Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim
Mục lục Lời mở đầu ……………………………………………………………………………… Phần 1: Lý thuyết Chương 1: Tìm hiểu về nhịp tim và phương pháp đo nhịp tim bằng hấp thụ quang học 1.1 Giới thiệu chương …………………………………………………………………… 1.2 Tìm hiểu về nhịp tim………………………………………………………………… 1.3 Phương pháp đo nhịp tim bằng hấp thụ quang học……………………………………. 1.4 Kết luận chương……………………………………………………………………… Chương 2: Sơ đồ khối 2.1 Giới thiệu chương……………………………………………………………………… 2.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối…………………………………………………… 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quan………………………………………………………………… 2.2.2 Chức năng các khối………………………………………………………………… 2.3 Chọn linh kiện sử dụng cho các khối………………………………………………… 2.4 Kết luận chương……………………………………………………………………… Phần 2: Thiết kế, tính toán và thi công mạch Chương 3: Thiết kế và tính toán sơ đồ mạch 3.1 Giới thiệu chương……………………………………………………………………… 3.2 Thiết kế, tính toán khối nguồn…………………………………………………………. 3.3 Thiết kế, tính toán khối cảm biến………………………………………………………. 3.4 Thiết kế, tính toán khối lọc và khuếch đại…………………………………………… 3.5 Thiết kế, tính toán khối xử lý trung tâm và khổi hiển thị……………………………… 3.6 Kết luận chương……………………………………………………………………… Chương 4: Lưu đồ thuật toán và lập trình 4.1 Giới thiệu chương……………………………………………………………………… 4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình chính………………………………………………… 4.3 Lưu đồ thuật toán đo nhịp tim………………………………………………………… 4.4 Lưu đồ thuật toán hiển thị LCD……………………………………………………… 4.5 Code lập trình………………………………………………………………………… 4.5 Kết luận chương……………………………………………………………………… Chương 5: Thi công mạch 5.1 Giới thiệu chương……………………………………………………………………… 5.1 Layout …………………………………………………………………………… 5.2 Lắp ráp và kiểm tra mạch………………………………………………………………. 5.3 Kết luận chương……………………………………………………………………… Kết luận và hướng phát triển đề tài Tài liệu tham khảo Phần phụ lục Mở đầu - Nội dung đồ án: Tìm hiểu, thiết kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim - Đồ án gồm có 4 chương: + Chương 1: Tìm hiểu về nhịp tim và các phương pháp đo nhịp tim + Chương 2: Sơ đồ khối + Chương 3: Thiết kế và tính toán sơ đồ mạch + Chương 4: Lưu đồ thuật toán và lập trình + Chương 5: Thi công mạch - Phương pháp nghiên cứu, thực hiện đồ án: tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp để kiểm chứng tính đúng đắn của phần thiết kế và các lưu đồ thuật toán đã xây dựng. - Kết quả đạt được của đồ án: Thiết kế thi công thành công mạch điện đo nhịp tim và hiển thị lên LCD Phần 1: Lý thuyết Chương 1: Tìm hiểu về nhịp tim và phương pháp đo nhịp tim bằng hấp thụ quang học 1.1 Giới thiệu chương: Chương này sẽ tìm hiểu về nhịp tim và đo nhịp bằng phương pháp hấp thụ quang học. 1.2 Tìm hiểu về nhịp tim: - Khái niệm: Nhịp tim là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được tính và nhịp/phút. Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxi và bài tiết CO2 của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ. - Bảng thông số đánh giá nhịp tim ở trạng thái nghỉ ngơi: Bảng 1.1 [1]: Thông số đánh giá nhịp tim người ở trạng thái nghỉ ngơi 1.3 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học: 1.3.1 Cơ sở lý thuyết: - Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch. Vì vậy, ta có thể đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó. Hình 1.1: Dạng tín hiệu nhịp tim - Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim. - Khi tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn. Hình 1.2: Sự hấp thụ ánh sáng của động mạch khi truyền qua ngón tay. - Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm 2 thành phần AC và DC: + Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương và tĩnh mạch. + Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay đổi truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số nhịp tim. => Nếu ta lọc bỏ thành phần DC sẽ thu được tín hiệu AC đồng bộ với tín hiệu nhịp tim. 1.3.2 Vị trí đặt cảm biến: * Yêu cầu: - Phải đặt nguồn phát và nguồn thu để thu được kết quả tốt nhất. - Vị trí dễ dàng đặt cảm biến, khoảng cách thu phát không quá gần cũng không quá xa. => Chọn ngón tay là nơi đặt cảm biến. Hình 1.3: Vị trí đặt cảm biến 1.4 Kết luận chương: - Từ việc tìm hiểu về nhịp tim và phương pháp đo nhịp tim bằng hấp thụ quang học, ta có thể thiết kế cảm biến ánh sáng để phục vụ cho việc đo nhịp tim. CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI 2.1 Giới thiệu chương Ở chương trước chúng ta đã được tìm hiểu về nhịp tim con người và phương pháp đo nhịp tim bằng phương pháp quang học. Chương này chúng ta sẽ đi xây dựng sơ đồ khối và chức năng tổng quan của từng khối. 2.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quan: Khối hiển thị Khối xử lý trung tâm Khối lọc và khuếch đại Khối cảm biến nhịp tim Khối nguồn 2.2.2 Chức năng các khối: - Khối cảm biến nhịp tim: cảm biến nhịp đập của tim và khuếch đại tín hiệu. - Khối lọc và khuếch đại: Lọc tín hiệu DC và khuếch đại tín hiệu để đưa vào vi điều khiển xử lý - Khối xử lý trung tâm: dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra,điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và chuyển đôi ADC. - Khối hiển thị: hiển thị kết quả. - Khối nguồn : cung cấp nguồn cho các khối khác. 2.3 Chọn linh kiện sử dụng cho các khối: 2.3.1 Chọn vi điều khiển cho khối xử lý trung tâm: *Chọn vi xử lý PIC16F877A: - Là loại vi xử lý khá phổ biến dễ tìm mua ở thị trường Đà Nẵng - Đã được học về lý thuyết và thực hành ở trường - Giá thành phù hợp. Hình 2.1: Pic 16F877A *Giới thiệu tổng quan về vi xử lý PIC16F877A: PIC 16F877A là một dòng PIC phổ biến (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau: - 8 K Flash ROM. - 368 Bytes RAM. - 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2). - Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài. - 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM). - 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. - 2 bộ so sánh tương tự (Compartor). - 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer). - Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. - Một cổng nối tiếp. - 15 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo bằng công nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits. - Tần số hoạt động tối đa 20MHz. 2.3.2 Chọn LCD hiển thị kế quả: *Chọn LCD loại 16x2 Đặc điểm: - Là loại LCD dễ kiếm. - Dễ sử dụng. - Phù hợp với yêu cầu hiển thị của đồ án. - Giá thành phù hợp. *Giới thiệu tổng quan về LCD 16x2: - Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V - Điện áp vào mức cao VIH 2.2V đến Vcc - Điện áp vào mức thấp VIL -0.3V đến 0.6V - Điện áp ra mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V (khi IOH = -0.205mA) - Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA) - Dòng điện ngõ vào ILI -1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc) - Dòng điện cấp nguồn ICC 350uA(typ.) đến 600uA - Tần số dao động nội fOSC 190kHz đến 350kHz (điển hình là 270kHz) Hình 2.2: LCD 16x2 Chức năng các chân: Chân Ký hiệu Mô tả 1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển [...]... được tính khả thi cũng như cái nhìn trực quan nhất về những việc mình cần làm tiếp theo Phần 2: Thi t kế, tính toán và thi công mạch Chương 3: Thi t kế và tính toán sơ đồ mạch 3.1 Giới thi u chương: - Quá trình xây dựng bước đầu và nền tảng lý thuyết đã cho ta thấy được tính khả thi của đồ án - Việc thi t kế và tính toán mạch tốt sẽ tạo thuận lợi cho việc thi công mạch sau này 3.2 Thi t kế, tính toán. .. đại và lọc tín hiệu và 1 bộ đệm để ỏn định tín hiệu và nâng dòng + Nhịp tim con người ở trạng thái bình thường từ 60 – 160 nhịp tuy nhiên với các vận động viên thì nhịp tim từ 40- 60 nhịp, đối với những người có bệnh về tim mạch thì nhịp tim dao động từ 40- 160 nhịp Do vậy ta thi t kế bộ lọc có thể đo được tần số 40/60 < f tim < 160/60 0,7 < ftim < 2,67 hz + (R4, C1) tạo thành bộ lọc thong thấp... thuật toán, ta có thể sử dụng ngôn ngữ lập trình C để viết chương trình cho vi điều khiển Có thể sử dụng một số phần mềm biên dịch phổ biến khi lập trình cho Pic như CCS, Hi-TechC… Chương 5: Thi công mạch 5.1 Giới thi u chương: Sau khi thực hiện việc tính toán thi t kế và viết chương trình sẽ tiến hành thi công mạch thực tế Sử dụng phần mềm Orcad Capture và Orcad layout để vẽ mạch nguyên lý và mạch. .. 101 * 101 = 10100 lần Tín hiệu vào sẽ khoảng vài mV được khuếch đại lên cỡ vài volt để đưa vào vi điều khiển để xử lý - Chọn R10 = 1k Ω để phân cực cho Led D1 3.5 Thi t kế, tính toán khối xử lý trung tâm và khổi hiển thị 3.5.1 Sơ đồ mạch: Hình 3.3: Sơ đồ mạch khối xử lý trung tâm và hiển thị 3.5.2 Tính toán: - Chọn thạch anh 4MHz với 2 tụ C1, C2 có giá trị 33p để tạo mạch dao động cho Pic16f877a -... được để đưa vào tầng lọc và khuếch đại phụ thuộc vào giá trị của R3 Chọn R3 khoảng vài chục k Ω => Chọn R3 = 33k Ω 3.5 Thi t kế, tính toán tầng lọc và khuếch đại: 3.4.1 Sơ đồ mạch: Hình 3.2: Sơ đồ mạch khối lọc và khuếch đại 3.4.2 Tính chọn linh kiện: - Để khuếch đại lên nhiều lần ta sử dụng các bộ khuếch đại ta mắc các opamp nối tiếp nhau - Sử dụng 2 bộ lọc RC để khuếch đại và lọc tín hiệu và 1 bộ đệm... được mạch nguyên lý cho đồ án Tính toán được chi tiết các linh kiện cần sử dụng Chương 4: Lưu đồ thuật toán và lập trình 4.1 Giới thi u chương: - Chương này sẽ xây dựng lưu đồ thuật toán đo tần số nhịp tim sử dụng vi điều khiển từ đó lập trình cho vi điều khiển bằng ngôn ngữ lập trình C 4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình chính: Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 4.3 Lưu đồ thuật toán đo nhịp. .. 5.3 Kết luận chương: Sau khi thi công lắp ráp và kiểm tra mạch, thấy mạch hoạt động khá giống với lý thuyết tính toán Kết luận và hướng phát triển đề tài - Kết luận: Việc thực hiện đề tài đã kiểm chứng được lý thuyết về phương pháp đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ hồng ngoại Từ đó có thế thi t kế các máy đo nhịp tim sử dụng phương pháp này để đưa vào sử dụng trong đời sống thực tế - Hướng phát... Layout mạch 5.2 Lắp ráp và kiểm tra mạch: Sau khi lắp ráp mạch, nạp chương trình, kiểm tra được: - Mức điện áp DC của tín hiệu nhịp tim khoảng 1,8 V - Mức điện áp AC của tín hiệu nhịp tim khi chưa khuếch đại khoảng vài mV - Điện áp sau khi khuếch đại tầng thứ nhất khoảng vài trăm mV - Điện áp sau khi khuếch đại tầng thứ 2 và đưa vào vi điều khiển khoảng 2,5 – 3,8 V 5.3 Kết luận chương: Sau khi thi công. .. này ta sử dụng nguồn Pin DC 9V và ổn áp L7805 để cấp nguồn cho toàn mạch 3.3 Thi t kế, tính toán khối cảm biến: - Khối cảm biến ở đây ta dùng là 2 con led thu phát hồng ngoại - Đặc điểm của thu phát hồng ngoại là ít bị nhiễu, tín hiệu thu phát tốt hơn so với dùng led siêu sáng Giá thành rẻ, dễ mua, dễ sử dụng 3.3.1 Sơ đồ mạch: Hình 3.1: Sơ đồ mạch khối cảm biển 3.3.2 Tính toán linh kiện: - Chọn Vcc=5v... thi hang tram tmp = tmp%100; lcd_putch((tmp/10) + 48); // Hien thi hang chuc lcd_putch((tmp%10) + 48); // Hien thi hang don vi delay_ms(600); } } // Thiet lap Timer0 void timer0_config() { TMR0 = 0x00; // Xoa gia tri thanh ghi TMR0 TMR0IE = 0; // Khong cho phep ngat Timer0 OPTION_REG = 0xC7; TMR0IE = 1; // Cho phep ngat Timer0 GIE } // Thiet lap thanh ghi Option = 1; // Cho phep ngat toan cuc 4.5.2 . hiểu, thi t kế, tính toán và thi công mạch đo nhịp tim - Đồ án gồm có 4 chương: + Chương 1: Tìm hiểu về nhịp tim và các phương pháp đo nhịp tim + Chương 2: Sơ đồ khối + Chương 3: Thi t kế và tính. chương……………………………………………………………………… Phần 2: Thi t kế, tính toán và thi công mạch Chương 3: Thi t kế và tính toán sơ đồ mạch 3.1 Giới thi u chương……………………………………………………………………… 3.2 Thi t kế, tính toán khối nguồn…………………………………………………………. 3.3. được tính khả thi cũng như cái nhìn trực quan nhất về những việc mình cần làm tiếp theo. Phần 2: Thi t kế, tính toán và thi công mạch Chương 3: Thi t kế và tính toán sơ đồ mạch 3.1 Giới thi u