Snímanie EKG so zobrazovaním BPM na displeji

1. Teoretický úvod

AD8232

Na snímanie elektrickej aktivity srdca je možné použiť jedno-zvodový plne integrovaný obvod s označením AD8232 pomocou troch Ag/AgCl elektród pripojených na vyšetrovaný subjekt. Obvod je napájaný napätím 3,3 – 6 V. Je vyrábaný firmou ANALOG DEVICES, pričom v rámci projektu bude použitá vývojová doska od DFROBOT využívajúca tento čip (Obr. 1). Používa sa na snímanie elektrickej aktivity srdca pre monitorovanie bipolárnych zvodov, ako prenosné EKG, na snímanie EKG na diaľku a aj na získavanie bioelektrických signálov ako EMG alebo EOG.

Vývojová doska je navrhnutá tak, aby snímala, zosilňovala a filtrovala bioelektrické signály vo frekvenčnom rozsahu odpovedajúcom EKG signálu. AD8232 je vo všeobecnosti zložený z prístrojového zosilňovača (IA), obvodu na filtrovanie (A1), obvodu na vytvorenie RLD signálu (A2), obvodu na vytvorenie referencie (A3). Na Obr. 2 je zobrazená jeho funkčná bloková schéma, ktorú výrobca udáva v technickej dokumentácii.

Výstupom z AD8232 bude analógový EKG signál, ktorý je potrebné najprv digitalizovať pomocou AD prevodníka, ktorý je súčasťou MCU (ATmega328P) a následne analyzovať podľa pokynov v úlohách.

LCD displej HD44780 + PCF8574

LCD displej s radičom HD44780 umožňuje súčasne zobrazovať až 80 znakov na zobrazovacej ploche s rozmermi 20 × 4 (stĺpce × riadky). V rámci laboratórnej úlohy budete pracovať so spomenutým displejom v kombinácií s prevodníkom paralelného komunikačného rozhrania na I2C komunikačné rozhranie, PCF8574, Obr. 3, Obr.4.

Komunikácia medzi LCD displejom s prevodníkom PCF8574 a MCU:

• LCD displej komunikuje s MCU cez I2C komunikačné rozhranie pričom je použitý integrovaný obvod na prevod paralelného komunikačného rozhrania na sériové, PCF8574.
• Aby bolo možné displej riadiť a teda aby boli súčasťou 8 – bitového dátového slova aj riadiace vývody displeja EN, RS umožňuje displej aj 4 – bitovú komunikáciu s MCU (D7 – D4).

Mapovanie vývodov pre komunikáciu LCD displeja s prevodníkom PCF8574 a MCU cez I2C komunikačné rozhranie:

Popis vývodov LCD displeja:

• VSS: Tento vývod je pripojený na GND.
• VDD: Tento vývod je pripojený na napájanie 5 V.
• VE: Zmenou úrovne napätia na tomto vývode dochádza k zmene kontrastu LCD displeja. Realizované cez potenciometer.
• RS (Register Select): Ak je RS = log. “0” → radič displeja je nastavený na prijímanie riadiacich dát pre displej napr. vymazanie displeja. Ak je RS = log. “1“→ radič displeja je nastavený na prijímanie dát, ktoré chceme na displeji zobrazovať, napr. čísla a znaky.
• R/W (Read/Write): Ak je R/W = log. “0“→ data budú do radiča a displeja posielané. Ak je R/W = log. “1“→ data budú z radiča a displeja čítané.
• EN (Enable): Dáta privedené na dátové linky D0 – D7 sú radičom načítané len v prípade zmeny logickej úrovne na tomto vývode z log. “1“ na log. “0“. Môžeme teda povedať, že dáta budú načítané len pri prechode z úrovne HIGH na úroveň LOW na tomto vývode (dobežná hrana signálu). Minimálna dĺžka zotrvania na logickej úrovni LOW musí byť 450 ns.
• D0 – D7 (Data0 – Data7): Dátové vývody (linky), ktoré reprezentujú informáciu, ktorú chceme do radiča/displeja poslať resp. z neho načítať.
• BA (Backlight Anode), BK (Backlight Cathode): Vývody slúžiace na aktivovanie podsvietenia LCD displeja.

2. Úlohy

1. Pripojte senzor AD8232 a LCD displej k vývojovej doske MDB2 podľa pokynov nižšie:
• AD8232 má 3 vývody GND, VCC a Analog Out. Vývod GND (čierny káblik) pripojíme na vývod GND vývojovej dosky MDB2. Vývod VCC (červený káblik) pripojíme na vývod VCC vývojovej dosky MDB2. Vývod Analog Out (modrý káblik) pripojíme na vývod A0(PC0) vývojovej dosky MDB2.
  
• LCD displej resp. PCF8574 prevodník má 4 vývody GND, VCC, SDA, SCL. Vývod GND vývod pripojíme na vývod GND vývojovej dosky MDB2. Vývod VCC pripojíme na vývod 5 V vývojovej dosky MDB2. SDA vývod pripojíme na SDA/PC4 vývod vývojovej dosky MDB2. SCL vývod pripojíme na SCL/PC5 vývod vývojovej dosky MDB2. Napájanie dosky bude z USB, 5V.
  
2. V programe Microchip Studio nahrajte do dosky predpripravený projekt s názvom „displej_test_kod”. Na displeji (ak je všetko správne zapojené) by ste mali vidieť informácie podľa Obr. 7, pričom číslo 0 sa bude automaticky zvyšovať každú sekundu od 0 do 9.
   
3. V jazyku C vytvorte program pre MCU, ktorý bude digitalizovať analógový EKG signál zo senzora AD8232, počítať približnú hodnotu BPM a vypisovať ju na LCD displej. V kóde implementujte nasledujúce parametre a funkcionality:
   • Frekvencia I2C: 100 kHz
   • Vzorkovacia frekvencia: 100 Hz
   • Referenčné napätie pre AD prevodník zvoľte AVcc.
   • Z nameraného EKG signálu pomocou nastavenia vhodnej prahovej hodnoty z digitalizovaného EKG signálu detegujte časový interval medzi dvoma R kmitmi a určte na základe tohto intervalu približnú hodnotu BPM (počet úderov srdca za minútu). Napríklad, ak časový interval T medzi dvoma R kmitmi bude 0,8 s, je možné približne určiť BPM = (60s/T) = (60s/0,8s) = 75.
   • Na LCD displej vypíšte nasledujúce povinné údaje so zachovaním priestorového formátovania:
     
   • Displej bude obsahovať tri číselné údaje s rozdielnou obnovovacou frekvenciou. Prvý údaj bude hovoriť a minimálnej nameranej hodnote BPM počas posledných 10 s, druhý údaj bude hovoriť o maximálnej nameranej hodnote BPM počas posledných 10 s, tretí údaj bude hovoriť o aktuálnej nameranej hodnote BPM vždy z 2-sekundového okna. Ak bude meranie kratšie ako 10 sekúnd hodnoty Min: a Max: nebudú na displeji vypísané!
4. Vami vytvorený program bude obsahovať dve nezávisle časti:
   • Prvá časť bude digitalizovať dáta a posielať ich do počítača s následným zobrazením v aplikácii, aby bolo možné zistiť prahovú hodnotu na detegovanie R-kmitov.
     
   • Druhá časť bude digitalizovať dáta, zisťovať časové oneskorenie medzi dvoma R-kmitmi a následne vypisovať na displej vypočítanú hodnotu BPM.

     

     

Použité zdroje a zaujímavé odkazy

 Na stiahnutie

Powered by

×