CC BY
14
Ш: 10.60aVrrP.figshare13298972 LCC - № R855-855.5
РОЗРОБКА ПУЛЬСОМЕТРА НА БАЗ1 КОНТРОЛЕРА ATMEGA328P Нов1кова А.О.1, Ермоленко Я.В.1, Маломуж Т.В.2, Довгань О.О.2
1 Херсонська державна морська академiя
2 Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
Corresponding author: Новiкова А.О., к.т.н., доц., E-mail gingary1979@gmail.com
Abstract. Today's problem is
quarantine. During quarantine measures for elderly patients and patients with high fever, access to the clinic is limited. Therefore, the interaction with the family doctor requires as many physiological indicators as possible for a correct diagnosis.
But to provide all patients with Holter monitoring devices is quite expensive for the state, so it is necessary to develop a low-cost device.
The purpose of the study is to develop a pulse wave monitoring device. To achieve this goal it is necessary to solve the following tasks:
1. Conduct a literature analysis of heart rate monitoring methods;
2. Develop a schematic diagram of a heart rate monitor based on the ATmega328P controller.
3. Simulate the device in the ISIS Proteus software.
4. Calculate the accuracy and reliability of the results.
The choice of ATmega328P controller is explained by the following considerations.
Анотащя. Проблема сьогодшшнього дня -це карантин. В перюд карантинних заходiв для л^шх пащенпв та пащенпв яю мають високу температуру обмежують доступ до полшлшши. Тому взаeмодiя з амейним лiкарем потребуе як можливо бшьшо! кiлькостi фiзiологiчних показникiв для правильно! постановки дiагнозу.
Але забезпечити Bcix пацiентiв приладами Холтеровського монiторингу досить дорого для держави, тому необхщно розробити прилад низько! собiвартостi.
Метою дослщження е розробка приладу мошторингу пульсово! хвилi. Для досягнення мети необхщно виршити наступнi завдання:
1. Провести л^ературний аналiз методiв мошторингу пульсу;
2. Розробити принципову схему пристрою вимiрювання пульсу на базi контролеру ATmega328P.
3. Провести моделювання пристрою у програмному засобi ISIS Proteus.
4. Розрахувати точшсть та достовiрнiсть результатiв.
Dateof Ffeview 27.10.2020 7:57
ISSN 2311-1100
Literature analysis has shown that it must
be simple to design a device that can be used by the elderly. This is a MegaD-328 device. The word "mega" has a double meaning. On the one hand, this indicates the wide capabilities of the device, on the other hand, indicates the microprocessor used in the module Atmega328. The MegaD-328 module is a device that can operate in both decentralized and centralized circuits. The user uses the Web interface to configure the device so that when you press the button, turn on certain connected devices. At the same time there is a possibility of remote control of the connected loadings and change of logic of work by means of the Web-interface built in MegaD-328. the user can work through his iPhone, HTC or Samsung with a beautiful Webinterface of the server, and the server in turn will transmit commands to MegaD-328 devices over Ethernet. Low sensitivity to interference, built-in anti-collision mechanism.
To analyze the signal conversion, use the program Labview.
CC-BY-NC
Вибiр контролера ATmega328P
пояснюеться наступними MipKyBaH^M^ З л^ературного аналiзy з'ясовано, що для розробки пристрою, який можливо використовувати ттшм людям, вш повинен бути простим. Мова йде про пристрш MegaD-328. Слово "мега" мае подвшний сенс. З одного боку це говорить про широк можливосп пристрою, з шшого боку вказуе на застосовуваний в модyлi мшропроцесор Atmega328. Модуль MegaD-328 е пристроем, який може працювати як в децентралiзованоi схемою, так i в централiзованiй. Користувач за допомогою Web-iнтерфейсy налаштовуе пристрш таким чином, щоб при натисканш на кнопку, включалися тi чи iншi пiдключенi прилади. При цьому iснyе можливiсть вiддаленого yправлiння тдключеними навантаженнями i змiни логiки роботи за допомогою вбудованого в MegaD-328 Web-штерфейсу. користувач може працювати через свш iPhone, HTC або Samsung з красивим Web-штерфейсом сервера, а сервер в свою чергу буде передавати команди пристроiв MegaD-328 по мереж Ethernet. Низька чутливють до перешкод, вбудований механiзм боротьби з колiзiями.
Для проведення аналiзy перетворення сигналу скористаемося програмою Labview.
Keywords: пульс, оксiметрiя, холтер. Section: Biosignal Processing
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
Introduction. В наш час телемедицина все бшьше стае актуальною. Проблема
сьогодшшнього дня - це карантин. В перюд карантинних заходiв для л^шх пацiентiв та пащенпв якi мають високу температуру обмежують доступ до полiклiнiки. Тому взаемодiя з сiмейним лiкарем потребуе як можливо бшьшо'' кiлькостi фiзiологiчних показникiв для правильно'' постановки дiагнозу.
Але забезпечити всiх пацiентiв приладами Холтеровського мошторингу досить дорого для держави, тому необхщно розробити прилад низько'' собiвартостi. Отриманi результати в подальшому можуть використовуватися для створення Холтеровського мошторингу для телемедицини.
Анал1з проблеми.
Objective. Метою дослщження е розробка приладу мошторингу пульсово'' хвилi. Для досягнення мети необхщно виршити наступш завдання:
1. Провести лiтературний аналiз методiв монiторингу пульсу;
2. Розробити принципову схему пристрою вимiрювання пульсу на базi контролеру ATmega328P.
3. Провести моделювання пристрою у програмному засобi ISIS Proteus.
4. Розрахувати точшсть та достовiрнiсть результатiв.
Materials and methods.
Вибiр контролера ATmega328P пояснюеться наступними мiркуваннями. З л^ературного аналiзу з'ясовано, що для розробки пристрою, який можливо використовувати л^шм людям, вш повинен бути простим. Мова йде про пристрш MegaD-328. Слово "мега" мае подвшний сенс. З одного боку це говорить про широк можливосп пристрою, з шшого боку вказуе на застосовуваний в модулi мшропроцесор Atmega328. Модуль MegaD-328 е пристроем, який може працювати як в децентралiзованоï схемою, так i в централiзованiй. Користувач за допомогою Web-штерфейсу налаштовуе пристрш таким чином, щоб при натисканш на кнопку, включалися т чи iншi пiдключенi прилади. При цьому iснуе можливiсть вiддаленого управлiння тдключеними навантаженнями i змiни логiки роботи за допомогою вбудованого в MegaD-328 Web-штерфейсу. користувач може працювати через свш iPhone, HTC або Samsung з красивим Web-штерфейсом сервера, а сервер в свою чергу буде передавати команди пристро'в MegaD-328 по мереж Ethernet. Низька чутливють до перешкод, вбудований мехашзм боротьби з колiзiями.
Для проведення аналiзу перетворення сигналу скористаемося програмою Labview. Елементи контролю представлеш двома цифровими вводами, елементи шдикаци представлеш двома цифровими шдикаторами Рис. 1.
Рис. 1. Розташування елеменпв шдикацп та контролю
Програма LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) мае ушкальний графiчний штерфейс i програмування, яке iстотно вiдрiзняеться вiд роботи на Java або C. Створення додатюв являе собою процес утворення блок^аграми з графiчних образiв, що дозволяе сконцентрувати всю свою увагу тiльки на робот з потоком даних. Будь-яка програма е вiртуальним приладом, що мае «лицьову панель» (всi засоби введення-виведення для керування приладом: перемикач^ кнопки, свгглодюди, iнформацiйнi табло, лампочки, графши, текстовi поля та iнше) i «блок-схему» (логiка роботи програми) . Вс частини програми з'еднанi мiж собою нитками, за якими вщбуваеться передача даних. Кожен вiртуальний прилад може включати в себе iншi вiртуальнi прилади. Система, створена в LabVIEW, набагато перевершуе будь-який реально юнуючий лабораторний iнструмент, дозволяючи самостшно визначати потрiбнi функцп створюваного апарату. Програма LabVIEW мае ще ту перевагу, що вона зменшуе час програмування будь-яких вимiрювальних приладiв.
Використовуемо пряме з'еднання елемешив на блок-схемi без використання функцiй (Рис. 2).
Рис. 2. Блок-схема пульсоксиметра у Labview
Для створення пристрою необхщно роздшити роботу на два етапи:
- Створення програми для мшроконтролеру яка буде пщраховувати пульс
- Моделювання та зборка пристрою
Для написання програми необхщно скористатися готовими бiблiотеками Arduino та програмним засобом Arduino IDE.
Програма та роз'яснення ii функцiй представленi нижче:
#include <LiquidCrystal.h> // використовуваш Пши
const int ledPin = 6; // анод шфрачервоного св1тлодюда const int sensorPin = A0; // вихщ датчика
const int beepPin = 7; // анод бшера з вбудованим генератором
// розм1р буфера для обчислення порога
const int bufSize = 16;
// буфер для обчислення порога
int buf [bufSize];
// поточна позищя в буфер1
int bufPos = 0;
// сума значень в буфер!
long int bufSum = 0;
// порп, який вираховуеться, як середне арифметичне // значень в буфер1 int threshold = 0;
// вщстань до верхнього i нижнього поропв // бшьше значення - менше помилкових спрацьовувань // i менше чутливосп const int hyst = 1;
// пропуск певноi кшькосп вим1р1в
// шсля перетину порога
int skipDetect = 0; // кшьюсть зам1р1в,
// яю необхвдно пропустити const int crossSkip = 4; // пишеться в skipDetect // шсля кожного перетину порога // напруга на датчику при включеному св1тлодюд1 int sensorValueLedOn;
// початок i кшець поточного перюду // час записуеться при детектуванш // перетину порогового р1вня зверху вниз unsigned long prevTime, time;
// знаходилося Чи мае значення попереднього вщтку вище порога
boolean above;
// миттеве значення пульсу
// кшьюсть удар1в в хвилину
int pulse;
// мед1анне значення пульсу int pulseMed;
// середне значення пульсу int pulseAvg; // мед1анний фшьтр int medFilt (int value) { const int bufSize = 7; // кшьюсть елемент1в
// повинно бути непарним static int buf [bufSize]; // масив декшькох
// останшх елеменлв static int sortBuf [bufSize]; // масив елемент1в
// який сортуеться static int pos = 0; // поточна позищя в масив1 buf [pos] = value; // запис нового значення в масив
// обчислення позицй наступного елемента pos ++;
if (pos == bufSize) pos = 0;
// кошювання першого масиву в другш for (int i = 0; i <bufSize; i ++) { sortBuf [i] = buf [i];
}
// сортування другого масиву for (int i = 0; i <bufSize; i ++) { for (int j = i; j <bufSize; j ++) { if (sortBuf [i] <sortBuf [j]) { int k = sortBuf [i]; sortBuf [i] = sortBuf [j]; sortBuf [j] = k;
}
// повертаеться середнш елемент return sortBuf [(bufSize / 2)];
}
// обчислення середнього значения int avg (int value) { const int bufSize = 16; // кшьюсть значень static int buf [bufSize]; // масив з останшх значень static int pos; // поточна позищя static long int sum = 0; // сума вс1х значень int avg; // середне значення buf [pos] = value; // додавання нового значення sum + = value; // його додавання в суму avg = sum / bufSize; // обчислення середнього значення // компенсащя похибки цшочисельного дшення if ((sum% bufSize)> = (bufSize / 2)) avg ++; // обчислення позицп наступного елемента pos ++;
if (pos == bufSize) pos = 0;
sum - = buf [pos]; // елемент, який буде перезаписан з суми return avg;
}
// символьний дисплей HD44780 16x2 // RS, EN, D4, D5, D6, D7
Необхщно nepeBipKra програму на працездатнiсть у Arduino IDE Рис. 3.
Рис. 3. Розмщення програмного коду у Arduino IDE
Проводимо компшящю скетча Рис. 4.
Компиляция завершена
Скетч использует 3134 байт (9%) памяти устройства. Всего доступно 32256 байт.
Глобальные переменные используют 67 байт (3%) динамической памяти, оставляя 1981 байт для локальных переменных. Максимум: 2043 байт.
Рис. 4. Компшящя скетча у Arduino IDE
Як можна побачити компшящя устшна. Тому можна починати моделювання принципово'1 схеми. Для цього нам необхщно обрати як пщключити модуль вимiрювання пульсу KY-039 до Arduino Uno Рис. 5.
Рис. 5. Схема тдключення Arduino Uno до модуля KY-039
Шсля цього проводимо комп'ютерне моделювання принципово! схеми Рис. 6.
Рис. 6. Моделювання принципово'1 схеми пристрою вимiрювання пульсу у ISIS Proteus Шсля вдалого моделювання проводимо монтаж пристрою на макетнш плат Рис. 7.
PHC. 7. MoHTa« Ta BHnpoöyBaHHa npHcrporo BHMiproBaHHa ny.nbcoBoi xBH^i
o^HKH TOHHOCTi nopiBH^eMO pe3y.nbTaTH BHMipiB 3 ny^bcoKciMeTpoM MEDICA+ CARDIO CONTROL 4.0. Ha 0CH0Bi nopiBHaHHa p03pax0ByeM0 noxHÖKy.
CC-BY-NC
Таблиця 1.
Оцшка похибки вимпрювань пульсу
№ Результата вимiру MEDICA+ CARDIO Середнеквадратична
напруги побудованого CONTROL 4.0. похибка
пристрою, ч.уд/хв
1 2 3
1 55 56
2 55 55
3 56 55
4 58 59
5 58 59 1,1
6 58 59
7 60 60
8 60 59
9 60 60
10 59 57
Середнеквадратична похибка дорiвнюе 1.1 удар в хвилину.
Conclusions. В результат виконання дослщження зроблено наступш висновки:
1. Було проведено аналiз методiв вимiрювання пульсу. За основу було обрано метод фотоплетизмографп.
2. Розроблено принципову схему вимiрювання пульсу на платформi Arduino Uno
3. Було розроблено принципову схему та проведено ii моделювання у ПЗ Proteus.
4. Була пщрахована середнеквадратична похибка яка склала 1.1 удар в хвилину
Disclaimers: The author declares that they have no financial or personal relationships that may have inappropriately influenced them in writing this article.
Conflict of interest statement: The authors state that there are no conflicts of interest regarding the publication of this article.
-
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
REFERENCES:
1. Georgiev I, Doria-Rose N, Zhou T, Do Kwon Y, Staupe R, Moquin S et al. Delineating Antibody Recognition in Polyclonal Sera from Patterns of HIV-1 Isolate Neutralization. Science. 2013;340(6133):751-756.
2. Kindberg E, Hejdeman B, Bratt G, Wahren B, Lindblom B, Hinkula J et al. A nonsense mutation (428G ^ A) in the fucosyltransferase FUT2 gene affects the progression of HIV-1 infection. AIDS. 2006;20(5):685-689..
3. Programmable logic controller(PLC) in computer numeric controller(CNC). International Journal of Recent Trends in Engineering and Research. 2018;4(2):55-60.
4. LabView Interface with Arduino Robotic ARM. International Journal of Science and Research (IJSR). 2015;4(11):2423-2426.
5. Tocto Cano E. Optimización y cuantificación de procesos utilizando BPM - Process Optimization and Quantification using BPM. Apuntes Universitarios. 2013;(1)..
6. Masoudi H, Akond M. Time-Domain BPM Technique for Modeling Ultra Short Pulse Propagation in Dispersive Optical Structures: Analysis and Assessment. Journal of Lightwave Technology. 2014;32(10):1936-1943.
7. Васильев В, Шехонин А, Лямин А, Тарлыков В. Информационно-технологическое сопровождение учебного процесса в СПбГУ ИТМО. Оптика и образование. 2004;:62-63.
ISSN 2311-1100 PLAGIARISM REPORT:
