Разработка переносного микропроцессорного фонокариографа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на выполнение курсовой работы

Диапазон частот регистрируемого сигнала, Гц 20 - 1000

Тип микрофона Электрет

Погрешность регистрации сигнала, не более % 1,0

Количество частотных диапазонов 5

Напряжение питания, В 9

Средство передачи информации на ПЭВМ IR

Автономность работы системы, не менее часов 2

Серия микроконтроллера ATMEL

Введение

микропроцессорный фонокариограф усилитель контроллер

Целью курсовой работы является приобретение навыков разработки цифрового устройства на базе микроконтроллера, обоснования выбора структурной схемы устройства, элементов цифрового устройства, обоснование выбора принципиальной схемы и выбора элементов принципиальной схемы, расчета элементов принципиальной схемы, разработки алгоритма работы цифрового устройства, разработки программного обеспечения.

В курсовой работе разрабатывается переносной микропроцессорный фонокариограф, который регистрирует тоны и шумы, возникающие в ходе сердечной деятельности. Сердечные мышцы, клапаны, сухожилия, крупные сосуды, подходящие к сердцу, поток крови являются причинами появления комплекса механических колебаний, причем элементы, под действием сокращения или расслабления сердца совершают механические колебания, что приводит к появлению шумов различной частоты. Фонокардиографический метод объективизирует данные о тонах и шумах сердца, позволяет рассчитать временные соотношения и некоторые показатели, дает возможность наблюдать за динамикой изменения звуков сердца в связи с течением патологических процессов, их терапией и хирургическими вмешательствами на сердце.

Обоснование выбора структурной схемы и ее элементов

Звуковой сигнал поступает на микрофон (М), где преобразуется в электрический, затем он усиливается до нужного уровня участке схемы, включающей автоматически регулируемый усилитель (АРУ), выпрямитель (В) и дифференциальный усилитель (ДУ), и смещается по уровню на величину опорного напряжения, поступающего с источника опорного напряжения (ИОН), в сумматоре (С). После этого сигнал поступает на микроконтроллер (МК), где фильтруется и преобразуется в цифровой код для передачи на ПЭВМ при помощи инфракрасного контроллера (ИКК) и выведения на дисплей (Д). Управление работой устройства осуществляеся при помощи блока управления (БУ), а питание- при помощи блока питания (БП), преобразователя напряжения (ПН) и стабилизатора напряжения (СН).

Оценка сигналов на входах и выходах элементов структурной схемы

Еп - напряжение питания, указанное в задании (9В).

Uст - напряжение на стабилизаторе, используемое для питания некоторых элементов.

Uоп - опорное напряжение, используемое для смещения сиглала по уровню и для питания АЦП микроконтроллера.

U - напряжение сигнала после усиления.

Обоснование выбора и рассчет элементов принципиальной схемы

1. Микроконтроллер ATmega8.

Питание:

Порт B:

Порт C:

Порт D:

Напряжение питания: +4,5 - +5,5 В.

Напряжение питания АЦП: 5 В.

2. Автоматически регулируемый усилитель AD8264.

Напряжение питания: 2,5 - 5,5 В.

Усиление: 0 - 30 Дб.

3. Инфракрасный контроллер IR-D14.

Напряжение питания: 5 В.

4. Дисплей LCD HD44780.

Напряжение питания: 5 В.

5. Микрофон WM-53BM.

Частотный диапазон: 20-16000 Гц.

Напряжение питания: 1,5 - 10 В.

Чувствительность 60 мВ/Па.

В фонокардиографе давление на мембрану микрофона составляет порядка 5·10-4 Па. Исходя из этих данных, рассчитаем напряжение на выходе микрофона.

Uвых.=S*Pa=60*5·10-4 =0,03мВ.

6. Выпрямитель.

При демодуляции сигнала частот 20 - 20000 Гцв выпрямителе применяются кремниевый или германиевый диоды, конденсатор емкостью 10 - 47 нФ и резистор сопротивлением 10 - 50 кОм. Возьмем С=30нФ, R=30кОм.

7. Дифференциальный усилитель.

Vout=V2*k2-V1*k1

k2=((R3+R1)*R4)/((R4+R2)*R2)

k1=R3/R1

Т.к. нужно лишь вычесть один сигнал из другого:

k1=k2=1 => R1=R2=R3=R4=R

Возьмем R=10кОм.

8. Сумматор.

Vout=V1*k1+V2*k2

k1=R1/R2

k2=R1/R3

Т.к. нужно лишь сложить сигналы:

k1=k2=1 => R1=R2=R3=R

Возьмем R=10кОм.

9. Преобразователь напряжения.

В преобразователе напряжения для снижения помех с входа используются конденсаторы с низкой проходной емкостью 25-45пФ. Возьмем С1=С2=35пФ.

10. Стабилизатор напряжения 142ЕН5.

Напряжение питания: < 15 В.

Выходное напряжение: 5 В.

11. Источник опорного напряжения ADR821.

Напряжение питания: 2,8 - 15 В.

Опорное напряжение: 2,5 В.

Принципиальная схема

Заключение

В курсовой работе был разработан фонокардиограф на базе микроконтроллера со следующими характеристиками элементов:

Для улучшения работы данного устройства передачу данных можно осуществлять по Bluetooth каналу, т.к. во время использования инфракрасного порта при малейшем смещении приемника или передатчика могут возникнуть сбои в передаче информации или она может прекратиться совсем.

Размещено на Allbest.ru