CC BY
13предлагают свои изделия по цене, сравнимой с профессиональным оборудованием для строительства или производства.
Решением проблемы высокой стоимости продукции является ее производство в стране сбыта -отсутствие налога на ввоз, удешевление доставки и т.д. В нашей стране есть достаточное количество производств, способных реализовать выпуск устройств данного типа.
Для контроля температуры необходимо добавление довольно простой схемы с микроконтроллером и датчиком(и) температуры. Так используя микросхему Atmega328p в связке с датчиками DS18b20 и с силовым ключом, мы получаем устройство способное отслеживать температуру и поддерживать ее в необходимом диапазоне. Добавив кнопку для управления, дисплей для вывода информации, увеличив количество датчиков и силовых ключей, кратно увеличиваем удобство пользования и возможности системы.
Заменив микроконтроллер Atmega328p на контроллеры семейства ESP, получаем возможность использования Wi-Fi, Bluetooth для управления через смартфон. И вот в наших руках уже есть устройство, способное легко управляться с помощью интерфейса на вашем телефоне.
Однако это лишь малая часть потенциала, который можно раскрыть с помощью взаимодействия через смартфон. Благодаря широкому набору различных датчиков для данного семейства микроконтроллеров мы можем реализовать не только поддержание температуры, но и отслеживание состояния человека. Датчик пульса или же датчики ЭКГ позволят автоматически сообщить в службы спасения при проблемах с сердцем. Установка датчиков температуры на конечности позволит предупреждать человека о ранних стадиях обморожение, а при наличии нагревательных элементов включать их и предотвращать негативные последствия для здоровья человека.
Библиографический список:
1)Артенян Л.С., Комбарова Т.В., Петросова И.А., Андреева Е.Г. Проектирование «умной» одежды с элементами технических устройств // Актуальные проблемы инклюзии: качество жизни, безбарьерная среда, образование без границ: Сборник научных публикаций. - М. : МГУДТ, 2016 - С. 117-121.
2)Василевская В.В., студ., Горень И.Г., студ., Козловская Л.Г., ст. преп., Шевцова М.В. Виды «умного» текстиля и изделий на его основе // Материалы докладов 52-й международной научно-технической конференции преподавателей и студентов, 2019. - С. 214-2016.
УДК 681.518.3
ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АМБУЛАТОРНОГО МОНИТОРИНГА ЭКГ
Сафронов Максим Игоревич Safronov Maxim Igorevich
Аспирант Postgraduate student Пензенский государственный университет Penza State University Пенза, Россия Penza, Russia
TESTING THE SOFTWARE OF THE MEDICAL INFORMATION-MEASURING SYSTEM FOR
AMBULATORY ECG MONITORING
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90165.
Funding: The reported study was funded by RFBR according to the research project № 20-38-90165.
Аннотация: Данная работа посвящена процедуре тестирования программного обеспечения медицинской информационно-измерительной системы амбулаторного мониторинга ЭКГ, проводимого в научно-производственной лаборатории «FabLab», принадлежащей Казахскому национальному исследовательскому техническому университету имени К. И. Сатпаева (КазНИТУ), Алматы, Казахстан. Методы. Тестирование программного обеспечение проводилось в 2 этапа. Для первого использовалось средство измерений с известными метрологическими характеристиками — кардиоусилитель КАРДи2. Полученные результаты измерений использовались в качестве исходных данных для разработанной модели минимизации влияния биоимпеданса тканей на форму ЭКГ. В рамках второго этапа тестирования определялась пропускная способность канала потоковой передачи измерительной информации. Результаты. В рамках проведенной процедуры второго тестирования было установлено, что пропускная способность разработанного портативного прибора в составе медицинской информационно-измерительной системы амбулаторного мониторинга ЭКГ составила 181 кбайт/с. Выводы. Анализ полученных в рамках процедуры тестирования значений пропускной способности
канала потоковой передачи данных показал, что минимальная скорость передачи данных портативного прибора в 10 раз превышает минимально необходимую.
Abstract: This work is devoted to the procedure for testing the software of the medical information-measuring system for outpatient ECG monitoring, carried out in the research and production laboratory "FabLab", belonging to the Kazakh National Research Technical University named after K. I. Satpayev (KazNITU), Almaty, Kazakhstan. Methods. Software testing was carried out in 2 stages. For the first one, a measuring instrument with known metrological characteristics was used - a KARDi2 cardio amplifier. The obtained measurement results were used as input data for the developed model for minimizing the effect of tissue bioimpedance on the ECG shape. As part of the second stage of testing, the bandwidth of the measuring information streaming channel was determined. Results. As part of the second testing procedure, it was found that the throughput of the developed portable device as part of a medical information-measuring system for outpatient ECG monitoring was 181 kb/s. Conclusions. The analysis of the throughput values of the streaming data transmission channel obtained as part of the testing procedure showed that the minimum data transfer rate of a portable device is 10 times higher than the minimum required.
Ключевые слова: тестирование, пропускная способность, портативный прибор, ЭКГ, информационно-измерительная система, амбулаторный мониторинг.
Key words: testing, throughput, portable device, ECG, information-measuring system, outpatient monitoring.
Программное обеспечение медицинской портативной системы диагностики состояния сердца тестировалось в научно-производственной лаборатории «FabLab», принадлежащей Казахскому национальному исследовательскому техническому университету имени К. И. Сатпаева (КазНИТУ), Алматы, Казахстан. Данная лаборатория предназначена для проведения полного цикла НИОКР электронных устройств высокой сложности.
Тестирование программного обеспечения было разделено на 2 этапа:
-оценка искажений сигнала ЭКГ [1], вносимых аналоговыми цепями портативного устройства и цифровыми фильтрами в составе программного обеспечения портативного устройства;
-оценка пропускной способности беспроводного канала связи [2].
Для оценки искажений (тесты первой категории) в качестве эталона был взят российский кардиоусилитель КАРДи 2 от компании «Медицинские Компьютерные Системы». Фотография устройства КАРДи 2 (рис. 1).
/
Рис. 1. Кардиоусилитель КАРДи 2
В современных портативных системах регистрации ЭКГ применяются липкие электроды диаметром до 50 мм. Подобные электроды с покрытием коннектора из Ag/AgCI обеспечивают приемлемое качество регистрируемого сигнала в неподвижном положении, однако они также смещаются со своих мест в процессе свободной двигательной активности. Подключение портативного электрокардиографа с липкими электродами к телу пациента показано на рисунке 1.
С помощью кардиоусилителя КАРДи 2 были записаны эталонные сигналы с живого человека (рис. 2). При этом производилась как предварительная запись эталонного сигнала, так и запись эталонного сигнала одновременно с записью проверяемого сигнала. Это позволило рассматривать результаты
измерений как совокупные и параллельные, что является важным для последующего метрологического анализа.
Рис. 2. Момент наложения электродов кардиоусилителя КАРДи 2 на человека
Моделью сердца [3] при тестировании ЭКГ является идеальный источник напряжения (ИЗ:). Этот источник напряжения (рис. 3) подключается к двум электродам электрокардиографа через четырехполюсник, образованный тремя двухполюсниками (ЛС1-3). Каждый двухполюсник составлен из резистора (К1-3) и конденсатора (С1-3). Двухполюсники (ЛСьг), комплексные сопротивления которых считаются равными ^=22), моделируют комплексное сопротивление органов и тканей между сердцем и электродом. Двухполюсник (ЯС3) моделирует комплексное сопротивление между приклеенными к телу электродами.
С2
Рис. 3. Модель источника электрического сигнала сердца
Таким образом, на вход электрокардиографа поступает не напряжение (ИЗ:), а напряжение (УМ1):
(1
)
где - это параллельно соединенные резистор Ки и конденсатор С по рисунку 2 (п = 1, 2, 3).
Комплексный коэффициент (К) можно рассматривать как передаточную характеристику паразитного электрического фильтра, искажающего форму напряжения (У01).
Для оценки абсолютной погрешности применяется дифференциальный метод [4], при котором сигналы эталонного и тестируемого рассматриваются приборов рассматриваются не отдельно и независимо друг от друга, а рассматривается взаимная разность сигналов эталонного и тестируемого приборов, синхронизированные во времени. Таким образом можно быстро и четко определить погрешность прибора, однако требования к эталону выше, чем для иных методов.
Максимальная абсолютная погрешность по результатам многократных измерений составила 7,3 х 10-5 В (7,3 мкВ) на диапазоне измерения ± 5 х 10-3 В (5 мВ).
Приведенная погрешность средства измерений (5Х) вычисляется по формуле 1:
Я, -
)
(1
где Ах - абсолютная погрешность, Xn - диапазон измерения. При симметричном диапазоне измерения допускается использование максимума диапазона. Таким образом, приведенная погрешность
7,IX1D~5
тестируемого прибора равна c?lLI)-3 = 1-49 %, а класс точности, определяемый в соответствии с ГОСТ 8.401-80, равен 1,5.
На основании метрологического анализа, исходя из полученного класса точности тестируемого устройства, можно сделать вывод о том, что совокупность аналоговых цепей и цифровых фильтров, внедренных в программное обеспечение портативного прибора регистрации электрической активности сердца, обеспечивает приемлемый уровень искажений и не нуждается в более глубоком тестировании.
Тестирование пропускной способности беспроводного канала связи, реализуемого модемом SIM5360e [5], производилось косвенным методом. Метод измерения скорости в данном случае заключается в измерении времени между приемом двух файлов данных от устройства на сервере. Таким образом, зная объем файлов и время, затраченное на их прием, можно вычислить скорость, с которой они были переданы.
Согласно техническому заданию, для обеспечения передачи данных 3-х каналов ЭКГ с частотой дискретизации 2000 Гц и разрешением 24 бита (3 байта) требуется скорость, равная 3 х 3 х 2000 = 18 000 байт в секунду или 18 кбайт/сек.
Для записи времени между приёмом файлов был написан скрипт на языке bash, который занимается мониторингом файловой системы на наличие изменений и в случае обнаружения нового файла фиксирует время относительно предыдущего. Экспериментальные данные пропускной способности беспроводного канала связи представлены в таблице 1.
Таблица 1
№ п/п Файл Время, с Объем, байт Скорость, байт/с Минимальная скорость, байт/с
1 1544346605 0,000 1080000 0
2 1544346665 2,650 1080000 407547,1
3 1544346725 4,520 1080000 238938
4 1544346785 2,670 1080000 404494,3
5 1544346845 5,600 1080000 192857,1
6 1544346905 3,000 1080000 360000
7 1544346965 5,870 1080000 183986,3 181512,6
8 1544347025 4,370 1080000 247139,5
9 1544347085 4,750 1080000 227368,4
10 1544347145 3,520 1080000 306818,1
11 1544347205 4,440 1080000 243243,2
12 1544347265 3,530 1080000 305949
13 1544347325 3,310 1080000 326283,9
14 1544347385 4,060 1080000 266009,8
15 1544347445 3,710 1080000 291105,1
16 1544347505 5,080 1080000 212598,4
17 1544347565 3,480 1080000 310344,8
18 1544347625 4,280 1080000 252336,4
19 1544347685 3,410 1080000 316715,5
20 1544347745 5,380 1080000 200743,4
21 1544347805 4,690 1080000 230277,1
22 1544347865 5,950 1080000 181512,6
23 1544347925 2,890 1080000 373702,4
24 1544347985 4,230 1080000 255319,1
25 1544348045 5,480 1080000 197080,2
26 1544348105 5,620 1080000 192170,8
27 1544348165 3,610 1080000 299168,9
28 1544348225 5,930 1080000 182124,7
29 1544348285 3,760 1080000 287234
30 1544348345 2,640 1080000 409090,9
31 1544348405 4,310 1080000 250580
32 1544348465 4,260 1080000 253521,1
33 1544348525 5,160 1080000 209302,3
34 1544348585 3,700 1080000 291891,8
35 1544348645 4,310 1080000 250580
Графическое представление экспериментальных данных приведено на рисунке 4.
Скорость передачи данных
450000
400000
'ё 350000 Ü
I 300000
[Щ 250000
{Э 200000
CJ
cl 150000 о
о 100000 50000 О
Время, минуты
Рис. 4. Графическое представление экспериментальных данных о скорости передачи данных
Исходя из анализа экспериментальных данных, минимальная скорость передачи данных портативного устройства регистрации электрической активности сердца составила 181512 байт/с или 181 кбайт/с, что почти в 10 раз больше скорости, требуемой скорости в 20 кбайт/с.
Библиографический список:
1. Подмастерьев К. В., Козюра А. В. Проблемы метрологического обеспечения электрокардиографической техники и возможные пути их решения // Биотехносфера. 2010. №1.
2. A. Kuzmin, M. Safronov, O. Bodin, M. Petrovsky, A. Sergeenkov, «Mobile Heart Monitoring S ystem Prototype Based on the Texas Instruments Hardware: Energy Efficiency and J-point Detection», International
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems, vol. 7(1), 2016, pp. 64-84 D0I:10.4018/IJERTCS.2016010104.
3. Способ и аппаратно-программные средства анализа биоимпеданса для систем мобильного мониторинга ЭКГ / М. И. Сафронов, А. В. Кузьмин, О. Н. Бодин [и др.] // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2020. - № 3(35). - С. 118-128. - D0I 10.21685/2227-84862020-3-10. - EDN QNAUZS.
4. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении; Учеб. пособие для студентов приборостроительных специальностей вузов. — М.: Машиностроение, 1991. — 304 с.: ил. 18ВН 5-21701263-3
5. Elecrow's Official Website. SIM5360E 3G Shield Page. [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: https://www.elecrow.com/sim5360e-3g-shield.html (дата обращения - 23.02.2019).
© М.И. Сафронов, 2022
УДК 620.424.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕРХМАЛЫХ ИЗБЫТКОВ ВОЗДУХА В КОТЛОАГРЕГАТЕ С
КИПЯЩЕМ СЛОЕМ HYBEX, УСТАНОВЛЕННОГО НА АО "АРХАНГЕЛЬСКИЙ ЦБК"
Терехин Алексей Павлович Terekhin Alexey Pavlovich
Студент Student
Северный (Арктический) университет имени М.В. Ломоносова Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
Архангельск, Россия Arkhangelsk, Russia
Научный руководитель: Любов Виктор Константинович Scientific supervisor: Lyubov Viktor Konstantinovich
Профессор, д.т.н.
Professor, Doctor of Technical Sciences Северный (Арктический) университет имени М.В. Ломоносова Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
Архангельск, Россия Arkhangelsk, Russia
THE USE OF ULTRA-SMALL EXCESS AIR IN THE HYBEX FLUIDIZED BED BOILER INSTALLED AT ARKHANGELSK PULP AND PAPER MILL JSC
Аннотация: целью данной работы является снижение выбросов котлоагрегата, используя при сжигании биотоплива сверхмалые избытки воздуха. Это позволит обеспечить лучшее догорание топлива в котлоагрегате и значительно снизить выбросы твердых частиц, оксидов азота и серы.
Abstract: The purpose of this work is to calculate the emissions of a boiler unit using ultra-small excess air when burning biofuels. This will ensure better combustion of fuel in the boiler unit and significantly reduce emissions of solid particles, nitrogen oxides and sulfur.
Ключевые слова: сверхмалые избытки воздуха, оксиды азота, оксиды серы вредные вещества, выбросы, биотопливо.
Keywords: ultra-small excess air, nitrogen oxides, sulfur oxides, harmful substances, emissions, biofuels.
Одной из задач Архангельского ЦБК является поиск эффективных способов утилизации многотоннажного отхода производства - осадка сточных вод, образующегося при очистке сточных вод города Новодвинска и промышленных сточных вод комбината. В настоящее время на ТЭС-1 АО «Архангельский ЦБК» происходит сжигание биотоплива, состоящего из смеси кородревесных отходов и осадка сточных вод, в котлоагрегате с кипящим слоем НуЬех.
Энергетический котел разработан для АО «Архангельский ЦБК», г. Новодвинск, Россия. Производительность котла по пару составляет 83,5 т/ч (23,2 кг/с) при рабочем давлении перегретого пара 102 бар(изб.) с температурой 540 °С, и температурой питательной воды на входе в котел 215 °С.
Топливо для сжигания в кипящем слое (БГБ) - смесь коры мягкого дерева, коры твердого дерева и осадка сточных вод.
Установка котельного агрегата марки НуЬех была направлена на использование коросодержащих отходов и осадков сточных вод сооружений ПБО в качестве топлива, предотвращение их вывоза с целью захоронения, снижение расхода ископаемого топлива на выработку энергии.
При этом используется передовая технология сжигания топлива в пузырьковом кипящем слое, применимая к широкому диапазону влажности топлива от сухого древесного до высоко влажных
