Микроконтроллерный стенд для оценки метрологических характеристик биомедицинских датчиков

Кычкин Алексей Владимирович; Андреев Евгений Игоревич

УДК 681.3

Е.И. Андреев, А.В. Кычкин

Пермский государственный технический университет

МИКРОКОНТРОЛЛЕРАМ СТЕНД ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОМЕДИЦИНСКИХ ДАТЧИКОВ

Рассмотрен вариант реализации стенда оценки погрешности датчиков пульсовой волны (далее ПВ) на базе микропроцессора А УЯ ATmega 8.

Целью работы стенда оценки погрешностей датчиков ПВ является имитация реальной работы датчиков ПВ, а также снятие их временной характеристики. Для имитации пульсовой волны используются два контактных реле В1, В2 с закрепленными на них датчиками ПВ1 ПВ2. Для управления реле используется микроконтроллер ЛУЯ Л1те§а 8. Для связи микроконтроллера и ПК используется специальная микросхема Й232т1.

На рис. 1 показана схема стенда оценки погрешности датчиков ПВ.

МК1

В1 Д1

В2 Д2

линия электропитания физическая связь

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования погрешности измерений

В состав стенда входят:

- микроконтроллер (МК1) - осуществляет управление возбудителями В1 и В2;

- микроконтроллер (МК2) - осуществляет аналогоцифровое преобразование сигналов, идущих с Д1 и Д2 (датчики ПВ), формирование

пакета данных и последующую их передачу через И2 на ПК для последующей обработки и анализа;

- интерфейс (И1 и И2) МК< - >ПК - служит для связи микроконтроллера и ПК. В нашем случае используется мост иБЛЯТ (универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик) < - > иБВ (универсальная последовательная шина).

Более подробно данные компоненты будут рассмотрены ниже в составе индивидуальных принципиальных схем.

При кратковременной подаче электрического сигнала постоянного тока на контактное реле происходит перемещение рычага и размыкание питающей цепи реле, вследствие чего колебательное движение передается на датчик.

1/СС сс

4-

В2

<3“

19

~2Т

30

31

32

23

24

25

26

27

VCC СС R)

4----П^г

ш

РСв

28

29

С?

Tiph

ID

£3

О о и и > > О м-<л £

ADC6 ADC7 PDO/Rxd PDI/Txd PD2/IN10 PB5/SCK PB4/MISO PB3MOSI PB2JSS РВ1/ОС1А PB0/ICP1 Р05Д1

PCO/AdcO РОАПО

PC 1/Add PD3/INT1

PC2/Adc2

PC3/Adc3 PD7/Ain

PC4/SDA PDft/Am*

PC5/SDL PB7/Xtal2

PB6/Xtal1

о z о о о z z о о

16

15

- SCK

- MiSO

- MOSI

- SPICS

ATMEGA48-88-168

GND

RIO TODTR —>

330

16 MHz

C2

22pF

CCi

~22ph

GND

Рис. 2. Принципиальная схема включения МК AVR Atmel ATmega8-16PU(MK1)

Основой устройства является 8-разрядный микроконтроллер серии ЛУЯ Л1те1 ЛTmega8-16PU (рис. 2), содержащий: быстрый ЫБК-процессор, два типа энергонезависимой памяти (флеш-память программ и память данных ЕЕРЯОМ), оперативную память ИЛМ, порты ввода/вывода и различные периферийные интерфейсные схемы (табл. 1).

Выбор данного микроконтроллера обусловлен его низкой стоимостью и хорошими функциональными возможностями, в отличие от микроконтроллеров конкурентов, находящихся в данном ценовом диапазоне (в частности, микроконтроллер PIC16C72 компании «Microchip» имеет куда более скромные функциональные возможности, при гораздо более высокой цене), что особенно важно, микроконтроллер не требует дорогого программатора и имеет встроенный последовательный интерфейс.

Таблица 1

Характеристики МК AVR Atmel ATmega8-16PU

Параметр Номинал

Flash 8 KB

EEP ROM 512 B

RAM ROM 1 KB

ISP (I), Self-Prog (S) I, S

I/O (Pins) 23

Интерфейсы UART,SPI,I2C

8/16-bit Timer 2/1

N-канальный ШИМ 3

Аналоговый компаратор +

N-канальный АЦП 10bit 6/8

Внутренний RC-генератор +

Сторожевой таймер +

Апп. умножитель +

Количество инструкций 130

Vcc (V) 2,7-5,5, 4,0-5,5

Тактовая частота, Мгц 0-8, 0-16

Тип корпуса DIP28,TQFP32,MLF32

В качестве моста, связующего МК и ПК, используется микросхема РТБ1 БТ232Я. Микросхема РТБ1 БТ232Я (рис. 3) (БТ232ЯЬ и РТ232Я0) является высокоинтегрированным переходником ШЛЯТ < - > иБВ и позволяет, используя минимум внешних компонентов (разъем и пассивные компоненты), организовать последовательный обмен данными с шиной ИБВ-компьютера. У БТ232Я на кристалл интегрированы тактовый генератор, энергонезависимая память ББРЯОМ, часть внешних пассивных компонентов.

3<|> -■&

-4г

1

Т

[_1 10цН

С5

МЗпГ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ТХР ОЗСО

01ИП 1С2 ОЭС!

НТВ# ТЕ5Т

УСС10 AGND

Р!ХО -Л ыс

т# Й свиэо

сЗ СВ1151

1ЧС ¡1 СШ

□ЭР?# УСС

□со# (ЗЁвЕТ#

стэ# ©№

СВиБ* зузоит

СВиБ2 иэвом

свизэ иЗВРР

смо

+54/

Р!Х

тх

1

С6

^0,1 ^0,1 ^

С4

ЮиР

Рис. 3. Принципиальная схема включения РТБ1 РТ232Я(И1 и И2)

Схема включения БТ232Я очень проста и содержит в себе самый минимум элементов. Единственной сложностью в ее разработке являются размеры самой микросхемы - она имеет очень маленький шаг ножек (0,65 мм) и их толщину (0,3 мм). Для распайки схемы модуля понадобятся паяльная станция и опыт в пайке БМБ-компонентов (по заявлению производителя микросхема БТ232ЯЬ выдерживает сильный перегрев и хорошо защищена от статики, что позволяет произвести распайку обычным паяльником с тонко заточенным жалом).

Таблица 2

Характеристики БТБ! БТ232Я

Параметр Номинал

Интерфейс ШБ 1.1, ШБ 2.0, ШЛЯТ

Внутренний генератор +

Напряжениями внешней логики от 1,8 до 5 В

Напряжения питания 3,3 и 5 В

Встроенный стабилизатор на 3,3 В +

Скорости обмена до 3 Мбод

Температурный диапазон от -40° до +85°С

Уникальный ИД номер +

Основные возможности и особенности микросхемы переходника ШЛЯТ < - > иББ представлены в табл. 2.

Получено 04.10.2010

Текст научной работы на тему «Микроконтроллерный стенд для оценки метрологических характеристик биомедицинских датчиков»