ECG Light - USB кардіограф - Моя автоматика

Прошу взяти до уваги, що я не обіцяю, що у Вас одразу вдасться виготовити приставку, і що це така вже нікчемна справа. Саме навпаки - для самостійного виготовлення цього пристрою Ви повинні бути досвідченим радіоаматором, і чітко розуміти, як і чому працюють всі його вузли.

Основні відмінності цієї версії плати кардіографа від попередньої:

Перетворювач інтерфейсу USB-UART CP2102 замінений на надійніший (за драйверами), простий для монтажу (але дорожчий) FT232RL. Завдяки цьому досягнуто стабільної роботи пристрою під усіма версіями Windows (XP & 7 x86 & x64);
Перетворювач живлення зі стабілізацією вихідної напруги виконаний на ШІМ-контролері TL494, замість мультивібратора та лінійних стабілізаторів у вторинних ланцюгах. Завдяки цьому вдалося суттєво знизити рівень шуму та підвищити ефективність перетворювача;
Абсолютно нове розведення друкованої плати, набагато акуратніше з точки зору паразитних наведень та інтерференції. Крім того, вона просторіша і на порядок зручніша при монтажі;
Повністю оновлена прошивка та протокол обміну, частота дискретизації по кожному каналу підвищена до 3 кГц. Тому для роботи з даною версією пристрою (прошивка 6) потрібно використовувати версію програмного забезпечення не нижче ECG Control 1.2.

Принципову схему та все необхідне для виготовлення плати в домашніх умовах за ЛУТ (у форматі pdf) качайте за цим посиланням. В архіві знаходяться, крім схеми, готові до роздруківки (врахуйте, дзеркати вже нічого не потрібно, друкувати без масштабування, тобто 1:1!) верхня та нижня сторони плати, карта перехідних отворів (вид зверху та знизу), карта розташування елементів.

Тепер трохи пояснюсхемотехніку та на що слід звертати особливу увагу при складанні пристрою.

Електрокардіограф отримує живлення від комп'ютера по ЮСБ кабелю, і містить імпульсний високочастотний трансформаторний перетворювач живлення, що забезпечує гальванічну розв'язку по підсилювачів біопотенціалів (УБП) (і пацієнта, з ними безпосередньо пов'язаного) від ланцюгів комп'ютера, а також стабільні напруги для живлення мікроконтролера (+ ) та операційників УБП (двополярне +5В та -5В).

Всю "розумну" роботу виконує ШІМ контролер в особі чудової класичної та нестаріючої мікросхеми TL494, навантажений безпосередньо на первинну обмотку трансформатора, і працює в двотактному режимі. Зворотний зв'язок, що забезпечує стабільність напруги навантаження, здійснена через оптопару. Зверніть увагу, що ця мікросхема по датасіту повинна працювати при мінімальній напрузі живлення не нижче 7В, проте чудово працює починаючи від 3В. Звичайно, її джерело опорної напруги (5В) і все від нього залежить працюють не зовсім коректно, але в нашому включенні це не відіграє ніякої ролі. Що дуже важливо - ким мікросхема зроблена. Потрібно купувати тільки контролери від TI, оскільки в них немає ланцюгів захисту від зниженої напруги живлення. Якщо намагатися поставити контролер від Моторолли - нічого не вийде, тому що в їх варіанті контролер не працює при напругах менше 5В з копійками, завдяки наявності цього нам дуже шкідливого блокування.

Велику увагу приділіть виготовлення трансформатора. Купуйте тільки справжні осердя від Епкоса, повні назви комплектуючих трансформатора наведені на схемі. Трансформатор може виявитися слабким місцем у ланцюгах гальванічної розв'язки при неакуратному виготовленні, що може призвести до поразки.електричним струмом. Намотуйте спочатку первинну обмотку, рівномірно розподіляючи провід по каркасу. Усього необхідно намотати 40 витків дроту (20 + 20) з відведенням від середини. Провід беріть будь-якої товщини, аби було зручно. Потужність, що споживається пристроєм, і число витків в обмотках мізерні, так що мотайте хоч 0, 01 мм. Мені зручно мотати дротом близько 0,1 мм. Ретельно ізолюйте первинну обмотку трьома шарами ПВХ ізоленти, а поверх неї намотайте таким же дротом вторинну обмотку, в якій має бути 70 витків з відведенням від середини. Для захисту від механічних пошкоджень закрийте обмотку парою шарів ізолятори та зберіть разом деталі трансформатора. Сердечник повинен вільно входити до каркасу, зусилля при складанні говорять про неакуратно виконану роботу, і можуть призвести до поломки сердечника.

p align="justify"> До цифрової частини відноситься перетворювач інтерфейсу ЮСБ-ЮАРТ, пов'язаний з мікроконтролером через оптопари, що забезпечують гальванічну розв'язку шини даних. Спілкується перетворювач із мікроконтрлером на швидкості 0,5 Мбод, що й зумовило застосування оптопару 6N137.

Елементи R46, R47 і VD10 можна не встановлювати, вони можуть знадобитися лише контролю обміну перетворювача з комп'ютером (що зазвичай інтересу не представляє). До речі, всі пасивні SMD компоненти кардіографа в корпусах розміру 0805 досить зручного для монтажу вручну.

Роз'єм для внутрішньосхемного програмування мікроконтролера X2 відповідає кабелю фірмового програматора Atmel STK-500. Під час монтажу мікроконтролера переконайтеся, що всі доріжки під ним цілі, і ви збираєтеся припаювати його "правильною" стороною. У разі помилки без фена його відпаятиме досить важко, а феном легко перегріти, що нерідко призводить до часткової непрацездатності (вмираютьпіни), та й плату можна зіпсувати.

Підсилювачі біопотенціалів забезпечують формування і посилення (приблизно в 500 разів) сигналів другого і третього відведень, заодно з відніманням перешкод шляхом подачі на інвертуючі входи підсилювачів електродів правої і лівої руки сигналу з підсилювача електрода лівої ноги, також подаємо віртуальну землю, що підключається до правої ноги пацієнта. Конструкція абсолютно класична та лаконічна, і зустрічається нерідко.

Всі інші відведення обчислюються за даними другого та третього відведень. На всіх входах встановлені захисні ланцюги, які забезпечують безпеку УБП за всіх мислимих і немислимих із нею маніпуляціях.

Важливим є точне дотримання всіх номіналів елементів в УБП, оскільки програма ECG Control відкалібрована на коректну роботу саме за вказаних на схемі номіналів.

Електроди пацієнта підключайте лише за допомогою екранованих кабелів – це допомагає значно знизити рівень наведень від освітлювальної мережі. Центральну жилу з'єднуйте з електродом і центральним контактом штеккера, обплетення з боку штеккера з'єднайте з другим контактом (загальний), а з боку електрода обріжте так, щоб вона не торкалася центральної жили і заізолюйте. Бажано використовувати хлор-срібні електроди із затискачами у вигляді прищіпок, проте, якщо Ви відчуваєте труднощі з їх придбанням, цілком можна нарізати електроди зі шматочків жерсті-нержавійки площею близько 4 кв.см. І в будь-якому випадку зволоження місця накладання електрода на тіло (найкраще злегка підсоленою водою) сприятливо позначається на якості запису, що отримується.

При складанні пристрою врахуйте, що в ньому немає жодної зайвої деталі або перехідного отвору, і якщо Вам не зовсім зрозуміло їхпризначення – краще зробіть так, як намальовано на схемі. Пам'ятайте, що підсилювачі біопотенціалів дуже чуйно реагують практично на все, що зазвичай виражається в мірі зашумленості кардіограми.

Після того, як Ви повністю зберете пристрій, необхідно запрограмувати мікроконтролер. Для цього Вам знадобиться прошивка (шукаємо за цим посиланням), і програматор, який працює з Atmel AVR Studio (вона абсолютно безкоштовна і знаходиться на сайті Атмела). Перед прошивкою встановіть установки так, як показано на наступних скріншотах.

Бажаю Вам успіху у збиранні вашого власного домашнього електрокардіографа!