ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРАПОЛЯР НОЙ РЕОГРАФИИ

Многие исследователи предлагают использовать при обследовании в космосе метод тераполярной реографии. Суть этого метода заключается в использовании вместо двух - четырёх электродов, два из которых токовые, а два - измерительные. Блок-схема экспериментальной установки такого метода показана на рисунке 41.

Рис. 66 — Блок схема экспериментальной установки

ГТИ — генератор тактовых импульсов, ИП - источник питания, ВК - выходной каскад, МК - микроконтроллер, ИПД - интерфейс передачи данных, ДУ - дифференциальный усилитель, АРУ - автоматическая регулировка усиления

Принципиальная схема измерительного преобразователя приведена на рисунке 42.

Рис. 67 - Принципиальная схема измерительного преобразователя электрического импеданса

Микроконтроллер формирует тестирующие импульсы напряжения и осуществляет прием и передачу полезного сигнала на персональный компьютер посредством порта USB. Выходной каскад выполнен по схеме стабилизированного источника тока. Дифференциальный усилитель усиливает разность напряжений на измерительных электродах до необходимого уровня. Интерфейс передачи данных осуществляет связь с персональным компьютером посредством порта USB.

Центральным звеном (ядром) прибора является микроконтроллер, выполняющий одновременно функции формирования тестирующего импульса, обработки и передачи данных. Главными критериями при выборе микроконтроллера в данном случае являются объем встроенной оперативной памяти не менее 1 Кбайта для записи отсчетов импульса с требуемой дискретизацией, низкое энергопотребление, наличие интерфейса UART для передачи данных в персональный компьютер, наличие встроенного аналого-цифрового преобразователя. В соответствии с этим выберем AVR-микроконтроллер Atmega8 фирмы Atmel. Данная микросхема является 8-разрядным микроконтроллером с 8 Кбайтами программируемой Flash-памятью.

Выходной каскад.

Так как тестирование биологической жидкости производится подачей импульса тока, необходимо обеспечить постоянный ток на нагрузке в течение действия импульса, при этом значение тока не должно меняться при изменении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление линий ввода/вывода микроконтроллера составляет около 30 кОм, поэтому тестирование импульсом непосредственно с вывода микроконтроллера не желательно. Для обеспечения стабильного тока на нагрузке используется схема усилителя мощности, показанная на рисунке 43.

Рис. 68- Схема выходного каскада

Ток обратной связи Iос составляет часть тока Iн, проходящего через нагрузку Rн:

Учитывая, что напряжение на резисторе R1 равно входному сигналу, в итоге получаем:

Для обеспечения высокого входного сопротивления цепей усиления сигнала и предварительного усиления сигнала используется микросхема AD620 - недорогой прецизионный инструментальный усилитель малого потребления с коэффициентом передачи 1... 10000, задаваемым одним внешним резистором. Полоса ИУ при G=100 составляет 120 кГц.

Под управлением программы микроконтроллер осуществляет формирование тестирующего импульса, прием, аналого-цифровое преобразование, запись в резидентное ОЗУ временных отсчетов переходной функции исследуемой биологической жидкости. После запуска микроконтроллера, он автоматически выводит логический 0 на генераторный вывод микроконтроллера (PB0) и переводит US ART в режим приема данных. Затем осуществляется проверка состояния бита завершения приема (RXC в регистре UCSRA). Цикл проверки повторяется пока не будет установлен бит RXC Если этот бит установлен, значит в регистр UDR были записаны 8 бит, пришедшие с компьютера. Приход восьмибитного слова служит сигналом для начала формирования тестирующего импульса. Данные из регистра UDR считываются, чтобы сбросить бит RXC. Затем начинается формирование прямоугольного импульса. Для этого вывод микроконтроллера РВО устанавливается в 1 и удерживается в этом состоянии в течение времени длительности импульса. Преобразование импульса в цифровой код производится в течение первой секунды действия тестирующего импульса, так как постоянная времени переходной функции биологических жидкостей составляет менее 1 с. Оцифровка производится с дискретизацией по времени, равной 1 мс. Аналого-цифровому преобразованию подвергается также значение переходной функции в момент времени 5 с, для определения максимального значения принятого импульса. Все преобразованные значения напряжения считываются из регистра АЦП и записываются в резидентное ОЗУ микроконтроллера. После окончания импульса РВО сбрасывается в 0 и производится обработка полученных данных. После завершения цифровой обработки USART переводится в режим передачи данных и производится передача данных из ОЗУ через преобразователь RS232-USB на USB-порт компьютера. Использование преобразователя интерфейсов значительно упрощает разработку программного обеспечения передачи данных, так как позволяет работать с интерфейсом USB также как с интерфейсом RS232. После передачи последнего байта данных происходит возврат в начало программы.

После нажатия на кнопку интерфейса, компьютер передает 8-битное слово через USB-порт на микроконтроллер и запускает таймер на время длительности импульса и передачи данных. Затем производится считывание отсчетов переходной характеристики из буферной памяти USB-порта. Считанные данные преобразуются из шестнадцатеричного формата в десятичный и сохраняются в виде текстового файла. Алгоритм программы передачи данных представлен на рисунке 44. При использовании преобразователя RS232-USB обращение к USB-порту со стороны компьютера осуществляется как обращение к виртуальному COM-порту, что значительно упрощает задачу программирования.

Рис. 69 - Алгоритм программы передачи данных

Далее текстовый файл переходной функции поступает на персональный компьютер, где реализуется методика определения частотной характеристики на основании анализа от переходной функции, расчет частотной характеристики, методика оценки структурного состава. По данной методики измерительные электроды накладывается по окружности на грудную клетку на 2 см ниже мечевидного отростка грудины и по окружности на область шеи, а токовые - на область живота и головы. Рассмотренный реограф имеет связь с бортовым компьютером. В бортовом компьютере происходит предварительная обработка сигналов и выдача диагноза исследований. Кроме того, полученные сигналы подаются через передатчик на Землю в цифровой узел обработки информации, где опытные специалисты исследуют полученную информацию.