XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экспресс анализатор для пациентов заведений социального назначения
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Проблема:
Отсутствие мобильных приспособлений такого направления.
Гипотеза:
Попытка устранить имеющуюся проблему
План:
-
Изучение литературы, связанной с историей пульсовой диагностики.
-
Изучение схем и методов имеющихся стационарных приборов и приспособлений, связанных с пульсовой диагностикой.
-
Разработка схемы инфракрасного анализатора наполнения сосудов кровью. Много времени ушло на испытание по определению наполнения сосудов, используя естественное освещение. От этого метода отказался из-за сильного влияния внешних факторов. Работа с инфракрасной оптопарой дала положительные результаты. Для снятия информации об изменении прозрачности был разработан очень чувствительный усилитель со специальными фильтрами, отсеивающими фоновое влияние.
-
Разработка схемы переноса частоты и характера наполнения крови в сердце в диапазон приемлемой для человеческого уха.
-
Разработка измерителя количества ударов сердца и количества кислорода в крови.
-
Разработка печатных плат и монтажа.
-
Компоновка и внешнее оформление.
-
Испытание и доводка.
Обоснование проблемы:
В настоящее время уже находятся в пользование многие устройства, которые определяют частоту сердечного сокращения, а так же насыщения крови кислородом, но согласитесь, когда вы слышите работу сердца ,это гораздо больше , чем увидеть цифровые результаты замеров тех или иных устройств.
Особенно тем, кто страдает аритмией, причём в различных её формах.
Информация о месте выполнения работы
Работа выполнялась в лаборатории радиотехнического конструирования муниципального автономного учреждения дополнительного образования Центре технического творчества «Новолипецкий» города Липецка, под руководством Самохина Юрия Петровича, педагога дополнительного образования муниципального автономного учреждения дополнительного образования Центра технического творчества «Новолипецкий» города Липецка
Основное содержание
Пульс (от лат. pulsus — удар, толчок) — толчкообразные колебания стенок артерий, связанные с сердечными циклами.[] В более широком смысле под пульсом понимают любые изменения в сосудистой системе, связанные с деятельностью сердца. Частота пульса может быть использована для контроля здоровья сердца и уровня физической способности человека вообще. Исследования пульса с диагностической целью приводили еще в Александрии во времена династии Птолемеев. И уже в те времена писались трактаты о пульсе. И до сегодняшнего дня это направление остается исследовательским. Появились сообщения о том, что измерения пульса проводят путем анализа малозаметных изменений цвета кожи, а так же по микроскопическому движению головы, вызванных толчками движущейся по артериям крови. Мои исследования и разработки на много скромнее, но хочется надеяться, что и они сыграют положительную роль.
Рассмотрим работу предложенного экспресс анализатора по функциональной схеме (смотрите приложение 1)
Полученные данные об изменении наполнения сосудов пальца кровью, усиливаются и подаются на распределитель, т.е. устройство, служащее связывающим звеном между усилителем и блоками световой и звуковой индикации. Микроконтроллер отслеживает частоту сердечных сокращений, а также насыщения крови кислородом. Отдельно остановимся на блоке
звуковой информации. Чтобы удары были слышны, и был слышен характер наполнения желудочек сердца кровью, была разработана схема частотного переноса. То есть два высокочастотных кварцевых генератора работают на смеситель. В случае равных частот с выхода смесителя нет никакого сигнала. А теперь подадим на один из генераторов огибающую наполнения крови. Не на сам генератор, а на варикап он будет менять свою емкость, повторяя характер огибающей. Изменение емкости вызовет изменения частоты генератора и при вычитании на выходе смесителя услышим приемлемый для слуха характер наполнения кровью желудочка сердца.
Для контроля частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом (SpO2), применил датчик пульсоксиметрии типа MAX30102[2]. Полученные данные с этого датчика поступают на микроконтроллер LGT328[3], где программно обрабатываются и выводятся на двух строчный, жидко кристаллический дисплей.
Блок световой индикации не требует особых пояснений. Огибающая характера наполнения, усиливается и подается на сверх яркий светодиод, который и индицирует происходящее.
Рассмотрим работу экспресс анализатора по принципиальной схеме. Датчик сердцебиения состоит из диода инфракрасного излучения и фотодиода, которые установлены в проемы темной пластмассовой пластины размером 20х10х6мм.
Пальцем перекрывают излучающий диод и фотодиод. Полученное напряжение с фотодиода через конденсатор С2 (смотрите приложение 2) подается на двухкаскадный усилитель собранный на микросхеме TDA7050[4] имеет общий коэффициент усиления 5000. К фильтрующим элементам относятся С3,С4,С5,R5,R7. Усиленный и отфильтрованный сигнал приходит на распределитель, собранный на одном элементе DD1.С выхода этого элемента сигнал поступает на световой индикатор VD4, предварительно усиленный по току двумя параллельно соединёнными логическими элемента микросхемы DD1 и одновременно с распределителя, огибающая сигнала поступает на варикап VD3 типа КВ103, изменяющая емкость варикапа ,совместно с емкостью C6 изменяет частоту кварцевого генератора Q2 ( Смотрите приложение 2).Блок получения звуковой информации характера работы сердца, собран на одной логической микросхеме DD2 типа К561ЛА7, внутри которой находятся, 4 логических элемента И-НЕ.
На элементах DD2.1 и DD2.2 собраны кварцевые генераторы. ЭлементDD2.3 является инвертором, а элемент DD2.4 смесителем. Разностный сигнал пройдя через фильтр С13, С9, L1, С10 поступает на усилитель мощности звука, который собран на микросхеме А2 типа TDA7052[5] в нагрузке которого установлен динамик. На лицевой панели расположены, кнопка включения питания устройства, кнопка сброса и кнопки отключения световой и звуковой индикации. (смотрите Фото 1)
Все устройство питается от аккумуляторной батареи на 7,2В с последующей стабилизацией на 5В, наибольший ток потребления 100мА. Устройство может работать и через адаптер для этого имеется специальный разъем. Корпус экспресс анализатора взят от неисправного бытового телефона.
Навыки, приобретённые при работе
1.Разработка схем датчиков и согласующих устройств.
2.Создание программы для микроконтроллера.
3.Пайка радиодеталей.
Список литературы
1.[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81]
2.[https://iarduino.ru/shop/Sensory-Datchiki/cifrovoy-datchik-pulsa-max30102-i2c.html]
3.[ https://alexgyver.ru/lessons/lgt8f328/]
4.[ https://radiostorage.net/772-skhema-usilitelya-nizkoj-chastoty-unch-na-mikroskheme-td7050-2-6v-140mvt.html]
5.[https://www.qrz.ru/schemes/contribute/audio/amplifiers/shema-usilitela-na-mikrosheme-tda7052-3-18w-1wt.html]
Приложения
Фото1