Система непрерывного информационного обмена между ПК и периферийным оптико-электронным устройством Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 651.326 DOI: 10.20998/2411-0558.2016.21.01

З.Ю. ГОТРА, д-р техн. наук, проф., НУ"ЛП", Львiв,

0.Т. КОЖУХАР, д-р техн. наук, проф., НУ"ЛП", Львiв,

Г.Л. КУЧМ1Й, канд. техн. наук, доц., НУ"ЛП", Львiв,

1.П. КРЕМЕР, канд. техн. наук, ас., НУ"ЛП", Львiв,

Л. РАДЗШЕВСЬКИЙ, д-р техн. наук, проф., ТНУ,

Свентокриштський Кельце, Польща

СИСТЕМА НЕПЕРЕРВНОГО ШФОРМАЦШНОГО ОБМ1НУ

М1Ж ПК ТА ПЕРИФЕР1ЙНИМ ОПТИКОЕЛЕКТРОННИМ

пристроем

На основ1 анал1зу засоб1в обмшу шформащею перифершних пристро!в з ПК щодо застосування в нешвазивних д1агностично-л1кувальних методах i експериментальних дослiдженнях запропоновано для покращення шформацшного забезпечення лiкаря, що працюе в штерактивному режимi неiнвазивного тестування пащента впродовж лжувально!' процедури, функцiональну схему багатоканального iнтерфейсного перетворювача зв'язку системи неперервного обмшу iнформацiею м1ж оптикоелектронними медичними периферiйними пристроями та персональним комп'ютером. 1л.: 3. Бiблiогр.: 10 назв.

Ключовi слова: неiнвазивний, система неперервного шформацшного обмiну, медичний перифершний пристрiй, оптикоелектронний пристрiй.

Постановка проблеми. Недостатне забезпечення розробленнями систем неперервного обмшу шформащею перифершних пристро!в з ПК, а, у бшьшосп, вщсутшсть у медичнш практищ саме таких систем нешвазивно! дп на оптикоелектронному принцит, не дають можливосп застосування перспективних медичних технологий i впровадження в них метод1в оперативного прийняття об'ективного л1карського р1шення. Впровадження тако! системи дозволило б п1двищити шформатившсть даних про переб1г i наслщки для пац1ента конкретно! л1кувально! процедури та л1кування в ц1лому. Створення тако! системи на основ1 неперервного тестування пащента впродовж процедури дало б можливють прискорення, автоматизаци та об'ективносп прийняття л1карського р1шення та покращення роботи л1каря в штерактивному формап.

Анал1з л1тератури. Проведено анал1з основних систем обм1ну 1нформац1'! перифершних пристро!в з ПК. Для забезпечення обмшу шформацп м1ж зазначеними пристроями використовують системи передавання даних, яю визначають способи, протоколи та узгоджують роботу пристро!в [1 - 4]. Було розглянуто LPT, COM, USB, SATA, I2C, UART штерфейси обмшу даними та зроблено висновок, що для обмшу шформащею м1ж медичними перифершними пристроями (МПП) та ПК

© З.Ю. Готра, О.Т. Кожухар, Г.Л. Кучмш, 1.П. Кремер, Л. Радз1шевський,

2016

популярним е застосування USB шини, яка е типовою для сучасних ПК i забезпечуе достатню швидкiсть iнформацiйного обмiну [5 - 7], а для виршення задачi його неперервностi при тестуваннi пащента впродовж лшувально'1' процедури i3 застосуванням МПП, зокрема на оптикоелектронному принципi [8], доцiльно проводити комп'ютерне моделювання та використовувати спецiалiзованi компоненти i3 вбудованими iнтерфейсами зв'язку [9]. Оскшьки бiльшiсть мiкроконтролерiв не мають можливост здiйснювати обмiн з ПК за допомогою iнтерфейсу USB чи RS-232 виникае потреба використання спецiалiзованих мшросхем погодження рiвнiв мiж пристроем та ПК [10].

Мета статт - створення системи неперервного обмшу шформацп мiж МПП i ПК для забезпечення його неперервносп при нешвазивному тестуваннi пацiента на оптикоелектронному принцип впродовж лшувально'1' процедури.

Розроблення схеми. Зпдно запропоновано'1' функцюнально'1' схеми (рис.1) вхщш сигнали через узгоджувальний дшьник поступають на мультиплексор, який здшснюе почергове перемикання аналогових портiв мшроконтролера вiдповiдно до вхщно'!' напруги.

Рис. 1. Функцюнальна схема спряжения

УЫ лопчш функцп мiкроконтролера здiйснюються за допомогою арифметико логичного пристрою, розташованого в областi центрального процесора. Для скорочення часу на проектування схеми спряження використовували схемний редактор Proteus VSM (LABCENTER Electronics) на основi ядра Spice Proteus. На рис. 2 зображено робоче поле редактора ISIS у процес проектування блоку спряження. З метою запоб^ання виходу з ладу мшроконтролера внаслщок подавання на вхщ дшьника напруги, що перевищуе норму (0-5 В), використано стабштрон номшалом 2,5 В При подаванш вхiдного сигналу з

ампл^удою 5 В на блок дшьника вхщш резистори забезпечують необхiдний вихщний piBeHb напруги, який коливаеться вщ 0 до 2,5 В.

Рис. 2. Робоче поле редактора ISIS у процес розроблення

Моделювання схеми проводилося з використанням вiртуального термшалу обмiну даними для симуляцп передавання шформацп мiж ПК та мшроконтролером, та вiртуальним осцилографом.

Моделювання полягало у вщправленш на мiкроконтролер за допомогою термiналу сигналiв рiзних значень. Швидкють передавання мiж ПК та мшроконтролером складала 9600 бод. У вщповщь на отриманий запит макроконтролер вщправляе чотири байта шформацп в яких вказано: номер каналу АЦП, молодший байт шформацп, старший байт шформацп, та контрольна сума у виглядi попередшх байпв передавання. Отримаш результати згiдно осцилограм свiдчать, що мiкроконтролер та ПК працюють коректно та готовi обмiнюватися iнформацiею.

Запропонована схема спряження складаеться з шести вузлiв, яю звязанi мiж собою термшальним типом зв'язку (рис. 3). Схема мютить гальванiчну оптоволоконну розвязку UART iнтерфейсу, яка забезпечуе захист ПК вщ висо^' напруги на входi або виходу з ладу вхщного вузла пристрою.

Оригiнальнiстю розроблення е застосування мшросхеми PL, яка забезпечуе реалiзацiю USB iнтерфейсу та використання пристрою в сучасних ПК. На рис. 3 зображено високо штегрований перехщник USB-

UART, для створення якого використовують мшмальну кшькють зовнiшнiх компоненпв, органiзовуючи послiдовний обмiн даними мiж мiкроконтролером та ПК шиною USB. Особливють полягае також у енергонезалежнш EEPROM пам'ятi. Мiкросхема PL232R мютить у собi iнтерфейс UART, швидюсть передавання для якого сягае вщ 300 бод до 3 Мбод для RS422/RS485/TTL та вiд 300 бод до 1 Мбод для RS-232.

Рис. 3. Схема спряжения ПК та мшроконтролера

VCP ^ртуальний COM-порт) i D2XX (DLL) драйвера для розробниюв, забезпечують вбудованим ушкальним iдентифiкацiйним номером (prolific-ID™), що може бути використаним для створення ключа захисту. Проектування друковано! плати здшснювалося з використанням пакету программ ProteusARES. За результатами моделювання схеми спряженя отримано текст програми мiкроконтролера у hex формата Для програмування мшроконтролера використано програматор PICkit 2.

Висновки. Запропоновано концепщю автоматизованого оцiнювання результат неiнвазивного тестування пацiента неперервно впродовж лшувально! процедури на rрунтi вдосконалення системи неперервного обмшу iнформацiею мiж оптикоелектронними медичними периферiйними пристроями та персональним комп'ютером.

На основi розроблено! моделi запропоновано структуру та функщональну схему багатоканального iнтерфейсного перетворювача зв'язку системи.

За результатами експериментальних дослщжень розроблено принципову схему та високотехнолопчну друковану плату перетворювача зв'язку, що покладено в основу розвитку систем неперервного обмшу

7

шформащею, яю дозволять значно скоротити час ощнювання, тдвищити рiвень його об'ективностi та автоматизувати прийняття лiкарського рiшення в рiзноманiтних оптикоелектронних медичних технологiях.

Список лiтератури: 1. Measurement of the magnitude and axis of corneal polarization with scanning laser polarimetry / R.N. Weinreb, C. Bowd, D.S. Greenfield, L.M. Zangwill // Arch. Ophthalmol. - 2002. - Vol. 120. - P. 901-906. 2. Dougherty G. Digital Image Processing for Medical Applications / Geoff Dougherty // California State University, Channel Islands. -2009. - 462 р. 3. Кожем'яко В.П. Оптико-електронш методи i засоби для обробки та аналiзу бюмедичних зображень / В.П. Кожем'яко, С.В. Павлов, К.1. Станчук // Моиографiя. - Вшниця: УШВЕРСУМ-Вшниця, 2006. - 203 с. 4. 1нформацшна оптико-електронна технология аналiзу реолопчних властивостей кровi / С.В. Павлов, А.М. Коробов, Д.В. Вовкотруб // Тези доповвдей V Мiжнародноi Антарктично! конференци "Антарктика i глобальш системи Землт иовi виклики та перспективы". -2011. - К.: КП1, 2011. - С. 156. 5. Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физмалит, 2003. - 784 с. 6. Бшинський Й.Й. Методи дослвдження ротово! рвдини людини / Й.Й. Бшинський, О.А. Павлюк // Ви]шрювальна та обчислювальна техиiка в техиологiчиих процесах. - 2012. - № 3. - С. 92-96. 7. Kekez M. Modelling of pressure in the injection pipe of a diesel engine by computation al intelligence / M. Kekez, L. Radziszewski // Proceedings of the Instituti on of Mechanical Engineers, PartD: Journal of Automobile Engineering 0954407011411388, first published on August 22, 2011 as doi:10.1177/0954407011411388. - Vol. 225. - Р. 1660-1670. 8. Барило Г.1. Апаратyрио-програмне забезпечення л1кувального процесу в оториноларингологи з неперервним оптико-електронним тестуванням бiооб'екта / Г.1. Барило, З.Ю. Готра, А.М. Зазуляк,

0.0. Юцера, О.Т. Кожухар, Н.1. Кус // Оптико-електронш шформацшно-енергетичш технологи. - 2012. - № 2 (24). - С. 81-85. 9. Зерщиков А.В. Интерфейс ATA/IDE /А.В. Зерщиков - М.: БХВ-Петербург, 2009. 10. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Tehnology [Електронний ресурс] / PIC16F7X, 2010. - 110 с. Режим доступу до матерiалу: http://ww1.microchip.com/downloads /en/devicedoc/30325b.pdf

References:

1. Weinreb, R.N., C., Bowd, D.S., Greenfield, L.M., Zangwill. (2002), "Measurement of the magnitude and axis of corneal polarization with scanning laser polarimetry". Arch. Ophthalmol, Vol. 120, рр. 901-906.

2. Dougherty, G. (2009), Digital Image Process. for Medical Appl, Geoff Dougherty California State University, Channel Islands, 462 р.

3. Kozhemyako, V.P., Pavlov S.V., Stanchuk K.I. (2006), Optoelectronic methods and tools for processing and analysis of biomedical images. UNIVERSUM-Vinnitsya, Vinnitsya, 203 р.

4. Pavlov S.V., Korobov A.M., Vovkotrub D.V. and oth. (2011), "Information OptoElectronic Technology analyzing blood rheology". Abstracts V International Antarctic Conference "Antarctica and global Earth system: New Challenges and Prospects - 2011", Kiev, Ukraine, 156 р.

5. Soyfer V.A. (2003), Methods of computer image processing, Fizmatlit, Moscow, 784 р.

6. Bilinskiy Y. Y., Pavlyuk O. A. (2012), "Methods of human oral fluid reseach". Measuring and computing in technological processes, No. 3, pp. 92-96.

7. Kekez, M., Radziszewski, L. (2011), "Modelling of pressure in the injection pipe of a diesel engine by computation al intelligence". Proceedings of the Instituti on of Mechanical Engineers, PartD: Journal of Automobile Engineering 0954407011411388, first published on August 22, 2011 as doi:10.1177/0954407011411388, Vol. 225, Р. 1660-1670.

8. Barylo G.I., Hotra Z.Yu., Zazulyak A.M., Kitsera O.O., Kozhukhar O.T., Kus N.I. (2012), "Hardware - software in otorhinolaryngology treatment process with continuous optoelectronic testing biological objects". Opto-electronic information and energy technologies, No. 2, P. 81-85.

9. Zershchikov, A.V. (2009), Interfeys ATA/IDE. BHV-Peterb, St. Petersburg, 207 p.

10. Single-chip 8-bit FLASH CMOS microcontrollers Microchip Technology Company (2010), available at: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/30325b.pdf.

Надшшла (received) 03.04.2016

Статтю представив д-р ф1з.-мат. наук, проф. НУ "Льв1вська полтехтка"Микитюк З.М.

Hotra Zenon, Dr.Sci.Tech, Professor Headof the Department of Electronic Devices Lviv Polytechnic National University Str. S. Bandery, 12, Lviv, Ukraine, 79013 Tel.: (032) 258-21-57, e-mail: [email protected] ORCID ID:0000-0002-6566-6706

Kozhukhar Oleksandr, Dr.Sci.Tech, Professor Professor at the Department of Electronic Devices Lviv Polytechnic National University Str. S. Bandery, 12, Lviv, Ukraine, 79013 Tel.: (032) 258-21-73, e-mail: [email protected] ORCIDID: 0000-0002-7432-2526

Kuchmiy Halyna, Cand.Tech.Sci.

Senior Lecturer of the Department of Electronic Devices

Lviv Polytechnic National University

Str. S. Bandery, 12, Lviv, Ukraine, 79013

Tel.: (032) 258-21-73, e-mail: [email protected]

Kremer Iryna, Associate Professor

Senior Lecturer of the Department of Electronic Devices

Lviv Polytechnic National University

Str. S. Bandery, 12, Lviv, Ukraine, 79013

Tel.: (032) 258-21-73, e-mail: [email protected]

Radziszewski Leszek, Dr. Sci. Tech, Professor Department of Mechanical equipment Technic National University, Kelce, Poland

e-mail: [email protected]

УДК 651.326

Система неперервного шформацшного обмшу м1ж ПК i перифершним оптико-електронним пристроем / Готра З.Ю., Кожухар О. Т., Кучмш Г.Л., Кремер 1.П, Радзшевський Л. // Вюник НТУ "ХШ". CepÎH: 1нформатика та моделювання. - Харшв: НТУ "ХП1". - 2016. - № 21 (1193). - С. 4 - 10.

На ocHOBi анал1зу 3aco6iB o6MiHy iнформацieю перифершних пристро1в з ПК щодо застосування в неiнвазивних дiагнocтичнo-лiкyвальних методах i експериментальних дocлiдженнях запропоновано для покращення iнфoрмацiйнoгo забезпечення лiкаря, що працюе в iнтерактивнoмy режимi неiнвазивнoгo тестування пацieнта впродовж лiкyвальнoï процедури, функцюнальну схему багатоканального iнтерфейcнoгo перетворювача зв'язку системи неперервного обмшу шформащею м1ж оптикоелектронними медичними периферiйними пристроями та персональним комп'ютером. 1л.: 3. Бiблioгр.: 10 назв.

Ключовi слова: нешвазивний, система неперервного iнфoрмацiйнoгo oбмiнy, медичний периферiйний приcтрiй, оптико-електронний приcтрiй.

УДК 651.326

Система непрерывного информационного обмена между ПК и периферийным оптико-электронным устройством / Готра З.Ю., Кожухар А.Т., Кучмий Г.Л. Кремер И.П., Радзишевский Л. // Весник НТУ "ХПИ". Серия: Информатика и моделирование. - Харьков: НТУ "ХПИ". - 2016. - № 21 (1193). - С. 4 -10.

На основе анализа средств обмена информацией периферийных устройств с ПК, примененяемых в неинвазивных диагностических и лечебных методах и экспериментальных исследованиях, предложено для улучшения информационного обеспечения врача, работающего в интерактивном режиме неинвазивного тестирования пациента структурную и функциональную схемы многоканального интерфейсного преобразователя связи системы непрерывного обмена информацией между оптоэлектронными медицинскими периферийными устройствами и персональным компьютером. Ил.: 3. Библиогр.: 10 назв.

Ключевые слова: неинвазивный, система непрерывного информационного обмена, медицинское периферийное устройство, оптико-электронное устройство.

UDC 651.326

The system of continuous information exchange between PCs and peripheral optical electronic device /Нotra Z., Kozhukhar O., Kuchmiy H., Kremer I., Radziszewski L. // Herald of the National Technical University "KhPI". Subject issue: Information Science and Modelling. - Kharkov: NTU "KhPI". - 2016. - № 21 (1193). - Р. 4 - 10.

Based on the analysis of means of information exchange peripheral devices from the PC on the use of a non-invasive diagnostic and therapeutic methods and experimental studies suggested to improve information provision doctor working interactively noninvasive testing patients for medical procedures to appropriate such regimes medicines proposed structural and functional schemes multi-transducer interface communication system of continuous exchange of information between optoelectronic medical peripherals devices and personal computer. Figs.: 3, Refs.: 10 titles.

Keywords: non-invasive, a system of continuous information exchange, peripheral medical device, optical electronic device.