, пересчёте его в количество импульсов за 1 минуту и выводе на семисегментные индикаторы.
Функциональная схема устройства состоит из следующих элементов:
|
|
|
1. Ген. – кварцевый генератор тактовых импульсов 100 кГц на основе логических элементов 2И-НЕ;
2. Дел. /10 – делитель частоты на 10;
3. Кл. – ключ на основе логического элемента 2И-НЕ;
4. Дел. /167 – делитель частоты на 167 на основе микросхемы 14-ти разрядного счётчика и схемы сброса на основе логического элемента 9И;
5. Сч. – з-х каскадный двоично-десятичный счётчик на основе микросхем;
6. Р. – 3-х декадный двоичный регистр. Входит в состав микросхем дешифратора;
7. Дш. – 3-х декадный дешифратор двоичного кода в семисегментный;
8. Дисп. – з-х разрядный семисегментный дисплей на основе семисегментных индикаторов;
9. Дч. – блок датчика сердцебиения на основе пьезодатчика ускорения и вибрации и компаратора;
10. УУ – управляющее устройство на основе микросхем D-триггеров и десятичного счётчика с дешифратором;
11. Бт. – батарея «Крона» 9В
12. Ст. – стабилизатор напряжения +5В;
Принцип работы устройства
Пьезоэлектрический датчик давления, подключенный к ОУ по схеме компаратора, фиксирует сердечные импульсы. На выходе ОУ в такт им вырабатываются короткие импульсы с амплитудой 9В. Эти импульсы, поступая на устройство управления, преобразуются в импульс цикла счёта длительностью в период между двумя сердцебиениями. Этот импульс, поступая на управляющий вход ключа, управляет прохождением тактовых импульсов частотой 10 кГц через электронный ключ. Тактовые импульсы частотой 10 кГц формируются после прохождения импульсов частотой 100 кГц с выхода кварцевого генератора через каскад делителя частоты на 10. С выхода электронного ключа тактовые импульсы 10 кГц поступают на вход делителя частоты на 167, тем самым происходит нормирование количества импульсов за период времени, равное 1 минуте. С выхода делителя импульсы поступают на вход 3-х декадного двоично-десятичного счётчика, где подсчитываются и результат счёта подаётся на регистр в составе з-х декадного дешифратора двоичного кода в семисегментный. В определённый момент, после завершения цикла счёта, по управляющему сигналу «Запись» с устройства управления результат счёта «защёлкивается» в регистре и выводится на семисегментные индикаторы дисплея. Микросхемы устройства питаются непосредственно от батареи «Крона», а на пьезоэлектрический датчик подаётся 5В с выхода стабилизатора напряжения.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 205; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!