بررسی اجمالی ماژول سنسور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس GebraBit ADS1192

مارس 11, 2023

بررسی اجمالی ماژول سنسور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس GebraBit ADS1192

متن سربرگ خود را وارد کنید

مارس 11, 2023
بازدید:315

بررسی اجمالی ماژول سنسور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس GebraBit ADS1192

سنسورهای بایو مدیکال

سنسورهای بایو مدیکال، دستگاه های الکترونیکی خاصی هستند که می توانند سیگنال های زیست پزشکی را به سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل کنند. امروزه سنسورهای بایو مدیکال عنصر کلیدی در ابزارها و تجهیزات تشخیصی پزشکی هستند.

سنسورهای بایو مدیکال به طور گسترده در تجزیه و تحلیل و تشخیص تصاویر پزشکی، دستگاه‌های تشخیصی قابل حمل و بالینی و کاربردهای تحلیلی آزمایشگاهی استفاده میشوند.

این سنسورها معمولاً بر اساس کمیتی که اندازه‌گیری میکنند طبقه‌بندی می‌شوند و بسته به کاربردهای خاصشان معمولاً به‌عنوان فیزیکی، الکتریکی یا شیمیایی دسته بندی می‌شوند.

سنسورهای ECG

الکتروکاردیوگرام (Electro Cardio Gram ) دستگاهی است که سیگنال های الکتریکی قلب را ثبت می کند. استفاده از الکتروکاردیوگرام یک نوع آزمایش رایج و بدون درد است که برای تشخیص سریع مشکلات قلبی و نظارت بر سلامت قلب استفاده می شود.

الکتروکاردیوگرام که به اختصار ECG یا EKG نیز نامیده می شود، اغلب در مطب ارائه دهنده مراقبت های بهداشتی، کلینیک‌ها و یا بیمارستان‌ها استفاده می شود. دستگاه های نوار قلب تجهیزات استانداردی برای استفاده در اتاق های عمل و آمبولانس ها هستند. برخی از دستگاه های شخصی، مانند ساعت های هوشمند نیز دارای قابلیت مانیتورینگ ECGهستند.

سنسورهای تنفس(respiration)

سنسور تنفس یک سنسور بسیار حساس به کشش بوده و با استفاده از یک نوار الاستیک بادوام که طول آن قابل تنظیم است ، دور شکم یا قفسه سینه شخص بسته میشود و با تشخیص انبساط/انقباض قفسه سینه یا شکم ، شکل موج تنفس را در اختیار قرار میدهد.

روش کار آن به این صورت است که با بسته شدن سنسور به بدن، دستگاه میتواند میزان نسبی انبساطی که در طول تنفس رخ می دهد را اندازه گیری کند. در هنگام دم، قفسه سینه منبسط شده و باعث ایجاد کشش در نوار میشود و در هنگام بازدم، کشش آرام آرام از بین رفته و سنسور به حالت خنثی خود باز می گردد و بدین طریق شکل موج حاصل از این انقباض و انبساط، روی صفحه نمایش داده می شود.

برای نظارت بر تنفس قفسه سینه ، نوار، دور قفسه سینه و برای اندازه گیری تنفس دیافراگمی ، دور شکم بسته میشود.

مروری بر سنسور ADS1192

ADS1192 یک سنسور آنالوگ Front_end 16بیتی دو کاناله مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس، با توانایی نمونه برداری همزمان و تشخیص جدا شدن لید میباشد که در پکیج 32 پین TQFPدر سایز 5×5mm قرار دارد و با نرخ داده تا 8kSPS و در محدوده‌ی دمایی -40 °C تا +85 °C کار می کند.

در ساخت این قطعه از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا_سیگما (ΔΣ)، یک منبع داخلی، یک گین امپلی فایر قابل تنظیم و یک اسیلاتور بهره گرفته شده است.

یکی دیگر از ویژگی‌های قابل توجه سنسور ADS1192 ، آن است که این سنسور دارای یک مالتی پلکسر ورودی انعطاف پذیر در هر کانال است که می تواند به طور مستقل به سیگنال های تولید شده داخلی برای تست، اندازه گیری دما و تشخیص جدا شدن هر یک لید ها ، متصل شود

مشخصات فنی

کاربردها

Output type: Digital – SPI
Number Of Channels: 2
ADC Resolution: 16 Bit
Data rate: 125SPS to 8kSPS

For more specifications, please refer to datasheet

Medical Instrumentation (ECG) including:
Patient monitoring; Holter, event, stress, and vital signs including ECG, AED, telemedicine
Sports and fitness (heart rate, respiration, and ECG)

ویژگی‌های ماژول GebraBit ADS1192

User selectable analog and digital supply voltage
User selectable ADS1192 clock source (Internal or external )
2.048 Mhz crystal oscillator
Benefits from 2 channel of ADS1192
Custom-built TYPE-C 5 lead ECG cable
ON/OFF LED indicator
Access to important I/O of ADS1192
SPI interface for reading data and configuring the sensor
Pin Compatible with GEBRABUS
It can be used as a daughter board of GEBRABIT MCU Modules
Featuring Castellated pad (Assembled as SMD Part)
Separatable screw parts to reduce the size of the board
Package: GebraBit medium (36.29mm x 46.18mm)

ماژول GebraBit ADS1192

ماژول GebraBit ADS1192، یک ماژول 16 بیتی سنسور ECG 4 لید با دو کانال نمونه‌برداری همزمان می‌باشد که به دو ولتاژ برای تغذیه‌ی آنالوگ و دیجیتال ADS1192 نیاز دارد

GebraBit ADS1192، دو انتخاب برای منبع کلاک ADS1192 ارائه می‌کند که یکی از آنها اسیلاتور داخلی ADS1192 و دیگری کریستال اسیلاتور خارجی2.048MHz تعبیه‌شده روی برد میباشد.

همچنین ماژول GebraBit ADS1192، به دلیل در نظر گرفتن سوکت مادگی TYPE_C، از هر دو چنل‌ سنسور ADS1192 استفاده می‌کند که به این منظور، GebraBit باتوجه به کانکتور تایپC روی ماژول ، یک کابل 5 لید ECG اختصاصی تهیه کرده است که کاربران میتوانند با مراجعه به فروشگاه سایت ردرونیک به این آدرس آن را تهیه کنند.

کاربران برای توسعه سخت افزاری و البته توسعه نرم افزاری سنسور ADS1192،نیاز به یک مدار راه انداز و درایور دارند.GebraBit برای راحتی کاربران، این امر را با پیاده سازی مدار سنسور ADS1192 و ارایه دسترسی به پین های سیگنال های ارتباطی و تغذیه ، محق ساخته است.

کافیست ماژول GebraBit ADS1192 را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز ، ماژول GebraBit ADS1192 را با هریک از برد های اردوینو، رزبری پای ، دیسکاوری و مخصوصا ماژول GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 که پیشنهاد ما استفاده از ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit هست،راه اندازی و دیتا را دریافت کنید.

دلیل پیشنهاد ما در راه اندازی ماژول GebraBit ADS1192 با ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit مانند GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 ،وجود رگولاتور داخلی 3V3 در آنها و سازگاری ترتیب پین های همه ماژول های GebraBit با هم بوده(استاندارد GEBRABUS) که فقط کافیست ماژول GebraBit ADS1192 را مانند تصویر بالا در سوکت مربوطه قرار داده و بدون نیاز به سیم کشی ،ماژول سنسور مورد نظر را توسعه دهید.

معرفی بخش های ماژول

سنسور ADS1192

ای سی اصلی این ماژول بوده که به منظور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس در مرکز ماژول قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.

type-C کانکتور

کانکتور type-C به منظور اتصال لیدهای ECG به ماژول بوده و برای دریافت سیگنال های ضربان قلب استفاده میشود.

این دستگاه را میتوان به وسیله‌ی یک کابل ECG پنج لید با کانکتور type-c به بدن متصل کرد که یک لید از پنج لید کابل ECG بدون اتصال باقی میماند.

پیشنهاد ما استفاده از کابل اختصاصی طراحی شده توسط GebraBit میباشد، چرا که این کابل باتوجه به ویژگی‌های ماژول و کانکتور تایپ C به کار رفته درآن، ساخته شده است.

هر لید این کابل، دارای رنگ مخصوصی است که با توجه به آن، محل اتصال لید با بدن شخص میشود.

برای اتصال دستگاه به بدن و مانیتورینگ ضربان قلب کافیست کانکتور type-c کابل ECG را به سوکت مربوطه روی ماژول وصل کرده و لید قرمز را به شانه‌ی راست،لید زرد را به شانه‌ی چپ، لید مشکی را به پای راست و لید سبز را به پای چپ فرد و لید سفید بدون اتصال باقی میماند.

در تصویر زیر شکل سیگنال خروجی یکی از کانال‌ها به عنوان نمونه آورده شده است.

جامپر سلکتور منبع کلاک داخلی/ خارجی

درصورتیکه مقاومت 0R به سمت چپ باشد، منبع کلاک داخلی انتخاب شده است و در صورتیکه مقاومت 0R به سمت راست باشد، منبع کلاک خارجی انتخاب میشود.

نکته: اگر جامپر سلکتور تعیین منبع کلاک داخلی/ خارجی سنسور بر روی داخلی قرار گرفته شود و جامپر سلکتور منبع کلاک خارجی روی سمت چپ باشد، کلاک داخلی سنسور بر روی پین CLK در دسترس قرار خواهد گرفت.

جامپرسلکتور منبع کلاک خارجی

درصورتیکه مقاومت 0R سمت راست باشد کریستال اسیلاتور 2.048MHz تعبیه شده بر روی برد به عنوان منبع خارجی فعال خواهد شد و در صورتیکه مقاومت 0R سمت چپ باشد، منبع کلاک خارجی از پین CLK دریافت میشود.

کریستال اسیلاتور 2.048MHz

با توجه به وضعیت جامپر سلکتور کلاک سورس خارجی و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، کریستال اسیلاتور ماژول، به عنوان منبع کلاک خارجی، فعال می شود.

جامپر سلکتور ولتاژ تغذیه‌ی آنالوگ (AVDD)

با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ تغذیه آنالوگ سنسور از بین 3V3 و 5V انتخاب میشود.

جامپر سلکتور ولتاژ تغذیه‌ی دیجیتال (DVDD)

با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ تغذیه دیجیتال سنسور از بین 3V3 و 5V انتخاب میشود.

LED نمایشگر وضعیت روشن/خاموش سنسور

با توجه به وضعیت جامپرهای AVDD و DVDD با اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.

پین های ماژول

پین های تغذیه

5V و 3V3 : این پین‌ها می توانند با توجه به وضعیت Jumper Selector های AVDD وDVDD ،تغذیه اصلی سنسور را تامین کنند.
GND : این پین، زمین مشترک برای تغذیه ماژول است.

پین های SPI

SDI(MOSI) : از این پین، برای ارسال دیتا از میکروکنترلر(پردازنده) به ماژول(سنسور) استفاده میشود.نام اختصاری این پین برگرفته از عبارت لاتین Serial Data In / Microcontroller Out Sensor In می باشد.
SDO(MISO) : از این پین، برای ارسال دیتا از ماژول(سنسور) به میکروکنترلر(پردازنده) استفاده میشود.نام اختصاری این پین برگرفته از عبارت لاتین Serial Data Out / Microcontroller In Sensor Out می باشد.
SCK : این پین، پین کلاک برای ارتباط SPI بوده که از نوع ورودی (Input) برای سنسور محسوب و به پین کلاک متناظر در میکروکنترلر(پردازنده) ، متصل می شود.
CS : این پین، پین Chip Select برای ارتباط SPI با ماژول(سنسور) می باشد، که با اعمال ولتاژ LOW (0V) ،ماژول(سنسور) برای ارتباط SPI انتخاب می شود.این پین از نوع ورودی (Input) برای سنسور محسوب می شود.

در صورتی که می خواهید از چندین ماژول GebraBit ADS1192 به صورت همزمان استفاده کنید، کافیست پین های SDO , SDI , SCK همه ماژول ها و میکرکنترلر(پردازنده) را به هم متصل کرده و به CS هر کدام، یک پین منحصر به فرد اختصاص دهید.

پین های ورودی/خروجی

GP1 : این پین، پین GPIO1 ماژول است که میتوان از آن به عنوان پین ورودی / خروجی همه منظوره استفاده کرد.
GP2 : این پین، پین GPIO2 ماژول است که میتوان از آن به عنوان پین ورودی / خروجی همه منظوره استفاده کرد.

دیگر پین ها

RST : از این پین برای راه اندازی مجدد (ریست کردن ) دستگاه استفاده میشود.
RDY : این پین، پین خروجی دیجیتال ماژول است که وقتی دیتا آماده است در حالت active-low کار میکند.
STA : این پین، پین استارت ماژول است و از آن برای روشن کردن ماژول استفاده میشود.

اتصال به پردازنده

اتصال SPI با GebraBit STM32F303

برای اتصال SPI ماژول GebraBit ADS1192به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 بعد از تعریف کردن SDI و SDO و SCK و CS رو پین های PB5 و PB4 و PB3 و PC13 (برای راحتی کار در STMCUBEMX) ماژول GebraBit ADS1192را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit STM32F303 قرار دهید.

در اینجا برای درک بهتر اتصال جداگانه این دو ماژول نشان داده شده است.

اتصال SPI با GebraBit ATMEGA32A

با توجه به اینکه پین های SPI میکروکنترلر ATMEGA32A بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های SPI دیگر ماژول های GEBRABIT می باشد، ماژول GebraBit ADS1192 را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و با ماژول GebraBit ADS1192 از طریق SPI ارتباط برقرار کنید:

توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای VDD ماژول GebraBit ADS1192 روی 3V3 باشد تا راحت تر بتوانید ولتاژ3V3 را از ماژول میکروکنترلری بگیرید.