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.
مروری بر سنسور AD8232
AD8232 یک سنسور ECG Front_end تک لید( single Lead) با خروجی rail to rail میباشد که در پکیج 20 لید LFCSP سایز 4×4mm قرار دارد و در محدوده‌ی دمایی -40 °C تا +85 °C کار می کند.
از ویژگی های این سنسور میتوان به وجود یک فیلتر RFI داخلی در این سنسور، یک فیلتر پایین گذر قابل تنظیم 3 قطبی با بهره قابل تنظیم ، امپلی فایر RLD (right leg drive)، وجود دو آپشن ac و dc برای تشخیص جدا شدن لیدها و محدوده 8 کیلو ولت HBM ESD اشاره کرد.
از این سنسور برای استخراج، تقویت و یا فیلتر کردن سیگنال‌های بایو پتانسیل در شرایط نویزی استفاده میشود .
طراحی داخلی این سنسور به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با توان بسیار کم (ADC) یا یک میکروکنترلر تعبیه شده اجازه می دهد تا سیگنال خروجی را به راحتی دریافت کند.
از این سنسور میتوان در مانیتورینگ ضربان قلب در دستگاه‌های تناسب اندام، ECGهای قابل حمل،
مانیتورهای سلامت از راه دور، لوازم جانبی بازی و.. استفاده کرد.
مشخصات فنی
کاربردها
- Output type: Analog – Voltage
- Data rate: 360SPS to 2KSPS
For more specifications, please refer to datasheet
- Fitness and activity heart rate monitors
- Portable ECG
- Remote health monitors
- Gaming peripherals
- Biopotential signal acquisition
ویژگی‌های ماژول GebraBit AD8232
- 3V3 input voltage
- Can use 3-lead ECG cable with 3.5mm phone male jack
- LED indicator for heart rate
- ON/OFF LED indicator
- Access to important I/O of AD8232
- 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 small (36.29mm x 32.72mm)
- Schematic (.pdf)
ماژول GebraBit AD8232
ماژول GebraBit AD8232 حاوی سنسوری با بلوک داخلی تطبیق سیگنال (signal conditioning) با ۳ لید برای اندازه‌گیری ضربان قلب (ECG) و سایر پارامترهای بایو پتانسیل است که با ولتاژ ورودی ۳.۳ ولت راه اندازی شده و از واحد داخلی تطبیق سیگنال (signal conditioning) ECG موجود در AD8232 بهره می‌برد. برای این منظور یک سوکت جک هدفون مادگی ۳.۵ میلی‌متری تعبیه شده‌است. بنابراین تمامی کابل‌های الکترود ECG سه لید نری با جک ۳.۵ میلی‌متری، برای این محصول مناسب و قابل استفاده هستند.
کاربران می‌توانند به تمامی ورودی/ خروجی (I/O) های مهم AD8232 دسترسی داشته باشند.
با توجه به پکیج LFCSP سنسور AD8232 ، برای توسعه سخت افزاری و البته توسعه نرم افزاری سنسور، کاربر نیاز به یک مدار راه انداز و درایور دارد.GebraBit برای راحتی کاربران، این امر را با پیاده سازی مدار سنسور AD8232 و ارایه دسترسی به پین های سیگنال های ارتباطی و تغذیه ، محق ساخته است.
کافیست ماژول GebraBit AD8232 را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز، ماژول GebraBit AD8232 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 AD8232 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 AD8232 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 AD8232
ای سی اصلی این ماژول بوده که اندازه‌گیری ضربان قلب (ECG) و سایر پارامترهای بایو پتانسیل را برعهده دارد و در مرکز ماژول GebraBit AD8232 قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.
جک هدفون 3.5mm
این جک هدفون به منظور اتصال لیدهای ECG به ماژول بوده و برای دریافت سیگنال های ضربان قلب استفاده میشود.
برای اتصال دستگاه به بدن از یک کابل ECG سه لید با جک هدفون نری استفاده میشود . در اغلب کابل‌های ECG سه لید، لیدها به سه رنگ قرمز ، سبز و زرد هستند که لید قرمز به دست راست، لید زرد به دست چپ و لید سبز به پای راست شخص وصل میشود.
با اتصال جک هدفون نری کابل ECG به سوکت مربوطه روی ماژول و چسباندن صحیح لیدها ، ماژول فعال شده و مانیتورینگ ضربان قلب انجام میشود.
سیگنال خروجی از نظر شکل، تمیزی و سطح ولتاژ مشابه سیگنال نمونه در تصویر زیر است.
LED ضربان قلب
این LED در صورت تشخیص فعالیت الکتریکی قلب چشمک می‌زند. درواقع این ال ای دی، درصوتیکه خروجی پایدار باشد با ضربان قلب چشمک زده و می‌تواند به عنوان یک نشانگر کلی برای سیگنال‌های الکتریکی دریافتی از قلب، برای این ماژول درنظر گرفته شود.
تغذیهLED
با اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ON ماژول روشن می شود.
پین های ماژول
پین های تغذیه
- 3V3 : این پین تغذیه اصلی سنسور را تامین میکند.
- GND : این پین زمین مشترک برای تغذیه ماژول است.
پین های ورودی و خروجی
- SDN : این پین، پین ورودی دیجیتال کنترل shut down میباشد. برای دست یابی به حالت shut down کم مصرف، SDN را با مقدار LOW راه اندازی کنید.
- LO- : این پین، پین خروجی دیجیتال تشخیص جدا شدن لیدها میباشد. درحالت تشخیص جدا شدن لیدها در شرایط DC، وقتی الکترود از –IN جدا باشد، پین LOD- دارای مقدار high میباشد و وقتی الکترود متصل باشد، این پین در حالت Low قرار میگیرد.
- LO+ : این پین، پین خروجی دیجیتال تشخیص جدا شدن لیدها میباشد. درحالت تشخیص جدا شدن لیدها در شرایط DC، وقتی الکترود از +IN جدا باشد، پین LOD+ دارای مقدار high میباشد و وقتی الکترود متصل باشد، این پین در حالت Low قرار میگیرد. در شرایط ac نیز اگر اتصال یکی از +IN یا – IN ها برقرار نباشد، LOD+ درحالت high قرار میگیرد. در شرایط ac هنگامی که هر دو الکترود متصل باشند، LOD+ در حالت low قرار میگیرد.
- OUT : این پین، پین خروجی، تقویت کننده عملیاتی سنسور میباشد.سیگنال کامل ضربان قلب از طریق این خروجی در دسترس میباشد. برای دریافت دیتا و شکل موج ضربان قلب (ECG) کافیست پین آنالوگ “OUT” به پین ADC میکروکنترلر وصل شود.
اتصال به پردازنده
اتصال با GebraBit STM32F303 و GebraBit ATMEGA32A
با توجه به اینکه پین خروجی آنالوگ ماژول GebraBit AD8232 بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های ADC ماژول های GEBRABIT ATMEGA32A و GebraBit STM32F303 می باشد، کافیست ماژول GebraBit AD8232 را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول‌های GebraBit ATMEGA32A و GebraBit STM32F303 قرار داده و خروجی آنالوگ را دریافت کنیم.با توجه به اینکه پین خروجی آنالوگ ماژول GebraBit AD8232 بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های ADC ماژول های GEBRABIT ATMEGA32A و GebraBit STM32F303 می باشد، کافیست ماژول GebraBit AD8232 را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول‌های GebraBit ATMEGA32A و GebraBit STM32F303 قرار داده و خروجی آنالوگ را دریافت کنیم.
در اینجا برای درک بهتر اتصال جداگانه این ماژول‌ها نشان داده شده است.
اتصال با ARDUINO UNO
برای اتصال ماژول GebraBit AD8232 به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین 3V3 ماژول AD8232 را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول AD8232 را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین های LO-،LO+ و SDN که پین‌های دیجیتال ماژول AD8232 هستند را به پین های دیجیتال برد ARDUINO UNO (مثلا پین‌های D9، D10 و D11)متصل کنید.(سیم‌های زرد، نارنجی و سبز)
- پین OUT ماژول AD8232 که پین آنالوگ ماژول است را به یکی از پین‌های آنالوگ برد ARDUINO UNO (مثلا پین A1) متصل کنید.(سیم آبی)