Что такое тонометр, его виды, функции. Структурная схема и описание отдельных компонентов

Артериальное давление – один из важнейших показателей здоровья человека. Если оно часто повышается, то это уже заболевание, а большое превышение нормы несет опасность для жизни. Почти половина человечества страдает гипертонией - требуется постоянно контролировать давление. Поэтому так важно иметь под рукой тонометр. Разберемся, какие виды тонометров удобны в применении и как выбрать самый лучший и недорогой.

Какие тонометры бывают

Тонометр – это специальный прибор для замера кровяного давления. Показатели высвечиваются сразу и дают полную информацию об уровне давления крови и ритма сердца. Любые отклонения от нормы проявляются неприятными симптомами: головной болью, тошнотой, головокружением.

Современный рынок радует различными приборами для измерения рассматриваемых показателей. Различаются они набором выполняемых функций, точностью показаний, габаритами и стоимостью.

Существует два вида аппаратов: механические и электронные. Первые подразделяются на полуавтоматические и автоматические. Полностью автоматизированные приборы делятся на два подвида: крепление на плече и на запястье. Все они различаются по виду и порядку измерения, также имеют плюсы и минусы. Но самыми точными и надежными считаются автоматические модели. Для домашнего применения можно приобрести любую из них, важно учитывать функциональность прибора, его стоимость и надежность.

Устройство механического тонометра и принцип работы

Механические устройства подразделяются на ртутные манометры и мембранные.

Как работает ртутный манометр?

Ртутный манометр

Самым первым прибором для замера показателей был ртутный механический. В настоящее время его практически не применяют. Но он считается самым точным прибором, измеряющим кровяное давление. От современных отличается наличием ртутной шкалы. Ее столбик поднимается до нужного числа – это и есть кровяное давление. Остальные приспособления не отличаются от современных: манжета, крепящаяся на плече, помпа для подачи воздуха, фонендоскоп для улавливания тонов. Устройство небезопасно – при неосторожном движении, шкала с ртутью может выпасть и разбиться, а ядовитая жидкость растечься по полу. Поэтому этот прибор перестали применять.

Как работает механический мембранный тонометр?

Его работа обусловлена наличием чувствительной детали – мембраны. Это гибкая пластина, которая прогибается под давлением и под действием дополнительных механизмов двигает стрелку на шкале манометра. Аппарат довольно точно отображает показатель состояния здоровья, безопасен и имеет широкий круг применения. Он считается профессиональным тонометром, им оснащены все лечебные учреждения. Для правильного использования необходимы навыки, им обучен медицинский персонал. Дома, самостоятельно трудно замерить давление, главная сложность заключается в прослушивании тонов.

Механический тонометр

Порядок замера выглядит следующим образом:

1. Установить манжету на предплечье, немного выше сгиба локтя.
2. Фонендоскоп поместить на сосуд в районе сгиба.
3. Заполнить воздухом манжету с помощью груши.
4. Выпуская постепенно воздух из манжеты специальным клапаном, слушать тоны и смотреть на стрелку.
5. Первые «стуки» – это систолическое давление.
6. Завершающие – диастолический показатель.

Современные производители упрощают устройство прибора. Есть модели со вставленным фонендоскопом в манжету. А у некоторых груша объединена со шкалой.

Достоинства перечисляются следующими факторами:

• невысокая стоимость;
• высокая точность измерения;
• простое устройство и долговечность применения.

К недостаткам прибора можно отнести:

• для измерения требуются особые навыки, тонкий слух и хорошее зрение;
• сложно замерить без помощи извне, иначе показатели будут искажены;
• нет дополнительных функций.

Для домашнего применения лучше приобрести другой вид тонометра.

Об электронных устройствах

Электронные приборы подразделяются на полуавтоматы и автоматические. Схожий принцип работы, но имеется отличие в использовании.

Как работает полуавтоматический тонометр?

Полуавтоматический тонометр

Данный вид прибора также имеет грушу и манжет, но вместо шкалы – электронный экран и кнопки для управления. Он довольно схож с механическим аппаратом, но более прост в работе. Грушей требуется заполнить манжету воздухом, а потом дождаться момента, пока тонометр сам переработает сигналы и выдаст на табло показатели крупными цифрами.

Тонометр работает от электрической сети или на батарейках. Аппарат компактен, довольно точен в показаниях и оснащен дополнительными функциями.

Плюсы прибора заключаются в следующих особенностях:

• неплохая точность, погрешность до 3 мм рт. ст;
• средняя стоимость;
• не нужно прислушиваться к «стукам» и следить за стрелкой манометра;
• компактный, его удобно возить с собой;
• в нем мало электроники и снижен риск поломок;
• оснащен такими функциями, как определение ритма сердца, способен запоминать время предыдущего замера.

Есть у прибора и отрицательные стороны:

• подача воздуха грушей повышает риск искажений в замерах, особенно тяжело это дается людям преклонного возраста;
• присутствует потребность в замене батареек, их разрядка обычно случается в неподходящее время;
• случаются и поломки, требующие ремонта в мастерской.

Но он все равно самый востребованный тонометр, используемый в быту.

Электронный тонометр: каковы его принципы работы?

Это самый дорогой прибор из всех видов тонометров. В комплект входят манжета и соединенное с ней электронное устройство. Как только надевается манжета на предплечье и нажимается кнопка, электронасос, встроенный в прибор, накачивает в нее воздух. Весь процесс замера проходит автоматически, датчики обрабатывают показатели и выдают их в цифровом изображении на экран дисплея. Тонометры довольно хрупкие и требуют бережного обращения. Удобны в применении и имеют небольшие размеры. Не нужно просить помощи извне, а просто сесть удобно и расслабиться. Работать может от сети или батареек.

Автоматический тонометр

Плюсы электронного тонометра:

• им можно измерить артериальное давление правильно, снизив риск неправильных показаний;
• погрешность измерения – 3-5 мм рт. ст;
• процедура довольно проста и доступна пожилым людям;
• малогабаритный прибор.

Но у новейшей модели тонометров имеются и минусы:

• высокая стоимость;
• наличие погрешности;
• небольшой срок службы.

У новых моделей тонометров-автоматов есть много различных функций, позволяющих отслеживать не только давление. Необходимо перечислить только самые популярные и распространенные:

• прибор напоминает о времени предыдущего пользования;
• наличие индикатора аритмии;
• наличие индикатора правильности закрепления манжеты;
• показывает усредненный результат нескольких замеров;
• автоматически отключается после окончания работы.

Есть и иные функции, такие как календарь, часы, индикаторы накачивания манжеты воздухом и многие другие.

Электронный тонометр с установкой на запястье

Среди электронных тонометров имеется модель, замеряющая давление на запястье. Этот прибор не имеет манжеты, а просто закрепляется в районе запястья, на экране выводятся показатели. Чтобы они были точными, закрепив прибор на месте, нужно сесть и расслабиться, держать руку с тонометром на уровне груди.

Устройство на запястье

Данная модель укорачивает время измерения давления и идеально подходит спортсменам, потому что они могут контролировать показатели во время тренировок. Правда имеется недостаток – это высокая погрешность во время выполнения упражнений. Медики рекомендуют использовать данную модель людям до 40 лет. У старшего поколения сосуды изнашиваются и, особенно в области запястий, что снижает достоверность измерений.

Плюсы запястного тонометра:

• небольшой вес и габариты, его можно носить с собою везде и всегда;
• простота в работе, не нужно даже раздеваться;
• возможность делать замеры в любом месте и даже на бегу;
• не нужно подбирать манжету;
• имеет много функций, доступных обычному тонометру-автомату.

Минусы запястного тонометра:

• есть ограничения в применении по возрасту;
• очень хрупкий прибор, требует бережного применения;
• при движении показывает результаты с большой погрешностью;
• высокая цена.

Покупая данный вид прибора, необходимо учитывать перечисленные недостатки и ограничения.

Как выбрать самый лучший

Зная, какие бывают тонометры для измерения кровяного давления, все их достоинства и отрицательные стороны, можно довольно легко подобрать прибор, чтобы использовать дома. Прежде чем осуществить покупку, необходимо знать некоторые нюансы:

• Какие заболевания имеет больной. От этого зависит частота применения прибора и его адаптированность к болезни.
• Может ли больной научиться применять приборы разного вида.
• Ценовая политика.

Важно предварительно определиться, какой аппарат вам нужен: по принципу работы или по месту установки. Покупать в аптеке или специальном магазине медтехники. Сначала нужно проверить, есть ли инструкции на родном языке, гарантийный талон, отметка о проведенной поверке.

Также требуется осмотреть аппарат на качество сборки, как подогнаны все детали, легкость в открывании-закрывании отсека для батареек. Проверить все дополнительные функции, попросить продавца-консультанта сделать настройки.

Механический тонометр гарантирует точность измерения давления и имеет невысокую стоимость, но работать с ним должен человек, с хорошим слухом и способный научиться обращаться с прибором. Людям пожилого возраста, которые сами контролируют свое состояние, подойдет только автоматический тонометр. Он все делает сам, не требуется даже тратить силы на накачивание манжеты. Если у больного был инсульт или инфаркт, есть аритмия, у него должна иметься функция интеллектуальной чувствительности.

Самые покупаемые марки

Самые востребованные марки тонометров для измерения артериального давления производятся в многопрофильной корпорации Японии Omron, компанией AND и японской торговой маркой, работающей в сфере высоких технологий Citizen. Также большую востребованность имеют тонометры швейцарской корпорации Microlife и американской компании Meditech. Пользуются спросом и фирмы: японская – Nissei и английская – B. Well.

Список популярных марок

Среди наиболее популярных механических моделей выделяют:

• WM-61, B. Well – хорошая точность и качество манометра. Цена невысокая – 780 рублей.

Механический тонометр модели WM-61, B. Well

• Microlife BP AG 1-40 – большой манометр и размер манжеты. Имеет высокую точность показаний. Стоимость доступная – 1890 рублей.

Тонометр модели Microlife BP AG 1-40

• Ri-Can 141 – улучшенная модель для индивидуального использования. Обеспечивает максимальную точность. Цена высокая – 5950 рублей.

Среди полуавтоматических:

• Microlife BP N1Basic – улучшенное качество и точность исследуемых результатов. Цена невысокая – 1450 рублей.
• Omron S1 – надежный прибор, со множественными функциями. Средняя цена – 1640 рублей.

Полуавтоматическая модель Omron S1

• B. Well WA-22H – отличная точность и качество сборки, улучшенный дизайн, дополнительные удобства в дизайне. Невысокая цена – 1690 рублей.

Модель тонометра B. Well WA-22H

Лучшие автоматические модели:

• Microlife BP A2 Basic – качественный универсальный аппарат для всей семьи. Цена средняя – около 3 тысяч рублей. Обладает многочисленными функциями.
• Omron M2 Basic с адаптером – достоверность показаний и комфорт при работе. Им можно измерить показатели один раз, и это будет верный результат. Средняя стоимость – 2450 рублей.

Omron M2 Basic с адаптером

Кардиологи советуют, тем, кому за 40, лучше будет приобрести или автомат с закреплением манжеты на плечо. Молодым можно измерить давление и запястным аппаратом.

Приобретать подходящий тонометр для индивидуального применения нужно с учетом всех особенностей человека, его болезней, возраста, потребности в различных функциях. Особенно требуется прибор больным гипертонией и перенесшим инсульт, чтобы вести контроль за давлением и не допускать осложнений.

Тонометр – это устройство, предназначенное для измерения артериального давления (АД). С его помощью удается обеспечить профилактику патологий сердечно-сосудистой системы – прежде всего артериальной гипертензии. Сегодня существует множество разновидностей таких устройств. Чтобы выбрать подходящий вариант, стоит учитывать целый ряд критериев.

Нормальное давление у здорового человека составляет 120/80 мм рт. ст. Для некоторых людей характерно более низкие или высокие параметры, что тоже является вариантом нормы. Однако сильное отклонение от указанных значений свидетельствует о развитии опасных заболеваний. Чтобы выявить эти нарушения, стоит использовать специальный прибор – тонометр.

Это устройство обязательно должно быть в домашней аптечке у людей, которые страдают гипертонией. Чтобы предотвратить развитие гипертонического криза, такие люди должны проводить постоянный мониторинг давления. По его результатам врач подбирает адекватное лечение.

Необходимость в использовании тонометра не всегда связана с гипертонией. После 50 лет давление часто увеличивается вследствие нарушения общего состояния здоровья. В такой ситуации тоже нужно проводить измерение давления, чтобы вовремя оказать человеку помощь.

Нередко устройство требуется спортсменам для контроля уровня физических нагрузок (современные аппараты позволяют измерять не только АД, но и пульс). Помимо этого, потребность в тонометре испытывают люди, которые часто сталкиваются со стрессовыми ситуациями или постоянным психоэмоциональным напряжением.

Контролировать параметры давления должны люди, которые имеют сахарный диабет и гипотонию. Также следить за такими показателями требуется в период вынашивания ребенка.

Важно: Если у человека часто возникают головные боли, тошнота, головокружение, болевые ощущения в сердце, это свидетельствует об отклонении показателей артериального давления от нормы, что чревато опасными последствиями.

Применение тонометра позволяет выявить нарушения в работе организма. А своевременный вызов скорой помощи может спасти человеку жизнь.

Виды тонометров

Классификация таких устройств базируется на принципе работы. Существуют механические, автоматические и полуавтоматические приборы. Также их классифицируют по области проведения измерений. По этому критерию выделяют запястные и плечевые устройства. Последние применяют чаще в силу высокой точности измерений.

На заметку: Существуют также приборы для контроля АД на палец, но их точность не столь высока.

Механический тонометр

Многие люди интересуются, из чего состоит тонометр этого типа. Устройство включает такие элементы, как манжета, фонендоскоп, груша и манометр. Последний элемент бывает ртутным или мембранным. Ртутный считается более точным.

В некоторых моделях фонендоскоп соединен с манжетой. Механический тонометр имеет самую доступную стоимость, однако для его применения нужны определенные навыки и хороший слух. Иногда люди не могут правильно проводить измерения таким устройством. Точность полученных значений напрямую зависит от навыков человека.

Механизм работы устройства базируется на осциллометрической методике. В этом случае происходит электронная переработка вибрации, которая образуется в манжете. Это дает возможность исключить человеческий фактор и снизить риск погрешностей.

Полуавтоматическое устройство для измерения давления подразумевает ручное нагнетание воздуха. После чего электронный аппарат фиксирует параметры давленияАД и частоты сокращений сердца (ЧСС). По принципу действия полуавтомат совпадает с автоматическим устройством.

Автоматический тонометр

Эти аппараты считаются наиболее удобными. Они дают возможность измерять давление, не прикладывая особых усилий. Это связано с тем, что управление современным автоматическим тонометром отличается простотой.

Для проведения измерений стоит надеть манжету, принять удобное положение и нажать кнопку. Через некоторое время на мониторе появятся результаты. Автомат имеет достаточно низкую погрешность. Но если у человека имеется аритмия, измерять давление придется несколько раз.

Автоматический тонометр работает от аккумуляторов или батареек. В составе некоторых моделей присутствует сетевой адаптер. Он позволяет применять устройство путем подключения к сети.

Такие приборы требуются людям, которые нуждаются в постоянном контроле давления. Применять их удобно, поскольку каждые полчаса проводить измерения традиционным устройством сложно. Процедура называется «суточный мониторинг АД».

Тонометр для суточного мониторирования устроен так, что манжету надевают на руку, а само устройство крепят на поясе. Такие изделия имеют компактные размеры. Днем они проводят измерения каждые 15 минут, ночью – каждые 30 минут.

Эти приспособления позволяют определить условия, при которых повышается давление в течение дня. Это дает возможность вовремя принять профилактические меры.

Устройство и принцип работы тонометра

Существует два основных метода измерения давления – аускультативный и осциллометрический. Первый способ был придуман еще в начале прошлого века русским врачом Н. С. Коротковым. С тех он не претерпел серьезных изменений. Основой этой методики является выслушивание звуков, которые появляются в организме при передавливании артерии.

Устройство тонометра механического типа включает такие элементы:

• манжета – ее надевают на часть руки, которая находится между локтем и плечом;
• помпа – применяется для накачивания воздуха в манжету;
• ртутный или мембранный тонометр – он показывает давление воздуха, которое появляется в манжете;
• фонендоскоп – его также называют стетоскопом и применяют для прослушивания шумов.

Принцип работы тонометра заключается в следующем:

В случае применения осциллометрической методики фиксируют колебание давления воздуха в манжете. На его появление влияет кровоток в сдавленной части артерии. В такой ситуации потребности в применении фонендоскопа нет. Посредством электронного прибора колебания давления трансформируются в электрические сигналы.

Затем автоматика их анализирует. В результате этого процесса на экране появляются числовые показатели. В зависимости от функций изделия удастся получить не только параметры давления, но и частоту сокращений сердца, а также информацию о развитии аритмии.

Многие устройства могут сохранять эти данные в своей памяти. Это позволяет их анализировать и проводить длительный мониторинг. На основании этих данных врач может подобрать подходящее лечение.

Особенности манжет

Одним из важных элементов тонометра является манжета. Она представляет собой тканевую оболочку, внутри которой находится резиновая камера. Сверху на манжете присутствуют фиксирующие липучки. Надевают этот элемент на плечо или запястье.

Манжета имеет различные размеры – все зависит от руки человека. Чтобы измерения были максимально точными, важно правильно подобрать нужный размер. При этом длина пневмокамеры должна максимально приближаться к обхвату руки пациента.

Размер определяют 2 цифры:

• для детей охват составляет 15-22 см (small, S);
• средние манжеты имеют размер 22-32 см (medium, M);
• большие – 32-42 см (large, L).

Важно: Манжету стоит выбирать такую, которая максимально соответствует указанным значениям и окружности руки. Чтобы определить обхват плеча, нужно ориентироваться на среднюю зону между ямкой локтя и уровнем ключицы.

Запястные устройства обычно отличаются небольшими размерами манжеты, потому не всегда подходят полным людям.

Дополнительные функции

Чтобы облегчить применение тонометра, современные устройства имеют дополнительные функции. Их количество зависит от модели прибора. Выбор конкретного устройства определяется личными пожеланиями и финансовыми возможностями.

Итак, к таким функциям тонометров относят следующее:

Также в комплект часто входит сумка. Она позволяет хранить устройство и облегчает его транспортирование.

Правила выбора

Перед покупкой тонометра нужно обратить внимание на такие показатели:

• погрешность измерений, стабильность полученных результатов;
• удобство применения;
• питание от сети или батареек, наличие адаптера;
• размер манжеты;
• гарантия устранения неисправностей.

Помимо этого, существуют следующие критерии, которые обязательно стоит учитывать:

Многие люди делают выбор между механическими и автоматическими устройствами. Каждая из указанных категорий приспособлений обладает определенными достоинствами и недостатками. К ключевым преимуществам механических устройств относят следующее:

1. Высокая точность. Такие приборы позволяют получить достоверные результаты. Механические приспособления часто применяются в медицинских учреждениях.
2. Простота обслуживания. Устройство не требует зарядки аккумулятора или замены батареи. Иногда появляются проблемы с грушей, однако эту часть тонометра без труда можно заменить.
3. Широкая распространенность. Эти традиционные модели известны почти всем.
4. Доступная стоимость. Механические тонометры считаются самыми недорогими.

К недостаткам таких аппаратов стоит отнести трудности при самостоятельном проведении измерения. Пожилым пациентам бывает сложно понять принцип работы прибора. Помимо этого, показания движущейся стрелки не могут зафиксировать люди с плохим зрением.

Также требуются усилия для измерения. В процессе процедуры нужно сжимать грушу, чтобы накачать воздух в манжету.

Автоматические устройства тоже имеют целый ряд достоинств. К ним относят следующее:

К недостаткам таких измерителей давления стоит отнести более высокую стоимость и необходимость в электропитании. Это тоже создает некоторые сложности при использовании тонометра пожилыми пациентами.

Популярные производители

Сегодня существует много компаний, которые занимаются выпуском таких приспособлений. К наиболее популярным брендам относятся следующие:

• Microlife (Микролайф);
• Omron (Омрон);
• Nissei;
• Beurer.

Каждый из перечисленных брендов имеет свои преимущества. При выборе люди ориентируются на свои финансовые возможности и требуемые функции устройства. При появлении сомнений лучше проконсультироваться с врачом.

Тонометр – это аппарат, который позволяет контролировать показатели артериального давления. Сегодня существует немало приспособлений, которые отличаются по принципу действия и наличию дополнительных функций. Благодаря этому каждый человек может выбрать подходящий прибор в зависимости от своих потребностей.

Сердечные болезни входят в тройку самых распространенных недугов мира. Ненормальное артериальное давление – верный признак развития проблем с главным жизненным органом.

Первоклассным средством для выявления и предупреждения сердечных заболеваний является тонометр. У каждого медицинского аппарата – своя «биография» и особенности. Далее мы рассмотрим устройство и принцип работы тонометра , а также их виды и особенности выбора.

Тонометр: взгляд в историю и востребованность

Первый прототип появился во Франции в 1828 году. Врач Жан Луи Пуазёйль использовал специальный манометр, чтобы измерить давление.

Прибор работал на основе ртути. Посредством канюли он вводился в артерию, что позволяло определить АД в реальных условиях.

Неинвазивный (без непосредственного проникновения в ткани) способ вышел в свет только спустя почти 30 лет. Немецкий врач Карл фон Фирордт изобрел специальный прибор, названный впоследствии сфигмографом, в 1854 году. Технология стремительно набрала популярность и авторитет в медицинском сообществе.

Изначально давление измеряли у животных. Про человека вспомнили лишь в 1856 году, когда известный хирург Фавр во время проведения операции подсоединил прибор к артерии человека.

Известный всему миру классический тонометр появился в 1905 году после доклада Николая Короткова - великого российского хирурга.

В 1965 году врач Сеймур Лондон усовершенствовал изобретение Короткова и выпустил автоматическую разновидность, которая вошла в медицинский обиход параллельно с традиционной моделью.

В настоящее время востребованность приспособления трудно переоценить. Статистика красноречиво свидетельствует: более чем у половины населения Земли повышенное давление. Сердечно-сосудистые стали настоящим бичом современности. Они «молодеют»: все чаще от недугов сердца страдают молодые люди. Не обошла напасть и страны СНГ. Отсюда и потребность в своевременном выявлении болезней. Прибор традиционно входит в арсенал первой необходимости пожилых людей и лиц, страдающих сердечными недугами.

Устройство и принцип работы тонометра

Все измерители можно разделить на два больших класса:

• Механические. Традиционные модели. Состоят из манжеты (специального ремешка), нагнетателя воздуха (так называемой груши), стетоскопа и манометра.
• Автоматические. Производятся на основе современных технологий. Состоят из электронной начинки и манжеты.

Существуют так называемые полуавтоматические тонометры. Самостоятельного значения они не имеют, так как представляют собой своеобразную комбинацию из существующих классов.

Механические разновидности используются до сих пор.

Огромная популярность возникла благодаря простой и неприхотливой конструкции аппарата. Особенности устройства механических тонометров:

• Большой диапазон манжет. Встречаются «рукава» как для людей пожилого возраста, так и для детей.
• Нагнетатель (груша) имеет два клапана: обратный и сбросовый. Первый держит воздух в манжете, последний высвобождает его.
• Стетоскоп представляет собой резиновую трубку и предназначается для прослушивания сердечных тонов.
• Манометр отображает данные на дисплее. Движущаяся стрелка указывает на существующее артериальное давление.

Принцип работы механического тонометра: «рукав» сдавливает воздух, который постепенно нагнетается грушей. В это время с помощью стетоскопа прослушиваются ритмы сердца. Результат отобразится на экране устройства.

Традиционный участок для измерения – плечо. Никто не запрещает определять давление в других местах, но именно на плече фиксируются точные и стабильные данные.

Автоматический тонометр – более технологичный вариант измерения артериального давления. Особенности устройства:

• Отсутствие нагнетателя воздуха (груши). Присутствует только манжета и электронный блок.
• Оборудование может хранить информацию о предыдущих измерениях.
• Одна кнопка на манометре запускает весь процесс.
• Наличие дополнительных возможностей. Автоматические измерители могут измерять индикатор положения тела, аритмии и другие показатели.

Давление измеряется посредством осциллометрического метода. Принцип действия: воздух в манжету постепенно накачивается и сбрасывается специальным компрессором.

Прибор отслеживает колебания воздуха в манжете, которые возникают из-за потока крови на пережатом участке. Колебания преобразуются в сигналы, которые переводятся в цифровые значения на дисплее.

Выбор тонометра - механический или автоматический

Достоинства механических измерителей:

• Точность. Аппараты с высокой степенью достоверности определяют артериальное давление. «Механику» часто можно встретить в медицинских учреждениях.
• Неприхотливость. Нет нужды в подзарядке и смене батареек. Могут возникнуть проблемы с грушей, но элемент можно легко заменить другим.
• Привычность. Классические модели известны практически каждому.
• Дешевизна. Покупка не требует больших вложений.

Из недостатков можно выделить сложность измерения. Пожилым людям порой трудно разобраться с принципом работы прибора, а показания движущейся стрелки зачастую просто нечитабельны для людей с плохим зрением. Также требуется приложить некоторые усилия для измерения: грушу необходимо сжимать для нагнетания воздуха в манжете.

Преимущества автоматических моделей:

• Удобство использования. Все, что требуется от человека – надеть манжету и нажать на кнопку. Прибор проведет измерение самостоятельно.
• Интуитивно понятный интерфейс. Производители работают в угоду потребителям.
• Разнообразие. Рынок изобилует десятками моделей с любыми конфигурациями.
• Цифровой дисплей. Показатели отображаются ясно и четко. Нет никаких стрелок. Автоматический аппарат идеально подойдет людям с плохим зрением.

Из недостатков: необходимость в подзарядке и дороговизна. Электронный блок придется со временем подзаряжать. С высокой ценой связан один интересный парадокс: нескромные ценники должны отталкивать целевую аудиторию, представленную пожилыми людьми.

На деле существует обратная закономерность: автоматические модели как раз приобретают из-за простоты и понятности использования. Механические же разновидности используются в основном врачами.

Лучшего варианта не существует. Человек отдает предпочтение тому, что привычно. На рынке имеется богатый ассортимент медицинских приспособлений с различными настройками и функциями. Можно легко подобрать нужный прибор.

Тонометр – устройство, которое стоит на службе у человечества уже несколько сотен лет. Времена меняются, но сердечные недуги остаются прежними. Выявление и предупреждение возможных заболеваний, связанных с сердцем и – первоочередная задача такого эффективного прибора, как тонометр.

Проблемы с артериальным давлением (АД) могут испытывать люди самого разного возраста. Такая патология сердечно-сосудистой системы, как артериальная гипертензия, наблюдается примерно у трети взрослого населения. Неутешительная цифра, плюс чем старше становится человек, тем риск поражения этим заболеванием выше. Игнорировать его нельзя - уж слишком серьезными могут быть последствия. Среди них инсульты и инфаркты, головокружения, просто плохое самочувствие. Очень часто качество жизни, да и сама жизнь зависят от того, насколько сильно поднялось или опустилось давление.

Для того чтобы держать под контролем артериальное давление и всегда быть в курсе его изменений, используют специальные приборы - тонометры. Изобретены они были еще в 1876 году, но до нашего времени дошли в совершенно ином виде. Изначально это был большой резиновый баллон, наполненный водой. Его, соединенного с манометром при помощи трубки, располагали над артерией. Примерно через два десятилетия появился более знакомый нам вариант с манжетой, которая накладывается на плечо, а для определения давления использовали прощупывание пульса с одновременным учетом значений ртутного манометра. Естественно, для получения более-менее точных результатов требовались определенный опыт и сноровка.

Классификация современных тонометров

Современные тонометры можно классифицировать двумя разными способами. Первый: по способу измерения артериального давления. Второй: по способу крепления (места наложения манжета).

Измерение уровня артериального давления осуществляется при помощи таких моделей:

• механических: когда значение параметра показывает стрелка на циферблате;
• цифровых (автоматических и полуавтоматических): когда значение выводится в цифровом виде на экран;
• ртутных: когда значение давления определяют по уровню ртутного столба.

Способов наложения манжеты тоже три:

• на палец;
• на запястье;
• на предплечье.

Первый критерий, которым руководствуются при выборе тонометра, - это способ измерения. На нем остановимся подробно, а остальные перечислим обзорно.

Ртутные тонометры

Ртутные модели - одни из самых первых, появившихся в продаже, однако от своего прототипа, разработанного врачом Рива-Роччи, они заметно отличаются как по качеству исполнения, так и по точности работы. Конструктивно такой прибор состоит из ртутного манометра с нанесенными на нем делениями, груши и манжеты. При помощи груши воздух накачивают в манжету, параллельно прослушивая тона при помощи стетоскопа или фонендоскопа. Уровень давления определяют по уровню поднятия ртутного столба. Чаще всего ртутные модели являются профессиональными, их можно встретить в медицинских учреждениях.

Достоинство такого прибора - очень хорошая точность определения АД, а недостаток заключается в ярко выраженных токсикологических свойствах ртути, что очень сильно ограничивает сферу его применения.

Механические тонометры

Механические тонометры пользуются заслуженной популярностью у медицинского персонала даже в современных медицинских учреждениях, их же чаще всего приобретают люди пожилого возраста. Конструктивно такие тонометры состоят из манжеты, резиновой трубки, через которую подсоединена резиновая груша, фонендоскопа и манометра со стрелкой и шкалой. Принцип работы механического тонометра следующий: манжета накладывается на плечо, воздух нагнетается при помощи груши, а в это время тона сердечного ритма прослушиваются при помощи фонендоскопа. Результаты измерений можно наблюдать на экране манометра, на них укажет движущаяся стрелка.

Достоинства такого прибора - доступность (по стоимости это самый дешевый вариант), высокая точность определения АД, наименьшее влияние на показания внешних факторов (движение руки, разговор во время измерений и т. п.), отсутствие необходимости в особом уходе за прибором.

Недостаток механического тонометра в том, что зачастую точность измерения напрямую зависит от навыков того, кто эти измерения производит, а также его точности слуха и зрения. Чем более опытный человек будет измерять давление, тем больше шансов на то, что результаты будут максимально приближены к реальным.

Полуавтоматические тонометры

В отличие от двух предыдущих разновидностей полуавтоматические тонометры всегда оснащены электронным дисплеем, на котором отображаются результаты измерений. При этом выводятся данные не только по уровню АД, но и по частоте сердечных сокращений (пульса). Дисплей в данном случае заменяет манометр, в остальном здесь все то же самое, что и в механическом тонометре: груша, с помощью которой нагнетается воздух, трубка и манжета. Из дополнительных возможностей в таких тонометрах может присутствовать подсветка, звуковое оповещение о завершении измерений, память на несколько предыдущих измерений АД.

Достоинства полуавтоматических моделей в том, что они все еще доступные на фоне полностью автоматических, но при этом предоставляют больше возможностей для измерения, чем механические. Получается, они являются своеобразным компромиссом между ценой и набором характеристик. Наличие дисплея однозначно оценят пожилые люди и те, которые страдают нарушениями слуха и/или зрения. А полностью универсальным и автономным этот прибор делает отсутствие требований к подзарядке и использованию дополнительных источников питания (аккумуляторов).

Из недостатков стоит выделить то, что в них по-прежнему нужно прикладывать определенное физическое усилие для нагнетания воздуха в грушу (а с этим справится далеко не каждый пожилой человек), а результат может быть неточным, если не придерживаться инструкции по эксплуатации прибора. Из-за погрешностей рекомендуется выполнить подряд два или три измерения АД, а затем вычислить среднее арифметическое - это значение и будет максимально приближенным к реальному.

Автоматические тонометры

Автоматические тонометры - самые совершенные в техническом плане, но и самые дорогие. В них уже нет необходимости нагнетать воздух грушей, да и сама груша отсутствует. Есть только манжета и подключенный к ней при помощи трубки блок с цифровым дисплеем, накачивание воздуха осуществляется автоматически и без механических усилий со стороны человека. Именно такие измерительные приборы могут быть предназначены для наложения на плечо, запястье и палец. Для их включения достаточно нажать кнопку на корпусе манометра, и через несколько секунд на экране появится информация о значении АД, частоте сердечного ритма и другие показатели в зависимости от выбранной модели. Дополнительные возможности в них такие же, как и в полуавтоматических моделях. Кроме того, в них могут быть встроены индикатор движения, индикатор правильного положения тела человека во время измерений, индикатор наличия аритмии и другие функции.

Достоинство автоматических тонометров заключается в простоте их использования, отсутствии требований к навыкам по работе с ним, возможности измерения давления в любых условиях (в медицинском учреждении, дома, а то и прямо на улице в экстренных ситуациях). Некоторые модели для повышения точности измерений используют сразу два метода: классический осциллометрический и метод Короткова.

Впрочем, недостатков у них тоже хватает: например, это невысокая точность, которую можно повысить, разве что проведя серию последовательных измерений. Дороговизна таких тонометров часто отпугивает обычных пенсионеров - основную целевую аудиторию этих приборов. Плюс из-за медицинских соображений ими не рекомендуют пользоваться людям с артериальной гиперэкстензией.

Как выбрать тонометр

Как уже было написано выше, первым критерием выбора будет тип тонометра, который определяется способом измерения АД. Остальные параметры менее критичны, но учитывать их все равно нужно, для того чтобы в итоге заполучить действительно удобный и функциональный прибор.

Если тонометр покупается для индивидуального использования, нужно учесть все особенности организма этого человека. Во-первых, его возраст. Молодым и людям среднего возраста, ведущим достаточно активный образ жизни, можно порекомендовать тонометры с креплением на запястье, людям преклонного возраста - автоматические и полуавтоматические модели. Однако в последнем случае может значительную роль играть материальный фактор, в таком случае выбор можно остановить на механическом приборе.

Наличие определенных заболеваний сердечно-сосудистой системы также может оказаться важным фактором, который нельзя будет проигнорировать. В случае с аритмией и тахикардией подойдут автоматические и полуавтоматические модели, которые могут последовательно проводить до трех измерений подряд и затем сравнивать их на экране. С атеросклерозом сосудов подойдут только полуавтоматические и автоматические тонометры, так как прослушивание тонов сердца при помощи фонендоскопа в таких случаях затруднено.

Все модели с манжетами должны быть подобраны в соответствии с размером руки того человека или группы людей, которые будут пользоваться прибором. Абсолютное большинство приборов имеют стандартный диаметр манжеты, однако в продаже можно найти и такие, которые ориентированы на использование очень полными людьми. Диаметр окружности в них может достигать 42 см. Не забывайте, что от правильного крепления манжеты часто зависит точность измерения!

Обращайте внимание на материал изготовления фонендоскопа - лучше, если это будет металл, а не пластик. И дело здесь не совсем не в долговечности первого, а в том, что полимерная структура ухудшает звук, соответственно, затрудняет работу с прибором. Корпус манометра также лучше выбирать металлический.

Если измерять АД при помощи тонометра придется и взрослым, и детям, можно сразу купить такую модель, в которой можно менять манжеты. Гораздо комфортнее будет надевать на руку ребенка именно детскую манжету. Такая возможность обычно предусмотрена в автоматических и полуавтоматических моделях.

Наличие подсветки - не критичное, но очень полезное свойство, особенно если тонометром планируют пользоваться в ночное время. С ней цифры на экране будет разбирать гораздо проще.

Популярные производители и модели манометров будут рассмотрены в рамках следующей статьи.

Содержание

Введение 4

1 Назначение и область применения 5

2 Технические характеристики Устройства 6

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры 7

3.1 Обзор существующих решений 7

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT 10

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus 11

3.1.3 Механический тонометр LD-81 12

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства 13

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме 14

^ 3.4 Разработка модели 17

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов 24

4.1 Структурная схема 24

4.2 ИК излучатель АЛ107А 32

4.3 Фотоэлемент ФД256 33

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх 35

^ 4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1 40

4.6 Микроконтроллер ATmega128 42

4.7 Преобразователь уровней DS275 48

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12 50

4.9 Расчет фильтров 52

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы 56

^ 5.1 Алгоритм главной функции 56

5.2 Алгоритм функции начальной инициализации 57

5.3 Алгоритм функции считывания пульсовой волны 58

5.4 Алгоритм функции расчета среднего давления 59

^ 5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления 60

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран 61

6 Описание принципиальной схемы 62

^ 6.1 Описание отдельных элементов 62

6.1.1 Аналоговые цепи 62

6.1.2 Микроконтроллер 63

6.1.3 Коммуникационные устройства 63

6.1.4 Цепь питания 63

Заключение 64

Приложение А 65

Приложение В 67

Введение

Сегодня в современной медицине и быту остро стоит вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе, не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования вне медицинских учреждений.

^

1 Назначение и область применения

Спроектированный прибор призван ответить на острый вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

В данной работе представлен проект прибора для неинвазивного измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.

^

2 Технические характеристики Устройства

В ходе выполнения курсовой работы было спроектировано устройство для неинвазивного измерения среднего, систолического и диастолического артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (пульса).

Устройство обладает следующими характеристиками:

• 
  сравнительно малая стоимость производства, достигнутая использованием широко распространённых компонентов;
• 
  высокая точность измерений;
• 
  отсутствие влияния факта измерения на результат;
• 
  универсальность применения;
• 
  гибкость, достигаемая использованием стандартных компонентов и использование переносимого программного кода;
• 
  гениальная идея;
• 
  лёгкость масштабирования, возможность подключения дополнительных датчиков или других устройств автоматики;
• 
  совместимость со стандартными интерфейсами;
• 
  простота эксплуатации;
• 
  лёгкость модификации и адаптации кода;
• 
  широкий диапазон рабочих температур.

^

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры

3.1 Обзор существующих решений

На сегодняшний день существует несколько различных устройств для измерения артериального давления, но, к сожалению, они работают на принципе нагнетания воздуха в манжету, т.е. являются инвазивными средствами измерения и не могут быть использованы для постоянного мониторинга. Также существуют устройства для неинвазивного снятия показаний, но они слишком дороги либо не точны.

Известны способ непрерывного наблюдения систолического кровяного давления и аппарат для его осуществления (США, патент N 4030485 от 21.06.77, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что с помощью калибровочного прибора со световым преобразователем, превращающим изменения интенсивности света в изменения амплитуды электрического сигнала, определяют измерения интенсивности света, соответствующие изменению объема крови в ткани под преобразователем, периодически производится выборка амплитуды дифференциального сигнала и суммирование с ней амплитуды сигнала, соответствующего эталонному давлению. Амплитуда этого сигнала пропорциональна систолическому давлению.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только систолическое давление.

Известен способ измерения среднего давления по кривой, полученной по результатам измерения кровяного давления (Германия, заявка N 0S 3511803 от 9.10.86, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что полученный сигнал кривой кровяного давления преобразуют в цифровую форму и на отрезке кривой кровяного давления, который меньше дыхательного цикла, определяют Min, причем в зоне Min расположен участок F, простирающийся по обе стороны не менее чем на один сердечный цикл, внутри участка F определяют наибольшее амплитудное значение Max и два пороговых значения S1 и S2, соответствующих 1/3 и 2/3 наибольшего значения амплитуды A1, A3, которое больше большего значения S1. На основе этого значения амплитуды A1, A3 находится следующее значение амплитуды A2, A4, которое меньше порогового значения S2. Это позволяет определить между последовательно расположенными амплитудами A1, A2 - A3, A4 Max 1, Max 2. По измеренным значениям между этими максимумами Max 1 и Max 2 определяют среднее давление.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только среднее кровяное давление.

Известен способ и устройство для непрямого измерения артериального давления крови (ЕПВ, заявка 0136212 от 03.08.83, МКИ A 61 B 5/02), заключающиеся в том, что используют, по меньшей мере, один датчик, удерживаемый с упором в ямке, где определяется пульс, с постоянным усилием, которое меньше усилия, создаваемого диастолическим давлением потока крови в лучевой артерии. Определяют максимальные и минимальные значения сигналов давления, вычисляют среднее значение соотношений максимальных и минимальных значений, вычисляют систолическое и диастолическое давления и показывают их на индикаторе.

Наиболее близким к предлагаемому изделию является способ и аппарат для автоматического определения систолического, диастолического и среднего значения артериального давления пациента (Франция, заявка N 2593380 от 27.01.86, МКИ A 61 B 5/02), предназначенные для определения артериального давления неинвазивным путем. Аппарат имеет линию усиления с двумя каналами, содержащую последовательно усилитель и фильтр. Оба аналоговых сигнала, поступающих из двух каналов, преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем. Монитор имеет, кроме преобразователя, микропроцессор с блоком программы.

Недостатками данного способа и устройства являются ограниченная область применения, невысокое качество регистрации за счет использования пьезодатчиков.
^

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT

Главным отличием автоматического тонометра от механического является простота его использования. Для измерения давления с помощью автоматического тонометра Вам необходимо всего лишь закрепить на руке манжету и надавить на кнопку. Через несколько секунд результат измерения появится на экране прибора.

Рисунок 3.1.1.1 Автоматический тонометр Omron M10 IT

Технические характеристики:

• 
  Метод измерения: осциллометрический;
• 
  Класс точности: клинически апробирован;
• 
  Индикатор аритмии;
• 
  Звуковой сигнал;
• 
  
• 
  Размер манжеты, см.: 22-42;
• 
  Усреднение результатов;
• 
  Точность измерения: давление в пределах +/- 3 мм. рт.ст.;
• 
  Точность измерения: пульс в пределах +/- 5% показаний.

^

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Полуавтоматические тонометры отличаются от автоматических моделей тем, что для измерения давление необходимо самостоятельно подкачивать воздух в манжету прибора при помощи груши. В это время непосредственно измерение показателей кровяного давления полуавтоматический тонометр осуществляет самостоятельно.

Точность показателей кровяного давления при его измерении с помощью полуавтоматического тонометра такая же, как и при использовании.

Рисунок 3.1.2.1 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Технические характеристики:

• 
  Класс точности: A/A;
• 
  Индикатор аритмии: есть;
• 
  Звуковой сигнал: есть;
• 
  Объем памяти: 21 измерение;
• 
  Элементы питания: 4 батарейки АА;
• 
  Размер манжеты, см.: 22-32.

^

3.1.3 Механический тонометр LD-81

Рисунок 3.1.3.1 Механический тонометр LD-81

Технические характеристики:

Диапазон измерения давления от 20 до 300 мм.рт.ст.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности прибора при измерении давления в манжете при температуре: от 18° до 33°С до +/- 3 в диапазоне от 60 до 240 мм.рт.ст. (до +/- 4 в остальных диапазонах). от 5° до 17° С и от 34° до 40° С до +/- 6.

Условия эксплуатации приборов: температура окружающего воздуха от + 10° С до + 40° С, относительная влажность от 30% до 85%, атмосферное давление от 86 до 106 кПА, температура хранения и транспортировки от - 34° С до + 65° С.

Стандартный размер манжеты для взрослого человека (окружность плеча приблизительно от 25 до 36 см).

Масса прибора не более 340 г.
^

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства

Задача данного изделия состоит в разработке метода определения артериального давления, основанного на оценке сдвигов соответствующих точек пульсовых волн при помощи предлагаемого устройства, которое бы упростило процедуру измерения, улучшить качество регистрации пульсовой волны, расширить функциональные возможности.

Принцип работы заключается в том, что на лучевой артерии регистрируют пульсовую волну двумя оптоэлектронными датчиками, измеряют координаты максимальных амплитуд пульсовых волн, измеряют модуль разности значений данных координат, по величине которого определяют среднее артериальное давление, диастолическое артериальное давление вычисляют из величины половины разности утроенного значения среднего и систолического давления, регистрируют первые производные этих пульсовых волн, измеряют смещение между максимальными амплитудами первых производных пульсовых волн в точках их перегибов, величину которого используют при определении систолического артериального давления посредством поправочного коэффициента.

Подробно схема проектируемого устройства описана ниже.

^

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме

Рисунок 3.3.1 Функциональная схема

^

3.4 Разработка модели

Устройство для неинвазивного измерения артериального давления содержит два датчика, выполненных на оптоэлектронных элементах, два канала НЧ-фильтров и два канала усилителей, входы которых соединены соответственно с выходами первых и вторых оптоэлектронных датчиков, два дифференциатора, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, дисплей и коммуникационный порт.

Описание функциональной схемы работы устройства, показанной выше: у пациента на лучевой артерии закрепляется силиконовое изделие, снабженное двумя инфракрасными излучателями и двумя фотоэлементами.

Свет от излучателей полностью внутренне преломляется, таким образом, напряжения на выходе фотоэлементов равно нулю.

При прохождении пульсовой волны по артерии, силиконовое изделие деформируется, таким образом, на фотоэлемент начинает поступать световой поток, что влечет появление ненулевого напряжения на выходе фотоэлемента.

Две идентичных пары излучатель-приемник размещены вдоль артерии, т.е. пульсовая волна, наблюдаемая под каждым из датчиков – одна и та же волна, сдвинутая по фазе.

Из-за полупроводникового характера фотоэлемента, а также по другим причинам, на выходе фотоэлемента будет присутствовать высокочастотный шум. Для фильтрации шума в каждом из каналов предусмотрен НЧ-фильтр, расчет которого приводится ниже.

После фильтрации сигнал необходимо усилить до уровня порядка 5В. Для этих целей используется усилитель на микросхеме операционного усилителя.

Полученный усиленный и очищенный от шумов сигнал поступает на дифференциатор, после чего 4 сигнала (2 усиленных и они же, но дифференцированные) поступают на 10-разрядный АЦП, после чего проходят обработку в микроконтроллере. По установленным алгоритмам и формулам МК производит расчет среднего, диастолического и систолического артериального давления и частоты пульса.

После получения результата он отображается на LCD-дисплее и передается для анализа и хранения на ПК через коммуникационный порт (RS-232)

Рисунок 3.4.1 Два оптоэлектронных датчика

Спаренные оптоэлектронные датчики 1 и 2 располагаются на лучевой артерии. Излучение, генерируемое источником излучения, отражаясь от исследуемого участка сосуда, модулируется по амплитуде пульсациями кровотока. Модулируемый поток преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал. В блоках фильтрации и усилителях происходит фильтрация и усиление сигнала. Отфильтрованные и усиленные сигналы пульсовых волн поступают на входы дифференциаторов, где происходит выделение первой производной систолического участка пульсовой волны. Сигналы, получаемые на выходах блоков усиления и дифференциаторов, подаются на аналого-цифровой преобразователь. В АЦП происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид, необходимый для работы микроконтроллера.

Рисунок 3.4.2 Пульсовые волны и их дифференциальная форма

Микропроцессором определяются координаты максимальных амплитуд пульсовых волн и вычисляется значение ∆T:

∆T = T 1 -T 2 , (1)

T 1 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

T 2 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Также определяются координаты точек перегиба (max дифференциальной формы пульсовой волны) систолического участка пульсовой волны и вычисляется значение ∆T п:

∆Т п = ∆Т 1 -∆Т 2 (2)

∆Т 1 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

∆Т 2 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Величина среднего артериального давления (P сред) обратно пропорциональна величине ∆Т:

P сред = F(∆T п). (3)

Величина систолического артериального давления (P сист) обратно пропорциональна величине ∆T п и зависит от ударного объема сердца:

P сист = F(∆T п). (4)

Диастолическое давление определяется из формулы (P диаст):

Проведенное статистическое моделирование обработки пульсовой волны в соответствии с формулой позволило определить точные зависимости для P сред с коэффициентом корреляции 0,95:

P сред = 86,3-0,82∆T для ∆T > 29. (8)

Аналогично получены зависимости для P сист с коэффициентом корреляции 0,89:

По таблице, которая записана во внутренней памяти микропроцессора, выбираются в соответствии с полученными величинами ∆T и ∆T п значения среднего и систолического артериального давления.

Полученные данные поступают на внутренний дисплей и на внешнее устройство.

Предлагаемый способ определения артериального давления прост, необременителен для пациента, т.к. время измерения занимает не более 30 сек.

Устройство для определения артериального давления изготавливается в виде автономного блока, связанного гибким кабелем с блоком датчиков. Оно имеет внешние разъемы для подключения устройств отображения или ПК. При этом на внешнее устройство может быть выведена диаграмма пульсовой волны обследуемого пациента и значения артериального давления, пульса.

При использовании предлагаемого устройства совместно с ПК имеется возможность значительного расширения круга решаемых задач.

Рисунок 3.4.3 Пример вывода данных о скорости пульсовой волны

Например, прибор позволяет в совокупности с компьютером и средствами хранения данных достаточно часто снимать показания и вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия (рисунок 3.4.3).
^

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов

4.1 Структурная схема

Структурная схема показывает, с помощью каких элементов реализуется требуемый функционал.

Рисунок 4.1.1 Структурная схема

На рисунке 4.1.1 представлена структурная схема проектируемого устройства. Рассмотрим ее подробнее.

В качестве фотоприемника используется отечественный фотоэлемент ФД256, обладающий необходимыми характеристиками и невысокой ценой. Сигнал с фотоэлементов снимается и передается на микросхемы низкочастотных фильтров.

Поскольку для работы прибора требуется регистрация пульсовой волны в двух точках, то естественно электронная часть устройства до микроконтроллера состоит из двух независимых каналов, звенья в которых полностью дублируются.

Низкочастотный фильтр – фильтр Баттерворта, реализованный на активных элементах (рисунок 4.1.2)

Рисунок 4.1.2 Принципиальная схема фильтра нижних частот

Параметры фильтра:

Частота среза – 20Гц

Ширина переходной области – 100Гц

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Детальный расчет фильтра приведен ниже в соответствующем разделе настоящей работы.

Для демонстрации работоспособности рассчитанного фильтра, его схема была собрана в среде Proteus и просимулирована. В качестве модели полезного сигнала использовалась синусоида, а в качестве шума – высокочастотная синусоида. Как видно из графиков, НЧ-фильтр блестяще справился с поставленной задачей для обоих каналов.

Рисунок 4.1.3 Симуляция НЧ фильтра

Рисунок 4.1.4 Принципиальная схема инвертирующего усилителя

Выходное напряжение после фотоэлемента - до 100мВ, поэтому для доведения уровня напряжения до величины 5В коэффициент усиления составляет 50.

Данный усилитель был собран в среде симуляции электроники Proteus. Ниже приведены графики его работы для двух каналов соответственно.

Рисунок 4.1.5 Симуляция для звена усиления

Рисунок 4.1.6 Принципиальная схема инвертирующуего дифференциатора

Для получения первой производной от обработанного сигнала используется звено дифференциации, выполненное на микросхеме операционного усилителя.

Данный дифференциатор был собран в среде симуляции электроники Proteus для демонстрации его работоспособности. Ниже приведены графики его работы и принципиальная схема в среде Proteus.

Рисунок 4.1.7 Графики работы и принципиальная схема дифференциатора

Четыре полученных сигнала подаются на вход АЦП. В качестве АЦП выбран встроенный 10-и разрядный АЦП на микроконтроллере ATmega. Его быстродействия и разрядности вполне достаточно для выполнения всех требуемых операций.

Дискретизация происходит с частотой 20Гц по прерыванию от встроенного таймера.

Замер жизненных параметров микроконтроллером производится в теле цикла в основной программе каждые 5 секунд. Полученные результаты отображаются на LCD-дисплее.

Дисплей MT-10S1 – 10-и символьный LCD-дисплей отечественного производства, описанный детальнее ниже.

Также полученные данные отправляются через порт RS-232 на ЭВМ, где могут быть сохранены, дополнительно обработаны, распечатаны и сохранены для дальнейшего анализа.

Для согласования уровней используется микросхема DS275. Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

• 
  
• 
  
• 
  

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05, рассчитанные на 5 вольт. Стабилизаторы являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности.

Все операционные усилители – отечественного производства и высокого качества. Детально их характеристики рассмотрены в соответствующем подразделе ниже.

^

4.2 ИК излучатель АЛ107А

Рисунок 4.2.1 Внешний вид ИК излучателя АЛ107А

Технические характеристики:

• 
  Технические характеристики;
• 
  Максимальное обратное напряжение 2 В;
• 
  Максимальный прямой ток 100 мА;
• 
  Максимальный импульсный прямой ток 600 мА;
• 
  Монтаж в отверстие;
• 
  Рабочая температура -60...85 С;
• 
  Мощность излучения P 5.5 мВт;
• 
  Прямое напряжение 1.8 В;
• 
  при токе Iпр. 100 мА;
• 
  Длина волны 953 нм;
• 
  Ширина спектра излучения 30 нм;
• 
  Видимый телесный угол 15 град.

^

4.3 Фотоэлемент ФД256

Рисунок 4.3.1 Внешний вид фотоэлемент ФД256

Фотодиод на основе кремния.

Технические характеристики:

• 
  Площадь фоточувствительного элемента (эффективная) 1.37мм 2;
• 
  Рабочая температура 20±5 ºC;
• 
  Рабочее напряжение 10 В;
• 
  Диапазон спектральной чувствительности 0,4 - 1,1 мкм;
• 
  Максимум спектральной характеристики 0,8 - 0,9 мкм;
• 
  Темновой ток не более 5 нA;
• 
  Интегральная токовая чувствительность не менее 0,02 мкА/лк;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 10 В) не более 12 нс;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 60 В), не более 2 нс;
• 
  
• 
  Корпус металлический;
• 
  Порог чувствительности, не более 1 x 10 -11 лм x Гц-1/2;
• 
  Электрическая плотность изоляции, не менее 180 В;
• 
  Входное окно линза;
• 
  Материал окна стекло C52-1;
• 
  Масса, не более 1 г;

• 
  Диапазон температур от –60º C до + 85º C;
• 
  Предельно допустимое напряжение 90 В;
• 
  Предельно допустимая освещенность 100000 лк;
• 
  Интенсивность отказов не более 3 x 10 -5 ч-1 в течение наработки 5000ч при доверительной вероятности 0,6.

^

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

ОУ КМОП-структуры чрезвычайно экономичны, имеют низкий входной ток смещения, работают от однополярного и двуполярного источника питания, обеспечивают выходное напряжение rail-to-rail. Из-за уникальной топологии, которая делает эти характеристики возможными, потребовалась новая Spice макромодель (SMM), чтобы получать точные результаты при моделировании схемных проектов средствами САПР.

Весьма удачная SММ КМОП ОУ была разработана корпорацией National Semiconductor, однако они не пишут модели для Российских микросхем аналогичного назначения.

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный операционный усилитель
KР1446УД1А KР1446УД1Б KР1446УД1В	2	1,3	80…96	3,0	1,0	1,1	2,5..7,0
2-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД2А KР1446УД2Б KР1446УД2В	2	0,05	80…96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
4-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД3А KР1446УД3Б KР1446УД3В	4	0,05	80...96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
2-канальный маломощный операционный усилитель
KР1446УД4А KР1446УД4Б KР1446УД4В	2	0,45	80...96	3,0	0,5	0,14	2,5...7,0
2-канальный быстродействующий операционный усилтель
KФ1446УД5А KФ1446УД5Б KФ1446УД5В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	2,5...7,0

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх Продолжение

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД11А KФ1446УД11Б KФ1446УД11В	2	1,3	80...96	3,0	1,0	1,1	3,0...12,0
2-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД12А KФ1446УД12Б KФ1446УД12В	2	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
4-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД13А KФ1446УД13Б KФ1446УД13В	4	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
2-канальный маломощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД14А KФ1446УД14Б KФ1446УД14В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	3,0...12,0

Рисунок 4.4.1 Распределение выводов ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Рисунок 4.4.2 Структурная схема ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

КР(КФ)1446УДхх - серия КМОП интегральных операционных усилителей (ОУ) с расширенным диапазоном допустимых входных (от -U до +UCC включительно) и выходных напряжений. Серия включает 9 ОУ: КР(КФ)1446УД1/УД2/УД3/УД4/УД5/УД11/УД12/ УД13/УД14.

Усилители имеют широкий диапазон допустимых напряжений питания. Напряжение питания может быть либо однополярным (-Ucc>0 или +UCC 0). В любом случае напряжение Ucc на выводе +UCC относительно вывода -Ucc может изменятся в пределах от +2.5В до +7В для усилителей УД1 , УД5 и от +3,0В до +12,0В для УД11 , УД14.

Серия КР1446УДхх предоставляет возможность выбора ОУ с требуемым током покоя на один усилитель (10мкА-УД2, 3, 12, 13; 100мкА-УД4, 14; 0.8mA - УД 1, 11; 2.4mA - УД5), который обеспечит оптимальное для конкретного приложения сочетание динамических и нагрузочных характеристик ОУ при минимальной потребляемой мощности.

Высокое входное сопротивление (>1000МОm) позволяет работать ОУ и с высокоимпедансными источниками.

В корпусе интегральной схемы размещается либо по 2 одинаковых ОУ (УД1, 11, 2, 12, 4, 14, 5), либо по 4 0У(УД3, 13).ОУвмикросхемахУД2 и УД3,атакже УД12 и УД13 идентичны.

ОУ предназначены для построения малогабаритных блоков различных устройств в качестве усилителей постоянного и переменного тока, импульсных сигналов, генераторов, компараторов и т.п. ОУ могут применятся при построении следующих видов устройств: источников питания, низкочастотных активных фильтров, усилителей с малыми входными токами, слуховых аппаратов, микрофонных усилителей, пикоамаперметров, интеграторов, аналого-цифровых устройств автоматики.

Технические характеристики:

• 
  Расширенный диапазон входных и выходных напряжений (от -Ucc до +UCC);
• 
  Широкий диапазон напряжений питания (от 2.5В до 7В и от 3,0В до 12,0В);
• 
  Широкий выбор токов покоя ОУ;
• 
  Высокое входное сопротивление (>1000 МОм);
• 
  Внутренняя частотная коррекция;
• 
  Конструкция - 8- и 14-выводной пластмассовый корпус DIP или SO.

^

4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1

Жидкокристаллический модуль MT–10S1 состоит из БИС контроллера управления и ЖК-панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG.

Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Модуль позволяет отображать 1 строку из10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК-панелью.

Рисунок 4.5.1 Внешний вид жидкокристаллического модуля MT–10S1

Модуль позволяет:

• 
  модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский;);
• 
  Работать как по 8-ми, так и по 4-ч битной шине данных;
• 
  принимать команды с шины данных;
• 
  записывать данные в ОЗУ с шины данных;
• 
  читать данные из ОЗУ на шину данных;
• 
  читать статус состояния на шину данных;
• 
  выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;
• 
  управлять подсветкой.

^

4.6 Микроконтроллер ATmega128

Для управления всем устройством, обмена данными с ПК был выбран микро контроллер ATmega128 производства фирмы Atmel. Эти микро контроллеры обладают рядом преимуществ перед другими микро контроллерами и схемами на традиционных аналоговых и цифровых компонентах:

• 
  Высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер;
• 
  Развитая RISC-архитектура:
  • 
    133 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл;
  • 
    32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией;
  • 
    Полностью статическая работа;
  • 
    Производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;
  • 
    Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;
• 
  Энергонезависимая память программ и данных:
  • 
    Износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание;
  • 
    Опциональный загрузочный сектор с отдельной программируемой защитой:
    • 
      Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой;
    • 
      Гарантированная двухоперационность: возможность чтения во время записи;
  • 
    Износостойкость 4 кбайт ЭСППЗУ: 100000 циклов запись/стирание;
  • 
    Встроенное статическое ОЗУ емкостью 4 кбайт;
  • 
    Опциональная возможность адресации внешней памяти размером до 64 кбайт;
  • 
    Программируемая защита кода программы;
  • 
    Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования;
• 
  Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1):
  • 
    Граничное сканирование в соответствии со стандартом JTAG;
  • 
    Обширная поддержка функций встроенной отладки;
  • 
    Программирование флэш-памяти, ЭСППЗУ, бит конфигурации и защиты через интерфейс JTAG;
• 
  Отличительные особенности периферийных устройств:
  • 
    Два 8-разр. таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения;
  • 
    Два расширенных 16-разр. таймера-счетчика с отдельными предделителями, режимами сравнения и режимами захвата;
  • 
    Счетчик реального времени с отдельным генератором
  • 
    Два 8-разр. каналов ШИМ;
  • 
    6 каналов ШИМ с программируемым разрешением от 2 до 16 разрядов;
  • 
    Модулятор выходов сравнения;
  • 
    8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования:
    • 
      8 несимметричных каналов;
    • 
      7 дифференциальных каналов;
    • 
      2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x;
  • 
    Двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате;
  • 
    Два канала программируемых последовательных УСАПП;
  • 
    Последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный;
  • 
    Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;
  • 
    Встроенный аналоговый компаратор;
• 
  Специальные возможности микроконтроллера:
  • 
    Сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;
  • 
    Встроенный калиброванный RC-генератор;
  • 
    Внешние и внутренние источники прерываний;
  • 
    Шесть режимов снижения энергопотребления: холостой ход (Idle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby) и расширенный дежурный (Extended Standby);
  • 
    Программный выбор тактовой частоты;
  • 
    Конфигурационный бит для перевода в режим совместимости с ATmega103;
  • 
    Общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода;
• 
  Ввод-вывод и корпуса:
  • 
    53 –программируемые линии ввода-вывода;
  • 
    64-выв. корпус TQFP;
• 
  Рабочие напряжения 4.5 - 5.5В;
• 
  Градации по быстродействию 0 - 16 МГц.

Ядро AVR сочетает богатый набор инструкций с 32 универсальными рабочими регистрами. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), который позволяет указать два различных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода за счет достижения производительности в 10 раз выше по сравнению с обычными CISC-микроконтроллерами.

ATmega128 содержит следующие элементы: 128 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кбайт ЭСППЗУ, 4 кбайт статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разр. АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать.

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

ATmega128 поддерживается полным набором программных и аппаратных средств для проектирования, в т.ч.: Си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисистемные эмуляторы и оценочные наборы.

Рисунок 4.6.1 – Расположение выводов микроконтроллера ATmega128
^

4.7 Преобразователь уровней DS275

Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

Рисунок 4.7.1 – Расположение выводов микросхемы DS275

Микросхема была выбрана в качестве преобразователя уровней, т.к. имеет ряд очевидных преимуществ:

Питается от линий RX/TX COM-порта

Работа в асинхронном полно дуплексном режиме

Не требует для работы внешних элементов, например конденсаторов (в отличие от аналога – MAX232)

Рисунок 4.7.2 – Пример включения микросхемы DALLAS DS275

Технические характеристики микросхемы:

• 
  Напряжение питания – 5/12В;
• 
  Напряжение на выходе - ±15В;
• 
  Рабочий диапазон температур – 0С…+70С.

^

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12

Рисунок 4.8.1 – Расположение выводов регулятора напряжения LM78LXX

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05 и LM78L12, рассчитанные на 5 и на 12 вольт соответственно. Оба стабилизатора являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности и обладают схожими техническими характеристиками:

• 
  Выходное напряжение меняется на ±5% в зависимости от температуры (см. рисунок 4.8.2);
• 
  Выходной ток – до 100мА;
• 
  Встроенная термозащита;
• 
  Встроенный ограничитель по току;
• 
  Доступен в различных корпусах (TO-92, SO-8, различные SMD корпуса и др.);
• 
  Не требует внешних компонентов;
• 
  Напряжение выхода 5 и 12 В.

Рисунок 4.8.2 – Температурная характеристика стабилизатора
^

4.9 Расчет фильтров

К сожалению, получаемый с фотоприемников сигнал является зашумленным. Этот шум имеет две составляющие - фотонный шум и полупроводниковый шум - и носит характер высокочастотного.

Для решения проблемы зашумленного сигнала был спроектирован фильтр низких частот, который должен быть расположен после каждого из фотоприемника.

Как известно, максимальная частота пульса - около 200 ударов в минуту, т.е. до 4Гц. Для повышения точности измерений будем снимать показания 20 раз в секунду, т.е. частота среза для НЧ фильтра составит 20Гц.

Поскольку расчет фильтра и номиналов компонентов - несложное, но кропотливое занятие, при выполнении которого легко ошибиться, мы использовали для расчета фильтра специальное ПО, разработанное на кафедре АУТС.

Рисунок 4.9.1 Параметры НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.1 приведены параметры рассчитываемого фильтра. Т. к. в состав схемы уже включен усилитель, от фильтра не требуется дополнительное усиление в области пропускания и коэффициент усиления установлен равным единице.

Рисунок 4.9.2 Сравнение различных типов фильтров

Было решено использовать фильтр Баттерворта, т.к. он позволяет получить очень гладкую АЧХ в области усиления (Рисунок 4.9.2). Пологость же линии среза компенсируется тем, что высокочастотные шумы все равно начинаются с частоты около 1кГц, т. о. они будут очень сильно затухать.

Рисунок 4.9.3 Принципиальная схема включения звена фильтра

Программа расчета предложила фильтр Баттерворта второго порядка, который легко реализовать с помощью всего одного звена, приведенного на рисунке 4.9.3.

Рисунок 4.9.4 Рассчитанные номиналы элементов

На рисунке 4.9.4 приведены рассчитанные номиналы элементов фильтра, приведенные к стандартному номинальному ряду.

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Рисунок 4.9.5 АЧХ НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.5 приведена АЧХ рассчитанного фильтра. Легко видеть, что рассчитанный фильтр полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

^

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления

Рисунок 5.5.1 - Блок-схема функции расчета систолического давления

^

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран

Рисунок 5.6.1 - Блок-схема функции вывода данных на экран
^

6 Описание принципиальной схемы

В полном соответствии со структурной схемой, ниже приведено описание отдельных блоков и элементов схемы принципиальной электрической.

Спроектированное устройство состоит из двух каналов передачи данных, микроконтроллера со встроенным АЦП, ЖК-дисплея и коммуникационного порта. Каждый канал передачи данных состоит из оптопары, НЧ-фильтра, усилителя и дифференцирующего звена.

^

6.1 Описание отдельных элементов

6.1.1 Аналоговые цепи

XP4 – разъем для подключения к двум оптопарам

Низкочастотные фильтры используются для отсечения высокочастотного полупроводникового и фотонного шума от полезного сигнала, получаемого с фотоэлементов, входящих в состав оптопар.

R1, R2, R3, R4, C6, C7, DA1 и R10, R11, R12, R13, C9, C10, DA4 – низкочастотные фильтры с частотой среза 20Гц.

Поскольку сигнал, получаемый с фотоэлементов, обладает амплитудой всего до 100мВ, то используются усилителя сигнала на микросхемах операционного усилителя, для поднятия уровня сигнала до 5В.

R5, R6, R7, DA2 и R14, R15, R16, DA5 – усилители на микросхемах операционного усилителя с коэффициентом усиления К=50.

Для получения первой производной от отфильтрованного сигнала используется пара дифференцирующих звеньев.

R8, R9, C8, DA3 и R17, R18, C11, DA6 – дифференциаторы с постоянной времени T=0.1

6.1.2 Микроконтроллер

Встроенный в микроконтроллер АЦП производит дискретизацию 4-х получаемых потока данных; микроконтроллер осуществляет обработку полученных данных, производит расчет среднего, диатолического и систолического давления, а также пульса. Кроме того, микроконтроллер производит индикацию на ЖК-дисплее и передает полученные данные на ПК через коммуникационный порт.

DD1 – микроконтроллер со встроенным 10-и разрядным АЦП

Q1 – кварцевый резонатор с частотой 20МГц

C1, C2 – вспомогательные конденсаторы для колебательного контура

^

6.1.3 Коммуникационные устройства

Для информирования пользователя используется ЖК-дисплей, а для передачи данных на ПК – коммуникационный порт RS-232.

DD2 – микросхема согласования уровней напряжения для порта RS-232

XP1 – разъем коммуникационного порта RS232

XP3 - разъем для подключения жидкокристаллического дисплея

^

6.1.4 Цепь питания

Цепь питания обеспечивает стабильное напряжение 5В для питания всех активных аналоговых и дискретных компонентов устройства.

XP2 – разъем для подключения внешнего источника питания

DA0 – стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание устройства с напряжением 5В.

Заключение

В данной работе спроектирован прибор для неинвазивного измерения
артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой
прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности
с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную
статистику изменения этих показаний и таким образом даже
прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.
Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе,
не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования
вне медицинских учреждений.

Во время проектирования устройства были в полной мере задействованы знания и навыки, полученные за годы изучения специальности «Автоматика и управление в технических системах».
^

Приложение А

Сюды вставится листег с заданием.

А тут будет страничка календарного плана

Приложение В

Список литературы

1. 
   Новацкий А.А Электронный конспект по курсу «Компьютерная электроника».
2. 
   Дж. Ф. Янг Робототехника Ленинград, «Машиностроение», 1979г.
3. 
   А. А. Краснопрошина Электроника и микросхемотехника Киев, «Высшая школа», 1989г.
4. 
   Денисенко Т.А, Тихончук С.Т Методические указания по применению контроллеров семейства SIMATIC S5, ОГПУ, 1998г.
5. 
   Ямпольский Л.С, Мельничук П.П, Самоткин Б.Б Гибкие компьютеризированные системы, Житомир, 2005 г.
6. 
   Д. Морман, Л. Хеллер Физиология сердечнососудистой системы.
7. 
   Мандел В.Дж. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение. В 3-х томах
8. 
   Яковлев В.Б., Макаренко А.С., Капитонов К.И. Диагностика и лечение нарушений ритма сердца.