РАЗРАБОТКА ПУЛЬСОКСИМЕТРА НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ НА КРИСТАЛЛЕ (PSoC 5)

РАЗРАБОТКА ПУЛЬСОКСИМЕТРА НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМОЙ
СИСТЕМЫ НА КРИСТАЛЛЕ (PSoC 5)
О.В.Урлапов (научный руководитель), А.М. Шорин
УФЭИРЭ им. В.А.Котельникова РАН,
432071, г. Ульяновск, ул. Гончаров, 48/2
E-mail: anshant@yandex.ru
Реализация пульсоксиметра на PSoC заменяет отдельный модуль пульсоксиметра, уменьшая количество
компонентов при реализации проектов за счет использования системы на кристалле..
ВЛОК
(внутривенное лазерное облучение крови) - известная и хорошо
отработанная медицинская процедура, широко используется в современной медицине.
Основной целью нашей работы является разработка установки лазерной терапии для
внутривенного облучения крови с использованием голубого и зеленого лазерных
излучателей.Излучения данной длины волны представляют больший интерес для
медицинских исследований, чем хорошо зарекомендовавший излучатель красного
цвета. Принцип работы прибор заключается в измерении пульса пациента с помощью
пульсоксиметра с последующим преобразованием тока измерительного фотодиода в
напряжение и периодическим излучением голубого или зеленого цвета синхронно
пульсу пациента. Современный измерительный прибор не мыслим без применения
микроконтроллеров. Серьезный вопрос - измерительные узлы аналоговой
схемотехники, а также снижения влияния внешних дестабилизирующих факторов на
результат измерения. Целесообразнее использовать микроконтроллеры с встроенной
аналоговой периферией (ОУ, компараторы). Можно использовать DSP - но они
достаточны дороги, кроме того их функционал является слишком избыточным. В
нашей работе используются программируемые системы на кристалле PSOC, в состав
которых входит широкий набор аналоговой и цифровой периферии. Легкость
программирования, большое количество информации и бесплатная среда отладки: все
эти качества делают программируемые системы на кристалле удобным и мощным
комплексом программно аппаратных средств для широкого круга применений.Основу
прибора составляет микроконтроллер PSOC5, диалог с пользователем организован на
основе многострочного меню с поддержкой английского и русских
языков.
Информация отражается на дисплее с управлением от 4-х кнопочной клавиатуры.
Программа написана на языке Си, в качестве среды программирования
испольуется GCC. Алгоритм программы разделен на несколько подпрограмм. Вначале
нам необходимо произвести настройки прибора- установить продолжительно
процедуры, выбрать тип лазера и прочее.
Рис.1. Графическая схема блока пульсоксиметра
Далее необходимо использовать максимально использовать мощность лазера для это
мы должны установить излучатель установить в измерительную голову с
установленным фотодиодом. Затем запустить процедуру измерения путем выбора в
меню настройки - "Измерения мощности" лазер начнет медленно разгораться пока не
достигнет значения константы выбранной и записанной в память прибора заранее. Этот
блок состоит из блока 12 битного АЦП и трансимпедансного ОУ (рис.1).
Устанавливаем излучатель с иглой на теле пациента, и запускаем процедуру.
Длительность процедуры зависит от настроек. По окончанию процедуры прозвучит
звуковой сигнал свидетельствующий об её завершении.Принцип работы следующий сигнал с трансимпедансного усилителя поступает на ОУ предварительного усиления затем сигнал оцифровывается с помощью 8 битного АЦП, далее используя DMA в
виде отсчетов поступает на полосовой фильтр с частотой среза 8 Гц ( частота пульса
человека лежит в пределах 1-2 Гц) На рисунке два представлено окно настройки
полосового фильтра .
Рис.2 Окно настройки фильтра
Как известно, пульсоксиметерсодержит в своем составе два светодиода красного и
инфракрасного излучения отделяя тот или иной сигнал, измеряют показатель
насыщенности крови кислородом или пульс. В нашем приборе измерение насыщения
крови кислородом осуществляться не будет.Нам необходимы лишь показания пульса
пациента. Получившийся сигнал синхронизируется с ШИМ, выходы которого
подключены к лазерам соответствующей длины волны.
Алгоритм программы реализован на основе теории конечных автоматов, это позволяет
легко модифицировать программное обеспечение. Многоуровневое меню позволяет
организовать полный доступ к управляющим функциям прибора, реализованного на
основе многомерного массива каждый элемент которого является пунктом
меню.Использования системы на кристалле существенно расширяет возможности
разработчика, имеется возможность использовать периферию ранее недоступную на
микроконтроллерах других производителей, важным свойствами является - удобство
проектирования и скорость разработки, возможность переконфигурирования.
Список литературы
1. Немудров В., Мартин Г. Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие. М.:
Техносфера. 2004. — С. 216.
2. Бухтеев А. Методы и средства проектирования систем на кристалле // Chip News.
2003. № 3. — С. 4–14.
3. Шейкин М. Две микросхемы — хорошо, а одна лучше. Программируемые цифровые
микросхемы с аналоговым интерфейсом // Элементная база электроники. — 2012. —
№ 1 — С. 34–43.
4. Бухтеев А., Немудров В. Системы на кристалле. Новые тенденции // Электроника.
НТБ. 2004. № 3. — С. 52–56.
5. Ahmad Athif bin Mohd Faudzi Programmable system on chip distributed communication
and control approach for human adaptive mechanical system // Journal of Computer
Science. — 2010. — August
6. PSoC® 5LP: CY8C58LP Family Datasheet [Электронный ресурс] // Cypress
Semiconductor [Офиц. сайт]. Режим доступа:http://www.cypress.com/?rID=72824,
свободный (дата обращения: 24.02.2015).