Структурна схема пульсометра

На рисунку 2.1 представлена структурна схема приладу для вимірювання частоти серцевих скорочень – пульсометра.

Рисунок 2.1 – Структурна схема пульсометра

У запропонованому однокристальному мікропроцесорному вимірювачі пульсу (пульсометрі) використаний метод поглинання модульованого світла. Датчик пульсометра складається з інфра-червоного світлодіода та фотодіода і може розміщуватися на різних частинах людського тіла: на пальці, кисті або на вусі. У такому випадку, залежно від розміщення датчика, світло проходить різний шлях. Коли датчики розміщуються на протилежних сторонах пальця або вуха, то до фотодіода доходить достатньо сильний сигнал і може бути легко підсилений та оброблений. А коли датчики розміщені на одній стороні пальця або вуха, то фотодіод отримує розсіяний сигнал, який є слабким та містить шуми. На нього ще накладаються такі різні зовнішні джерела світла, як сонячне світло та світло від різних типів ламп. Тому необхідна ретельна обробка отриманого сигналу для одержання правильного виміру пульсометром. Розроблений пульсометр підтримує всі вище описані розміщення датчиків, використовуючи апаратні та програмні методи обробки сигналів. [11]

Для зменшення рівня завад пристрій використовує технологію модуляції. На інфрачервоний світлодіод ІСД подається сигнал генератора модульованого сигналу ГМС. Модульований світловий промінь просікає людську тканину та потрапляє на фотодіод ФД. Сигнал ФД підсилюється і фільтрується смуговим фільтром СФ. Генератор напруги зміщення ГНЗ вилучає низькочастотні шуми з сигналу ФД та піднімає рівень сигналу. Вихідний сигнал СФ випрямляється синхронним амплітудним демодулятором САД. Випрямлений сигнал дискретизується інтегруючим АЦП (ІАЦП). АЦП такого типу виконує низькочастотну фільтрацію апаратно, що дозволяє подати на вхід АЦП безпосередньо випрямлений сигнал. Для уникнення впливу модуляції на результат, час інтегрування АЦП необхідно встановити таким, який дорівнює цілому числу модульованих імпульсів. [11]

Наступна обробка потоку даних АЦП реалізується програмно. Фільтр низьких частот ФНЧ додатково вилучає шуми з вихідного сигналу. Для збільшення динамічного діапазону вхідних сигналів реалізована система автоматичного контролю підсилення САКП, яка за даними ФНЧ змінює коефіцієнт підсилення СФ. Фільтр високих частот ФВЧ вилучає постійну складову з сигналу ФНЧ та розділяє сигнали імпульсів. Ці імпульси виявляються детектором імпульсів ДІ з автоматичним вирівнюванням порогового рівня для зменшення завад. Програмне забезпечення обраховує частоту пульсу в ударах за хвилину, оцінює мінімальне та максимальне значення під час тривалого вимірювання та надає різну візуальну інформацію: рівень сигналу ФД, стан помилки, режим роботи, рівень підсилення тощо. З метою відлагодження зовнішнього накопичення та обробки, дані АЦП можуть бути завантажені до ПК через послідовний інтерфейс. [11]

Система побудована із використанням реконфігурованого процесора PSoC CY8C27443 (або CY8C24443), який характеризується наявністю реконфігурованих аналогових та цифрових модулів, функції яких можуть бути змінені під час роботи. Ця властивість використана у цій системі та дає змогу спростити апаратну частину системи, зменшити енергоспоживання та вартість системи в цілому. Тому зупинимося власне на програмній реалізації, оскільки апаратна частина – просте конфігурування процесора на вказані вище модулі та зв’язки між ними.[11]

Для вимірювання пульсу необхідно вставити палець між світлодіодом та фотодіодом або розігнути діоди та вставити між ними руку. Для завантаження зібраних даних система може виконати обмін даними з PC через послідовний інтерфейс. В таблиці наведено основні технічні характеристики пристрою.[11]