Upload
others
View
11
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
I
Saša Kos
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG
Diplomsko delo
Maribor, september 2011
II
Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa
Študent: Saša Kos
Študijski program: VS Računalništvo in informatika
Smer: Logika in sistemi
Mentor: prof. dr. Damjan Zazula, izvolitveno področje: računalništvo
Somentor: doc. dr. Boris Cigale, izvolitveno področje: računalništvo
Maribor, september 2011
III
IV
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Damjanu
Zazuli za pomoč in vodenje pri opravljanju
diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem
somentorju doc. dr. Borisu Cigaletu. Posebna
zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.
V
Merjenje nestandardnih odvodov signalov EKG
Ključne besede: elektrokardiograf, elektrokardiogram (EKG), standardni odvodi
EKG, mikrokrmilnik ADS1298, nestandardne meritve signalov EKG
UDK: 004.3/.4:[621.39.08:616.12-073.7](043.2)
Povzetek
V diplomski nalogi predstavljamo programsko in strojno rešitev za nestandardno
merjenje elektrokardiografskih (EKG) signalov. Z opisano rešitvijo želimo preveriti, ali
je možno hitrejše, preprostejše in nemoteče merjenje EKG-signalov z manjšim številom
elektrod, ki so v smislu klinične prakse postavljene na nestandardnih mestih (npr.
prstih).
Zasnova strojne opreme temelji na treh delih. Prvi predstavlja vezje ADS1298
proizvajalca Texas Instruments, ki opravlja funkcijo zajemanja in ojačenja analognega
EKG-signala ter analogno-digitalno (AD) pretvorbo. Drugi je mikrokrmilnik PIC32MX
proizvajalca Microchip, ki skrbi za krmiljenje vezja ADS1298 in prenos podatkov preko
vmesnika USB na osebni računalnik. Tretji del je osebni računalnik, kjer se podatki
obdelajo in shranijo. Programska rešitev je sestavljena iz dveh delov, in sicer kode za
mikrokrmilnik PIC32MX, ki skrbi za komunikacijo z ADS1298 in osebnim
računalnikom, ter programske opreme na osebnem računalniku, ki skrbi za izris EKG-
signala ter obdelavo in shranjevanje podatkov.
Z opisano rešitvijo smo uspeli zanesljivo izmeriti EKG-signal z dvema elektrodama, ki
sta nameščeni na nestandardnih odjemnih mestih, npr. na prstih rok. Cilj nemotečega
in hitrega merjenja je dosežen delno, saj pri krajših razdaljah med elektrodama in
kratkotrajnih stikih meritve niso bile zelo zanesljive.
VI
Opisano rešitev bi bilo možno izboljšati z izdelavo analognega nizkošumnega
predojačevalnika, boljšega algoritma za filtriranje signala ter uporabo kakovostnejših
elektrod.
VII
Non-standard measurment of ECG signals
Key words: electrocardiograph, electrocardiogram (ECG), standard ECG leads,
microcontroller ADS1298, non-standard measurements of ECG signals
UDC: 004.3/.4:[621.39.08:616.12-073.7](043.2)
Abstract
This diploma thesis presents a hardware and software solution for non-standard
measurements of electrocardiographic (ECG) signals. The purpose of proposed design
is to assess the feasibility of measuring the ECG signals faster, easier, unobtrusive and
with less electrodes that are placed at non-standard locations compared to established
clinical practice.
Hardware consists of three parts: semiconductor circuit ADS1298, made by Texas
Instruments, is responsible for acquisition, amplification, and digitalization of analog
ECG-signals. Second part is microcontroller PIC32MX, made by Microchip. It is
responsible for management of ADS1298 and data transfer through USB interface to a
personal computer. Third part is personal computer where acquired data is processed
and stored. Software solution consists of two parts: a code that is responsible for
communication with ADS1298 and is executed inside microcontroller PIC32MX, and
software at the personal computer level to visualize ECG signals, and process and store
the acquired data.
Presented solution enabled reliable measurement of ECG-signals, when two electrodes
were placed at non-standard locations, such as fingers of both arms. The goal of less
obtrusive and faster measurments was partially achieved, because measurements were
VIII
not very reliable when distances between electrodes were short or contacts with
electrodes were of short duration.
The solution could be enhanced by constructing a low-noise preamplifier, by designing
better algorithms for signal filtering and by use of higher quality electrodes.
IX
VSEBINA
1 UVOD ...................................................................................................................... 1
2 SNEMANJE SIGNALOV EKG IN ZASNOVA KARDIOGRAFOV ............... 3
3 ZASNOVA STROJNE OPREME ......................................................................... 7
3.1 ZAHTEVE IN SPECIFIKACIJE ................................................................................ 7
3.2 MIKROELEKTRONSKO VEZJE ZA MERJENJE EKG-SIGNALA ................................ 8
3.3 MIKROKRMILNIŠKO VEZJE ............................................................................... 23
4 ZASNOVA PROGRAMSKE OPREME ............................................................ 27
4.1 ZAHTEVE IN SPECIFIKACIJE .............................................................................. 27
4.2 PROGRAMSKE REŠITVE .................................................................................... 27
4.3 POSEBNE RUTINE ZA OBDELAVO PODATKOV .................................................... 33
5 PREVERJANJE STROJNIH IN PROGRAMSKIH REŠITEV ...................... 35
5.1 FUNKCIONALNI PREIZKUS ................................................................................ 35
5.2 PRIKAZI MERITEV SIGNALOV EKG V NESTANDARDNIH ODVODIH .................... 39
6 SKLEP ................................................................................................................... 43
7 VIRI, LITERATURA ........................................................................................... 44
8 PRILOGE .............................................................................................................. 45
8.1 SEZNAM SLIK ................................................................................................... 45
8.2 SEZNAM PREGLEDNIC ...................................................................................... 45
8.3 NASLOV ŠTUDENTA ......................................................................................... 46
8.4 KRATEK ŽIVLJENJEPIS...................................................................................... 46
X
UPORABLJENE KRATICE
EKG – elektrokardiogram
AD pretvornik – analogno-digitalni pretvornik
DA pretvornik – digitalno-analogni pretvornik
PGA – programirani ojačevalnik (ang. Programmable Gain Amplifier)
RLD – povratni signal na desni nogi (ang. Right Leg Drive)
WCT – osrednja priključna točka po Wilsonu (ang. Wilson Central Terminal)
SPI – serijsko vodilo (ang. Serial Peripherial Interface Bus)
SCLK – ura, ki jo generira gospodar (ang. Serial Clock)
CS – izbirna linija (ang. Chip Select)
SS – izbirna linija sužnja (ang. Slave Select)
MUX – multiplekser (ang. Multiplexer)
AVDD – pozitivna analogna napajalna napetost
AVSS – negativna analogna napajalna napetost
DVDD – pozitivna digitalna napajalna napetost
DGND – negativna digitalna napajalna napetost oz. ozemljitev (ang. Digital Ground)
RMS – koren povprečja kvadratov (ang. Root Mean Square)
IN1P – pozitivna elektroda prvega analognega vhodnega kanala
IN1N – negativna elektroda prvega analognega vhodnega kanala
MISO – vhod gospodarja, izhod sužnja (ang. Master Input Slave Output)
XI
MOSI – izhod gospodarja, vhod sužnja (ang. Master Output Slave Input)
CPOL – polariteta urinega signala pri protokolu (ang. Clock Polarity)
CPHA – faza urinega signala (ang. Clock Phase)
BGA – polje okroglih priključkov, vrsta ohišja za elektronska vezja (ang. Ball Grid
Array)
TQFP – tanko štiristransko plosko ohišje (ang. Thin Quad Flat Pack)
0x – označuje šestnajstiški zapis števila
0b – označuje dvojiški zapis števila
fSPS – število zajetih vzorcev na sekundo (ang. Samples Per Second)
fCLK – frekvenca delovanja vezja ADS1298 (ang. Frequency of Clock), ki znaša
2,048MHz
VREFP – pozitivna referenčna napetost, ki jo uporablja analogni del vezja
VREFN – negativna referenčna napetost, ki jo uporablja analogni del vezja
USB – univerzalno serijsko vodilo (ang. Universal Serial Bus)
CAN – omrežje krmilnikov (ang. Controler-Area Network)
PC – osebni računalnik (ang. Personal Computer)
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 1
1 UVOD
Kardiovaskularne bolezni so med najpogostejšimi vzroki smrti in v svetovnem merilu
vsako leto terjajo 17,1 miljonov življenj [1]. Vzrok so predvsem pomanjkanje fizične
aktivnosti, nekakovostna prehrana, alkohol, tobak ter okoljski in dedni vzroki. Kronične
oblike kardiovaskularnih bolezni lahko vodijo v zmanjšanje kakovosti življenja, nižjo
delovno storilnost ter negativno vplivajo na zdravje celotnega telesa.
Elektrokardiografija je eno izmed osnovnih diagnostični orodij v zdravstvu, saj omogoča
hiter in relativno natančen vpogled v električno aktivnost srca ter zaznavanje morebitnih
predpatoloških ali patoloških sprememb na srčni mišici. Na osnovi izmerjenega
elektrokardiograma (EKG) lahko izkušen kardiolog postavi diagnozo ter predpiše ustrezno
terapijo. V splošnem je merjenje EKG-signala za pacienta relativno preprosto, vendar je
treba na telo namestiti vsaj štiri, pri kliničnih preiskavah pa deset elektrod, s pomočjo
katerih se zaznava električna aktivnost srca [2]. Včasih se pod elektrode nanese še poseben
gel, ki izboljša stik med kožo in elektrodami, med meritvijo pa mora pacient nepremično
ležati, saj vsako krčenje mišic in posledično generirana elektromiografska napetost, moti
meritve EKG-signala.[3].
Zaradi navedenih razlogov je merjenje EKG-signala v nekontroliranih razmerah relativno
težavno, saj je natančna namestitev elektrod praktično nemogoča, uporaba gela nepraktična
in le redko je oseba popolnoma mirna. Namen diplomske naloge je raziskati možnost
merjenja signala EKG na čimbolj nemoteč način in z minimalnim številom elektrod, ki bi
bile postavljene na nestandardnih merilnih točkah (delih telesa) in po možnosti na čim
krajših medsebojnih razdaljah. Zato bomo načrtovali in izdelali elektronsko vezje, ki bo
omogočalo zajemanje EKG-signala z ustrezno vzorčevalno frekvenco ter vizualno analizo
elektrokardiograma. Nato bomo izvedli vrsto poskusov, na osnovi katerih se bomo lahko
odločili ali hipoteza, da je mogoče EKG-signal izmeriti zadovoljivo tudi na nestandarden
način, drži ali ne.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 2
Diplomsko delo je sestavljeno iz osmih poglavij. Za uvodnim sledi opis razvoja
kardiografov skozi zgodovino ter njihova zasnova. Prav tako je opisana problematika
merjenja EKG-signalov ter osnovni principi. V tretjem poglavju je opisana zasnova strojne
opreme, podrobna razlaga funkcionalnosti, ki jih opravljata mikrokrmilnik in analogno-
digitalni (AD) pretvornik ter utemeljitev, kaj nas je vodilo k izdelavi tovrstne zasnove.
Prav tako so opisane splošne lastnosti ter notranja arhitektura mikrokrmilnika in AD
pretvornika. V četrtem poglavju so razložene programske rešitve, ki skrbijo tako za
krmiljenje AD pretvorbe kot za prenos in obdelavo signalov. Ker je rešitev sestavljena iz
strojnih in programskih komponent, smo se v petem poglavju podrobno posvetili testiranju
in preverjanju pravilnosti delovanja vseh elementov rešitve, saj bi morebitno napačno ali
pomanjkljivo delovanje imelo bistven vpliv na kakovost zajetih signalov ali njihovo
napačno interpretacijo. Sledi prikaz meritev EKG-signala v nestandardnih odvodih. Na
koncu ovrednotimo meritve nestandardnih odvodov EKG-signala, kakor smo jih izmerili v
poskusih z izdelanim elektronskim vezjem.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 3
2 SNEMANJE SIGNALOV EKG IN ZASNOVA KARDIOGRAFOV
Elektrokardiografija se ukvarja z merjenjem in s spremljanjem električne aktivnosti srca
skozi čas, in to s pomočjo elektrod, ki so nameščene na površini telesa, običajno na prsnem
košu [2]. Rezultati meritev se izrišejo v grafični obliki na papir ali računalniški zaslon, kar
imenujemo elektrokardiogram. Velikost EKG-signala je reda velikosti nekaj milivoltov,
zato so začetki elektrokardiografije tesno povezani z razvojem elektrotehnike, ki je
omogočila ojačanje in merjenje šibkih napetosti.
Nizozemski zdravnik in elektrofiziolog William Einthoven je na začetku dvajsetega
stoletja skonstruiral strunski galvanometer [5], kot je prikazan na sliki 1, in z njegovo
pomočjo zaznal električno aktivnost srca v dovolj visoki ločljivosti, da so bili rezultati
klinično uporabni. Galvanometer je bil sestavljen iz nekaj metrov dolge, s srebrom
prevlečene steklene strune ter močnih elektromagnetov. Ko je šibek tok stekel skozi struno,
je zaradi elektromagnetnega polja struna pričela nihati. Nihanje se je projiciralo na
premikajočo se fotografsko ploščo, ki je zabeležila elektrokardiogram. Z uravnavanjem
napetosti strune je bilo možno nastaviti občutljivost. Na paciente, ki so jim merili EKG-
signal, niso namestili elektrod, kot jih poznamo danes, ampak so sedeli in imeli levo nogo
ter obe roki v vedrih z osoljeno vodo, ki je izboljšala prevodnost. Vedra so služila kot
elektrode, ki prevajajo tok iz kože do strune.
Slika 1: Strunski galvanometer in William Einthoven
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 4
Tako so dobili tri točke meritev (obe roki in leva noga), ki se uporabljajo še danes in so
znane pod imenom Einthovenov trikotnik. Prvi galvanometer je zahteval vodno hlajenje,
pet operaterjev za upravljanje, tehtal pa je blizu 300 kilogramov. Za odkritje je Einthoven
leta 1924 prejel Nobelovo nagrado za medicino [7]. Einthoven je tudi prvi opisal odklone,
ki jih je opazil na kardiogramu, in jih poimenoval valovi P, Q, R, S in T (slika 2).
Slika 2: Električna aktivnost ob posameznem srčnem utripu s poimenovanimi EKG-valovi
Pocenitev mikroprocesorjev ter razvoj algoritmov za avtomatično prepoznavanje vzorcev
in analizo signalov je omogočil, da sodobni kardiograf ne le beleži in izpisuje signal EKG,
ampak ga je sposoben tudi delno interpretirati [6], izpisati diagnozo ter opozoriti na
morebitne patološke spremembe na srčni mišici. Nakaže tudi, kje se spremembe nahajajo,
kar olajša delo kardiologa. Primer sodobnega šestnajstkanalnega kardiografa PageWriter
TC70 podjetja Philips je na sliki 3.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 5
Slika 3: Sodoben 16-kanalni kardiograf Philips PageWriter TC-70
Kardiografi so zasnovani iz naslednjih blokov (slika 4):
- vhodne analogne stopnje, kjer se signal ojača, praviloma s pomočjo
instrumentacijskega ojačevalnika. Pomembno je, da je ojačevalnik nizkošumni in
da ima visokoimpedančni vhod (vsaj 10 MΩ), saj imamo opravka s šibkimi signali;
- izolacijskega dela: morebitno nepravilno delovanje vezja bi lahko ustvarilo visoke
napetosti ali tokove, ki bi bili nevarni za pacienta, zato so vhodne stopnje od
človeka galvansko ločene in zaščitene pred medicinsko nevarnimi napetostmi;
- AD pretvorbe: poskrbi za pretvorbo analognega signala v digitalnega;
- filtriranja: odstrani neželene komponente in šum iz EKG-signala. Ločimo dve vrsti
neželenih signalov: zunanje elektromagnetne motnje, ki jih povzroča električno
omrežje in različne električne naprave, kar pogosto zaznamo kot močan šum s
frekvenco 50 Hz, ter notranje, ki izvirajo iz samega pacienta in motijo EKG-signal.
To so predvsem elektromiografske napetosti, ki so posledica krčenja mišic in
dihanja. S pomočjo ozkega zapornega filtra se dajo odstraniti motnje 50 Hz, s
kombinacijo nizkega in visokega sita pa elektromiografski šum ter druge
elektromagnetne motnje iz okolice. Filtriramo tako analogne kot digitalne signale,
torej po AD pretvorbi, vendar zaradi večje prilagodljivosti vse več dela prepuščamo
digitalnim filtrom;
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 6
- digitalnega dela, ki je sestavljen iz mikroprocesorja in mikrokrmilnika ter skrbi za
celo množico funkcij, kot so: digitalno filtriranje signala, shranjevanje zajetih
podatkov v pomnilnik ali zbirke, izvajanje algoritmov za analizo rezultatov in
avtomatično diagnostiko ter za prikaz zajetih podatkov na zaslonu.
Slika 4: Zasnova kardiografa in povezava z opazovano osebo
Vhodna stopnja kardiografa je povezana z elektrodami, ki skrbijo za prenos šibkega
signala s površine kože do vezja. Obstaja več vrst elektrod, pogosto uporabljene so
samolepilne za enkratno uporabo ter vakumske za večkratno uporabo, ki so vidne na
sliki 5.
Slika 5: Primera EKG-elektrod
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 7
3 ZASNOVA STROJNE OPREME
3.1 Zahteve in specifikacije
Ker želimo meriti signal EKG v nenadzorovanih razmerah, mora potekati meritev čim bolj
preprosto, hitro ter z minimalnim številom elektrod. Uporbiti želimo le dve elektrodi, ki bi
bili na telesu postavljeni na čim krajši razdalji. Elektrodi morati biti suhi, brez uporabe gela
ali sredstev za zniževanje upornosti kože. Omogočati morata zaznavanje signala EKG, tudi
ko pride le do krajšega stika opazovane osebe z njima in ko razmere niso nadzorovane
(recimo v domačem bivalnem okolju).
Zaradi izpolnitve zgoraj opisanih zahtev smo se odločili za zasnovo in izdelavo lastnega
razvojnega okolja, ki ga je možno preprosto razširiti, ima dovolj kapacitete za shranjevanje
in obdelavo meritev, omogoča grafičen prikaz zajetih podatkov in ni preveč zahtevno za
izvedbo. V ta namen smo pripravili arhitekturo, kot je prikazana na sliki 4.
Slika 6: Prikaz arhitekture našega razvojnega okolja
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 8
Strojna oprema je sestavljena iz 24-bitnega AD pretvornika ADS1298 proizvajalca Texas
Instruments, ki skrbi za pretvorbo zajetega signala, mikrokrmilnika PIC32MX, ki
nadzoruje zajem podatkov, ter osebnega računalnika, kjer se podatki grafično prikazujejo
in obdelajo. Prednost ADS1298 sta predvsem visoka 24-bitna ločljivost AD pretvorbe in
vgrajeni programirni ojačevalnik, kar zmanjša število elektronskih komponent in
poenostavi delo.
Programska oprema je sestavljena iz razvojnega okolja MPLAB IDE proizvajalca
Microchip, s katerim smo programirali mikrokrmilnik, in različnih orodij, kot sta matlab in
realterm.
3.2 Mikroelektronsko vezje za merjenje EKG-signala
Kot smo razložili v prejšnjem podpoglavju, smo se odločili, da bomo izdelali lastno vezje
za merjenje EKG-signalov. Zasnovali smo ga z namenskim mikrokrmilnikom ADS1298,
ki ga proizvaja firma Texas Instruments. Gre za 24-bitni, 8-kanalni analogno-digitalni
pretvornik (AD) tipa delta-sigma, ki je sposoben sočasnega zajemanja podatkov iz vseh
osmih kanalov. Vgrajen ima programirani ojačevalnik (ang. Programmable Gain Amplifier
– PGA), interni oscilator, ki zagotavlja uro za delovanje digitalnega dela vezja, ter interni
vir referenčne napetosti za AD pretvornik. ADS1298 se od običajnih AD pretvornikov
razlikuje po tem, da ima vgrajena vezja, ki so specifična za zajemanje EKG-signalov. Te
so: zaznavanje prisotnosti srčnega spodbujevalnika, zaznavanje nepriključenih elektrod,
vgrajen ojačevalnik za povratni signal na desni nogi (ang. Right Leg Drive – RLD) in vezje
za osrednjo priključno točko po Wilsonu (ang. Wilson Central Terminal – WCT).
Namenjen je predvsem prenosnim elektrokardiografom, ki se napajajo iz baterij, zato ima
nizko porabo. Shema ADS1298 je prikazana na sliki 5.
Pomembnejše lastnosti vezja Texas Instruments ADS1298:
- vrsta vezja: AD pretvornik vrste sigma-delta z nastavljivim ojačanjem in filtri za
zajemanje signalov EKG;
- ločljivost: 24 bitov;
- število kanalov: 8 paralelnih s sposobnostjo sočasnega zajemanja vzorcev;
- hitrost zajemanja podatkov: od 250 vzorcev do 32 tisoč vzorcev na sekundo;
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 9
- dušenje motenj (ang. Common Mode Rejection Ratio – CMRR): -115 dB;
- šum: 4 Vpp pri frekvenci 150 Hz in ojačanju 6;
- digitalni vmesnik: SPI-kompatibilen;
- vgrajen programirani ojačevalnik (PGA) z nastavljivim ojačanjem: 1, 2, 3, 4, 6, 8 in
12;
- vgrajen vhodni multiplekser za analogne signale: 8 kanalov;
- vgrajen oscilator s frekvenco 2,048 MHz in vir referenčne napetost 2,4 V ali 4 V;
- vgrajen testni signali, ki omogočajo preverjanje pravilnosti delovanja vezja;
- število registrov: 26;
- nizka poraba: 0,75 mW/kanal;
- ohišje: BGA-64 ali TQFP-64.
Slika 7: Shema ADS1298
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 10
Pred snemanjem analognih signalov moramo izvesti točno določeno proceduro oz.
zaporedje ukazov ob vklopu, nato moramo sprogramirati registre, s katerimi opredelimo
način delovanja vezja, tj. parametre za AD pretvorbo, vhodni multiplekser in obnašanje
vezja, šele nato lahko sprožimo pretvorbo analognih signalov v digitalni zapis.
Zunanji nadzor nad vezjem za snemanje EKG bomo vzpostavili z mikrokrmilnikom
PIC32MX, ki je povezan z ADS1298 po vodilu SPI.
Mikroelektronsko vezje ADS1298 za snemanje EKG-signalov sestoji iz več podsklopov, ki
jih podrobneje opisujemo v nadaljevanju. To so:
- vhodni multiplekser,
- AD pretvornik vrste sigma-delta,
- nizkofrekvenčni filter,
- vhodna stopnja z elektrodami,
- vodilo SPI in
- pomembnejši nadzorni registri.
Vhodni multiplekser
Na sliki [8] je prikazan vhodni multiplekser (ang. Input Multiplexer – IM) za en kanal.
ADS1298 ima osem tovrstnih blokov, enega za vsak kanal.
Konfiguriranje vhodnega multiplekserja se opravi s pisanjem ustreznih vrednosti treh
najpomembnejših bitov (ang. Most Significant Bit – MSB) v register CHn, pri čemer n
pomeni številko izbranega vhodnega kanala. Dodatno se uporablja še registrer CONFIG3,
ki omogoča krmiljenja signala desne noge (RLD). Ta funkcionalnost v diplomski nalogi ni
bila uporabljena, saj za nemoteče merjenje EKG v nenadzorovanih razmerah ni smiselna.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 11
Slika 8: Vhodni multiplekser
Analogni vhodi na ADS1298 lahko opravljajo različne funkcije, npr. na vhod lahko
priključimo običajne elektrode, ga uporabimo kot referenco za RLD, ali morda nanj
pripeljemo zunanje ali notranje generiran testni signal. Zaradi večnamenskosti vsakega
posameznega vhoda je potreben relativno kompleksen vhodni multiplekser. Z omenjenimi
tremi biti lahko izbiramo povezave, ki so opisane v preglednici 1.
Preglednica 1: Možnosti vhodnih povezav multiplekserja
Biti 2, 1, in 0 v registrih
CHn
Opis
000 normalen vhod
001 vhod je kratko sklenjen
010 uporabljen za meritve RLD
011 meritve analognih in digitalnih napajalnih napetosti vezja
100 temperaturni seznor
101 testni signal
110 RLD_DRP uporabljen za meritve RLD, nastavi pozitivno
elektrodo za povratno zanko
111 RLD_DRN – uporabljen za meritve RLD, nastavi negativno
elektrodo za povratno zanko
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 12
Možnosti vhodnega multiplekserja, ki smo jih uporabili pri programiranju vezja za
nestandardno snemanje EKG, so (povzeto po preglednici 1):
- 000 – vhod deluje kot običajen analogni vhod, na katerega smo priključili
elektrode, funkcijski generator ipd.;
- 001 – vhodni multiplekser znotraj samega vezja sklene pozitiven in negativen
priključek izbranega kanala. Uporabili smo ga predvsem za meritve osnovnega
šuma vezja ter prisotnosti enosmerne napetostne komponente (ang. Offset). Vhodne
priključke bi lahko v kratek stik sklenili tudi sami s pomočjo elektrod, vendar bi s
tovrstnim pristopom povečali možnost vpliva zunanjega elektromagnetnega šuma,
saj bi povezovalni kabli do elektrod lahko delovali kot antene;
- 011 – preusmeri referenčne napetosti na vhodne kanale. Pri nastavitvi ojačanja 1 je
na kanalih 1, 2, 5, 6, 7 in 8 srednja napetost med pozitivno analogno (AVDD) in
negativno analogno napajalno napetostjo (AVSS), kar da vrednost (AVDD-
AVSS)/2, na kanalih 3 in 4 pa je pozitivna digitalna napajalna napetost DVDD/4. V
našem primeru so bile izmerjene vrednosti 1,6204 V ter 0,80249 V. Ta funkcija je
uporabna predvsem za preverjanje delovanja vezja, saj vsako odstopanje
referenčnih napetosti pomembno vpliva na meritve in lahko nakaže na napako v
vezju;
- 100 – preusmeri na izbrani kanal senzor temperature, ki je vgrajen v samem vezju.
S pomočjo formule smo napetost iz senzorja spremenili v stopinje Celzija in tudi na
ta način preverjali pravilno delovanje;
- 101 – na vhod se pripelje pravokotni testni signal, ki je interno generiran.
Nastavimo lahko njegovi amplitudo in frekvenco. To nastavitev smo precej
uporabljali, saj je olajšala preverjanje pravilnega delovanja vezja.Več o tem v
poglavju XXX, kjer je opisano preizkušanje strojne in programske opreme.
- 110 in 111 – v povezavi s krmiljenjem signala desne noge omogoča, da nastavimo
pozitivno ali negativno elektrodo za povratno zanko. Te možnosti v diplomski
nalogi nismo uporabili.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 13
AD pretvornik vrste sigma-delta in nizkofrekvenčni filter
AD pretvornik vrste sigma-delta je sestavljen iz dveh delov: sigma-delta modulatorja in
nizkopasovnega sita [8]. Modulator sigma-delta prevzorči analogni signal z mnogo višjo
frekvenco (64-krat in več), kot je pasovna širina signala, in na izhodu generira zaporedje
digitalnih pulzov, ki so pulzno-frekvenčno modulirani (ang. Pulse Frequency Modulation –
PFM). Frekvenca pulzov je sorazmerna napetosti, ki jo merimo. Čim višja je napetost, z
višjo frekvenco se pojavljajo pulzi. Dobljeni signal ima bistveno večjo pasovno širino od
osnovnega signala, ki jo z nizkofrekvenčim decimacijskim filtrom zmanjšamo na
dvakratno pasovno širino. Osnovni namen nadvzorčenja je zmanjšanje kvantizacijskega
šuma in posledično izboljšanje ločljivosti AD pretvorbe [9].
Sigma-delta modulator v ADS1298 je dvostopenjski [4], hitrost modulacije je lahko fCLK/4,
torej 512 kHz ali fCLK/8 = 256 kHz, odvisno od nastavitve registra CONFIG1, ki je
podrobno opisan v poglavju 3.2. Sledi nizkofrekvenčni filter, izpeljan iz galvničnega filtra,
ki zaduši visoke frekvence in pretvori niz bitov v vzporedni tok bitov. Lomna frekvenca je
odvisna od hitrosti vzorčenja. Čim višja kot je vzorčevalna frekvenca, tem višja je lomna
frekvenca.
Vgrajeni sigma-delta AD pretvornik omogoča hitrosti vzorčenja do 32 k vzorcev/s in
ločljivost največ 24 bitov, vendar ne pri najvišjih hitrostih. Odvisnost vzorčevalne
frekvence in ločljivosti prikazuje preglednica 2.
Preglednica 2: Odvisnost vzorčevalne frekvence in ločljivosti
vzorčevalna frekvenca [k
vzorcev/s]
ločljivost
do 8 24 bitov
16 19 bitov
32 17 bitov
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 14
Vhodna stopnja z elektrodami
Analogni vhod v AD1298 je polno diferencialen, zato lahko pri stopnji ojačanja 1 vhod
niha med VREFP in VREFN, v našem okolju med -2,4 V do 2,4 V.
Za elektrode smo uporabili kakovostne samolepilne srebro-kloridne elektrode znamke
RedDot proizvajalca Philips, ki so namenjene za enkratno uporabo. Na vezje smo jih
priključili z namenskimi EKG-kabli, ki so oklopljeni. Oklop smo priključili na ozemljitev
in s tem zmanjšali šum, ki se inducira iz okolice.
Vodilo SPI
Serijsko vodilo (ang. Serial Peripherial Interface Bus – SPI) uporablja sinhroni serijski
protokol, namenjen povezavi perifernih naprav z računalnikom. Deluje v načinu polnega
dipleksa (ang. full duplex), torej lahko naprave hkrati pošiljajo in sprejemajo podatke.
Princip komunikacije je gospodar-suženj, torej gospodar prvi pošlje podatkovni paket. Na
vodilu je lahko priključenih več naprav oz. sužnjev, zato se mora gospodar odločiti, s
katero napravo bo komuniciral. Izbira je izvedena s pomočjo izbirne linije (ang. Chip
Select) CS , ki je pogosto poimenovana tudi SS (ang. Slave Select).
Shemo povezave gospodarja in sužnja prikazuje slika 9.
Slika 9: Shema povezave gospodar-suženj
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 15
Na sliki 9 pomenijo oznake linij naslednje:
SCLK – ura, ki jo generira gospodar (ang. Serial Clock),
MOSI – izhod iz gospodarja na vhod sužnja (ang. Master Output Slave Input),
MISO – vhod gospodarja iz sužnjevega izhoda (ang. Master Input Slave Output),
SS – izbira sužnja.
V splošnem komunikacija prek SPI poteka na naslednji način: gospodar izbere napravo s
pomočjo linije SS , ki jo postavi na logično 0. Nato začne oddajati urin signal SCLK, ki
narekuje hitrost izmenjave podatkov. Pri vsaki periodi SCLK se zgodi naslednje:
- gospodar pošlje sužnju en bit preko MOSI in suženj ga prebere,
- suženj pošlje gospodarju en bit preko svoje linije MISO in gospodar ga prebere.
Čeprav morda suženj nima za gospodarja nobenih podatkov, ampak le čaka na njegove
ukaze, ali morda gospodar čaka na podatke od sužnja, je nujno, da se oba koraka branja in
pisanja zgodita v vsakem ciklu ure SCLK, saj protokol SPI ne pozna koncepta »samo
branje« oz. »samo pisanje«. V tem primeru lahko gospodar oz. suženj pošlje po vodilu
poljubne bite, saj se ignorirajo. V vsakem ciklu se zgodita tako branje kot pisanje.
Gospodar vedno pošilja urin signal, katerega frekvenca mora biti enaka ali manjša od
maksimalne frekvence, ki jo podpira suženj.
Pri protokolu SPI sta zelo pomembni polariteta in faza ure SLCK. Polariteta ure nam
pove, ali je bazna vrednost signala ure 0 ali 1, kot opisuje slika 10. Če je polariteta 0,
potem bo signal ure v stanju mirovanja, torej ko ni oddaje urnih pulzov, enak 0. Če je
polariteta enaka 1, bo v stanju mirovanja signal SCLK enak 1.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 16
Slika 10: Prikaz faze pri protokolu SPI v odvisnosti od CPHA
Faza oz. CPHA nam pove, v katerem trenutku se podatki zajemajo in pošijajo. Če je
CPHA=0, potem se podatki zajemajo ob prehodu ure iz nizkega v visok nivo ter pošiljajo
ob prehodu iz visokega v nizki nivo, pri CPHA=1 obratno.
Pri ADS1298 znaša maksimalna frekvenca SCLK 20 MHz, najnižja načeloma ni
predpisana, vendar je omejena s številom kanalov, ki jih zajemamo, ter hitrostjo vzorčenja.
Če nastavimo frekvenco SCLK prenizko, se lahko zgodi, da bo naslednji vzorec
pripravljen za branje, preden bomo do konca prebrali trenutnega, kar privede do izgube
vzorcev. Pri diplomskem projektu smo uporabili kar maksimalno frekvenco 20 MHz in
tovrstnih težav ni bilo. ADS1298 uporablja nastavitve CPOL=0 in CPHA=1, kar je znano
tudi pod imenom SPI-način 1. V našem primeru mora gospodar, torej mikrokrmilnik
PIC32MX, inicializirati vodilo SPI na ustrezne vrednosti, sicer komunikacija z ADS1298
ni možna, saj suženj ne more sam nastaviti parametrov za komunikacijo. Pri tem smo
imeli kar nekaj težav, saj protokol SPI ni zelo natančno definiran, in potrebovali smo več
poskusov, da smo uspeli najti pravilne nastavitve. Pri tem smo si pomagali z osciloskopom,
s pomočjo katerega smo opazovali predvsem liniji SCLK ter MSIO. Pri protokolu SPI smo
opazili še občutljivost na »odvečne« urine cikle na vodilu, če je npr. ob prenosu osmih
bitov bilo poslano šestnajst SCLK ciklov namesto osem, kar je povzročilo, da je ADS1298
zašel v neznano stanje in komunikacija se je ustavila.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 17
To težavo smo odpravili s ponovno izbiro čipa, oz. preklopom linije CS , kar je
povzročilo resinhronizacijo vodila SPI. Več o težavah pri izdelavi vezja je opisano v
poglavju 5.1.
Če bi vezje v celoti napajali iz baterij in bi bil cilj kar najmanjša poraba toka ter
maksimalna avtonomija, bi bilo zniževanje frekvence ure za komunikacijo smiselno,
vendar to presega zahteve te diplomske naloge.
Pomembnejši registri
Kot je razvidno iz preglednice 3, ima ADS1298 32 registrov. Vseh pri izdelavi diplomske
naloge nismo potrebovali, saj smo uporabljali le manjši del funkcionalnosti vezja.
Možnosti, kot so krmiljenje signala desne noge, zaznavanje slabega stika elektrod in
uporaba osrednje priključne točke po Wilsonu, nismo uporabili, zato so spodaj opisani le
najpomembnejši registri. Natančnejši opis najdete v tehnični dokumentaciji vezja [4].
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 18
Preglednica 3: Preglednica registrov ADS1298
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 19
Naziv registra: ID
Naslov: 00h
biti[7 .. 5] – vrnejo družino, kateri pripada vezje:
000 – rezervirano,
011 – rezervirano,
100 – vezje pripada družini ADS129x,
101 – rezervirano,
110 – vezje pripada družini ADS129xR,
111 – rezervirano;
bit 4 – vedno vrne 1;
bit 3 – vedno vrne 0;
biti [2..0] – vrnejo število kanalov naprave:
000 – 4 kanalni ADS1294 ali ADS1294R,
001 – 6 kanalni ADS1296 ali ADS1296R,
010 – 8 kanalni ADS1298 ali ADS1298R,
011 – rezervirano,
111 – rezervirano.
V našem primeru smo morali iz registra ID prebrati vrednost 0x92, kar pravilno identificira
vezje ADS1298. Branje identifikacijskega registra je bil prvi preprost test, ali vezje deluje
pravilno. Več o testiranju vezja je zapisano v poglavju 5.
Naziv registra: CONFIG1
Naslov: 01h
bit 7 – nastavitev visoke ločljivosti zajemanja ali varčnega načina. Če izberemo visoko
ločljivost, znaša modulacijska frekvenca sigma-delta modulatorja fCLK/4, pri
varčnem načinu pa fCLK/8:
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 20
0 – varčni način, nižja ločljivost zajemanja,
1 – visoka ločljivost zajemanja.
Uporabljali smo visoko ločljivost;
bit 6 – kadar imamo več vezij ADS1298, omogoča marjetično povezovanje in usklajeno
delovanje:
0 – marjetično povezovanje omogočeno,
1 – marjetično povezovanje onemogočeno.
Te možnosti nismo uporabili;
bit 5 – omogoča preusmeritev internega oscilatorja na nožico CLK (torej izhod), pod
pogojem, da je nožica CLKSEL povezana na logično enico. Ta možnost je
uporabna za uskladitev ur med različnimi elektronskimi komponentami:
0 – izhod oscilatorja na nožico CLK je onemogočen,
1 – izhod oscilatorja na nožico CLK je omogočen;
biti 4..3 – morajo biti nastavljeni na 0;
biti 2..0 – nastavitev hitrosti vzorčenja analognih signalov v številu vzorcev na sekundo
(ang. Samples per Second) SPS. Hitrost je odvisna tudi od bita 7, ki določa, ali
vzorčimo v visoki ločljivosti ali varčnem načinu. Za naše potrebe je zadoščala
hitrost 500 Hz in 1000 Hz v visoki ločljivosti.
Opis bitov:
BITI 2..0 vzorčevalna frekvenca pri visoki
ločljivosti [k vzorcev/s]
vzorčevalna frekvenca v
varčnem načinu [k
vzrocev/s]
000 32 16
001 16 8
010 8 4
011 4 2
100 2 1
101 1 0,5
110 0,5 0,25
111 se ne uporablja se ne uporablja
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 21
Naziv registra: CONFIG2
Naslov: 02h
biti 7..6 – morajo biti nastavljeni na 0;
bit 5 – shema rezanja WCT. Te možnosti nismo uporabili:
0 – frekvenca rezanja je spremenljiva,
1 – frekvenca rezanja je konstantna;
bit 4 – določi vir testnega signala:
0 - testni signal je zunanji oz. pripeljan na nožici TESTP_PACE_OUT1 ter
TESTP_PACE_OUT2,
1 – testni signal je interno generiran znotraj vezja;
bit 3 – mora biti nastavljen na 0;
bit 2 – določi amplitudo testnega/kalibracijskega signala:
0 – amplituda znaša 1 mV,
1 – amplituda znaša 2 mV;
biti 1..0 – določijo frekvenco testnega/kalibraciskega signala:
00 – puls pri fCLK/221
, kjer je fCLK frekvenca delovanja vezja in znaša 2,048 MHz,
01 – puls pri fCLK/221
,
10 – ni uporabljeno,
11 – enosmerna napetost.
Naziv registra: CONFIG3
Naslov: 03h
bit 7 – določi, ali je interni izravnalnik referenčne napetosti vključen ali izključen. Ker smo
uporabili interni generator referenčne napetosti, smo izravnalnik vključili:
0 – izravnalnik je izključen,
1 – izravnalnik je vključen;
bit 6 – mora biti nastavljen na 1;
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 22
bit 5 – določi referenčno napetost VREFP, ki jo ustvari interni generator. Ker smo imeli
napajalno napetost 3 V, smo za referenčno napetost lahko uporabili 2,4 V:
0 – VREFP je nastavljen na 2,4 V,
1 – VREFP je nastavljen na 5 V. Zahteva napajalno napetost vsaj 5 V;
bit 4 – omogoči merjenje RLD. Te možnosti nismo uporabili;
bit 3 – določi vir referenčnega signala RLD. Te možnosti nismo uporabili:
0 – vir je zunanji,
1 – vir je notranji;
bit 2 – določi stanje RLD izravnalnika. Te možnosti nismo uporabili:
0 – RLD izravnalnik je izključen,
1 – RLD izravnalnik je vključen;
bit 1 – določi zaznavanje slabega stika elektrod za RLD. Te možnosti nismo uporabili:
0 – zaznavanje je izključeno,
1 – zaznavanje je vključeno;
bit 0 – določi status RLD elektrod. Te možnosti nismo uporabili:
0 – RLD je povezan,
1 – RLD ni povezan.
Naziv registra: CHnSET, kjer n označuje številko analognega vhodnega kanala od 1 do 8
Naslov: od 05h do 0Ch
bit 7 – določi, ali je kanal vključen ali izključen:
0 – normalno delovanje, kanal je vključen,
1 – kanal je izključen;.
biti 6..4 – določajo ojačanje programirnega ojačevalnika PGA:
000 – ojačanje je 6,
001 – ojačanje je 1,
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 23
010 – ojačanje je 2,
011 – ojačanje je 3,
100 – ojačanje je 4,
101 – ojačanje je 8,
110 – ojačanje je 12;
bit 3 – vedno mora biti 0;
biti 2..0 – določi konfiguracijo vhodnega multiplekserja in posledično kateri signal bo
pripeljan na vhod kanala. Vhodni multiplekser je podrobneje opisan v
poglavju X:
000 – normalen vhod elektrod,
001 – vhod je kratko sklenjen. Uporabno za merjenje šuma ali enosmerne
komponente napetosti,
010 – uporabljeno za meritve RLD v povezavi z bitom RLD_MEAS. Te možnosti
nismo uporabili,
011 – na vhod se usmerijo napajalne in referenčne napetosti. Uporabno za
preverjanje pravilnosti delovanja napajalnega dela vezja. Na kanalih 1, 2 in od 5
do 8 je napetost enaka (AVDD-AVSS)/2, na kanalih 3 in 4 pa DVDD/4,
100 – temperatura internega senzorja,
101 – testni signal pravokotne oblike,
110 – nastavi pozitivno elektrodo kot krmilnik RLD. Te možnosti nismo uporabili,
111 – nastavi negativno elektrodo kot krmilnik RLD. Te možnosti nismo uporabili.
3.3 Mikrokrmilniško vezje
Za mikrokrmilniško vezje smo izbrali razvojno ploščico PIC32MX Ehtehernet Starter Kit
podjetja Microchip. Omogoča hiter razvoj aplikacij, saj so na ploščici vgrajene vse
elektronske komponente, ki jih mikrokrmilnik potrebuje za delovanje. Ker smo ADS1298
želeli povezati z razvojno ploščico po vodilu SPI, smo potrebovali dostop do posameznih
nožic, zato smo uporabili še razširitveno ploščico Starter Kit I/O Expansion Board.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 24
Ta se poveže z razvojno ploščico s posebnim konektorjem proizvajalca Hirose Electric in
omogoči dostop do skoraj vseh nožic. Razširitvena ploščica ima še dodatne stabilizirane
vire napajanja 3,3 V, 5 V in 9 V, kar je bilo koristno pri testiranju vezja.
Osnovne lastnosti razvojne ploščice PIC32MX Ehtehernet Starter Kit [10]:
- zmogljiv mikrokrmilnik PIC32MX795F512L,
- USB-mikrokrmilnik PIC32MX440F512H, ki omogoča razhroščevanje ter
povezljivost z osebnim računalnikom,
- vgrajeni kristalni oscilator s frekvenco 8 MHz,
- vgrajena tri stikala in tri svetleče diode (ang. Light Emmiting Diode − LED), ki jih
lahko poljubno programiramo,
- vtičnica RJ-45 ethernet, ki omogoča povezljivost po protokolu ethernet,
- regulator napetosti 3,3 V,
- priloženo razvojno okolje MPLAB IDE.
Več o tem sledi v poglavju 5.1.
Nekatere pomembnejše lastnosti mikrokrmilnika PIC32MX795F512L:
- frekvenca ure: 80 MHz,
- 512 kB pomnilnika za programe in 12 kB za zagonsko rutino,
- 128 kB pomnilnika za podatke,
- po 1 priključek USB, ethernet in CAN,
- podpora za štiri SPI-module,
- pet nožic za zunanje prekinitve,
- šestnajst AD pretvornikov s hitrostjo vzorčenja 10 MHz,
- interna oscilatorja za 8 MHz in 32 kHz.
Povezava ADS1298 in mikrokrmilnika PIC32MX
Najprej smo z vodilom SPI povezali mikrokrmilnik PIC32MX in ADS1298. To smo
opravili tako, da smo nožice SDI1, SDO1 in SCK1 iz mikrokrmilnika PIC32MX povezali
z nožicami DIN, DOUT in SCLK pri ADS1298, kar je prikazano na sliki 11.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 25
Slika 11: Povezava elektronskih vezij ADS1298 in PIC32MX
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 26
Nožico RB14, ki je na na razširitveni ploščici označena kot PMA1, smo uporabili kot
izbirno linijo, s pomočjo katere izbiramo ADS1298, RB15 (PMA0) pa smo uporabili kot
prekinitveno linijo, s pomočjo katere ADS1298 sporoča mikrokrmilniku, da ima
pripravljene podatke. Več o programskih rešitvah je opisano v poglavju 4.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 27
4 ZASNOVA PROGRAMSKE OPREME
4.1 Zahteve in specifikacije
Programsko opremo lahko razdelimo na dva dela: pogramsko kodo znotraj mikrokrmilnika
PIC32MX in programsko opremo na osebnem računalniku. Programska koda znotraj
mikrokrmilnika mora skrbeti za konfiguriranje ADS1298, nadzor AD pretvorbe in
prenašanje podatkov na osebni računalnik preko vmesnika USB. Programska oprema na
osebnem računalniku mora zajete podatke prikazovati v realnem času, jih shraniti in po
potrebi obdelati. Iz navedenih razlogov smo se odločili, da bomo uporabili tako lastne
rešitve kot komercialne in odprtokodne programe, kot so matlab, realterm ter livegraph.
4.2 Programske rešitve
Preden lahko ADS1298 začnemo uporabljati za vzorčenje signalov EKG, moramo opraviti
inicializacijo ter s pomočjo pisanja v registre nastaviti konfiguracijo in zagnati pretvorbo,
kakor je prikazano na sliki 12.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 28
Slika 12: Inicializacija in konfiguracija ADS1298
Za inicializacijo in konfiguriranje poskrbi mikrokrmilnik PIC32MX, ki po vodilu SPI
pošlje ustrezne operacijske kode. Te ADS1298 razume in jih izvede. Opisane so v
preglednici 4. Zaradi večje preglednosti in lažjega razumevanja bomo v nadaljevanju
sledili diagramu in opisovali programske rešitve.
Spodaj opisane operacijske kode smo v okolje MPLAB IDE vključili v obliki procedur.
Uporabili smo programski jezik C++. V nadaljevanju so procedure zapisane v obliki
psevdokoda.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 29
Preglednica 4: Operacijske kode ADS1298
ukaz opis prvi zlog drugi zlog
WAKEUP prebudi vezje iz stanja
pripravljenosti
0x02
STANDBY preide v stanje pripravljenosti 0x04
RESET ponovno zažene vezje 0x06
START zažene/sinhronizira AD
pretvorbo
0x08
STOP ustavi AD pretvorbo 0x10
RDATAC začne neprekinjeno vzorčenje
podatkov
0x0A
SDATAC ustavi neprekinjeno vzorčenje
podatkov
0x11
RDATA vzorčenje podatkov na
zahtevo
0x12
RREG prebere n registrov začenši z
registrom na naslovu r
0b001r rrrr 000n nnnn
WREG piše v n registrov začenši z
registrom na naslovu r
0b010r rrrr 000n nnnn
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 30
Osnovni psevdokodi za delo z vezjem ADS1298
Inicializacija ob vklopu
1. Počakamo 1 sekundo, da se napetost stabilizira.
2. Postavimo CLKSEL=1 ter počakamo, da se oscilator prebudi.
3. Postavimo priključka PWDN =1 ter RESET =1.
4. Počakamo 1 sekundo na reset ob vklopu.
5. Pošljemo ukaz RESET (0x06) ter počakamo vsaj 18 urnih period.
Vezje se prebudi v načinu neprekinjene pretvorbe podatkov in s privzetimi vrednostmi
registrov. Potrebna je konfiguracija registrov, ki je opisana v nadaljevanju.
Pisanje registrov za konfiguracijo vezja
Pogoj: vezje mora že imeti opravljeno začetno inicializacijo ob vklopu. Seznam registrov
in njihove funkcije so natančneje opisani v poglavju 3.2.
1. Pošljemo ukaz SDATAC (0x11) za prenehanje neprekinjene AD pretvorbe.
2. Pošljemo dva 8-bitna zloga za ukaz WREG (Write REGister):
(0b010r rrrr ter 0b000n nnnn), kjer r predstavlja začetni register, n pa za 1 manj,
kot je število registrov, v katere bomo pisali. Primer:
0b01000001 0b00000000 zahteva pisanje v register št. 1 (CONFIG1).
3. Na vodilo SPI pošljemo n-1 zlogov, ki predstavljajo konfiguracijo registrov.
Primer:
0b10000110 konfigurira register CONFIG1 oz. nastavi hitrost vzorčenja 500
vzorcev na sekundo.
4. Pošljemo ukaz RDATAC (0x12), ki ponovno zažene neprekinjeno AD pretvorbo.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 31
Branje zajetih podatkov
Ko je ADS1298 v načinu neprekinjene konverzije, na vodilo SPI nepretrgoma pošilja
podatke v naslednjem zaporedju: statusni register ter digitalne vrednosti vzrocev z vsakega
posameznega analognega kanala od 1 do 8. Vzorci so dolgi 24 bitov, zato so prebrani
podatki z vseh osmih kanalov dolgi 24 + 824 = 216 bitov. Stanje digitalnih linijah SPI-
vodila oz. soodvisnost signalov ob branju enega zajetega vzorca je prikazano na sliki 13.
Slika 13: Branje enega vzorca preko vodila SPI
Posamezni analogni kanal lahko s pisanjem v ustrezni register izključimo, vendar ostane
izhodni format podatkov enak, prav tako dolžina, le da je vrnjena vrednost za izključeni
kanal vedno 0. Četudi je kakšen kanal izključen, moramo vedno prebrati podatke v dolžini
216 bitov.
1. Pošljemo ukaz RDATAC (0x10), ki začne neprekinjeno branje vzorcev
2. for (i=0; i<9;i++) // statusni register+8 kanalov=9
for (j=0;j<3;j++) // vsak kanal ima tri zloge=24 bitov
beremo z vodila SPI en zlog
ADS1298 sporoči, da so podatki pripravljeni za branje, tako da postavi digitalni izhod
DRDY na vrednost 0. Ta izhod smo uporabili kot prekinitveno linijo do mikrokrmilnika
PIC32MX. Prekinitvena rutina (v nadaljevanju podrobeje opisana) prebere podatke iz
ADS1298 preko vodila SPI.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 32
Branje registrov
Pogoj: vezje mora že imeti opravljeno začetno inicializacijo ob vklopu.
1. Pošljemo ukaz SDATAC (0x11) za prenehanje neprekinjene AD pretvorbe.
2. Pošljemo dva 8-bitna zloga za ukaz RREG
(0b001r rrrr ter 0b000n nnnn), kjer r predstavlja začetni naslov registra in n za 1
manj, kot je število registrov, ki jih bomo prebrali. Primer:
0b00100000 0b00000000 zahteva branje prvega registera ID (št. 0, ki vsebuje
identifikacijsko številko za družino in vrsto vezja. Podrobnejši opis najdete v
poglavju 3.3),
3. Preberemo n-1 zlogov z vodila SPI, ki predstavljajo vsebino registrov. Za zgornji
primer bi bil vrnjen zlog 0x92, kar identificira čip ADS1298.
Prekinitvena rutina za zajemanje podatkov
Kot je že bilo opisano, ADS1298 preko nožice DRDY sporoči, da so vzorčeni podatki
pripravljeni za branje. Nožico DRDY smo povezali z nožico RB15 na PIC32MX, ki je
splošnonamenski vhod oz. izhod, katerega je možno programirati kot prekinitveno linijo,
kar smo tudi naredili.
Psevdokod za prekinitveno rutino:
1. počisti prekinitveno zastavico;
2. postavi nožico RB14, ki je povezana s CS na ADS1298, na 0;
3. prebere 216 bitov z vodila SPI;
4. pretvori surove podatke v napetost (podrobneje opisano v nadaljevanju);
5. pošlje prebrane podatke na vodilo USB (podrobneje opisano kasneje);
6. postavi nožico RB14 na 1;
7. izhod iz prekinitvene rutine.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 33
Rutina za prenos podatkov preko vodila USB na PC
PIC32MX se z osebnim računalnikom povezuje preko vodila USB, vendar se računalniku
predstavi kot navidezni komunikacijski kanal, ki posnema serijski priključek, t. i. virtualna
serijska vrata (ang. virtual COM port). Na ta način je prenos poenostavljen, saj smo na
osebnem računalniku za prebiranje in shranjevanje zajetih podatkov lahko uporabili
odprtokodni program realterm [12].
Po priključitvi PIC32MX na vodilo USB je treba izvesti inicializacijo, prenesti opisnike za
USB, ki PIC32MX predstavijo kot vitrualna serijska vrata, in nastaviti prekinitvene rutine
za prenos podatkov. Po inicializiaciji se ob sproženi prekinitvi prične prenos zajetih
podatkov.
4.3 Posebne rutine za obdelavo podatkov
Pred prenosom podatkov iz PIC32MX na osebni računalnik smo podatke spremenilitako,
da so njihove vrednosti ustrezale napetosti. Ker so podatki shranjeni v dvojiškem
komplementu, smo jih najprej spremenili v desetiško obliko, nato pa izačunali napetost po
naslednji formuli:
kjer je U napetost v voltih, d pa podatek, ki lahko zavzame vrednosti od -223
do 223
-1.
Program za ogled podatkov na osebnem računalniku
Program livegraph [12] je napisan v programskem jeziku java in omoča branje in
izrisovanje podatkov iz tekstovnih datotek v realnem času. Program smo uporabili v
kombinaciji s programom realterm, ki je opravljal vlogo shranjevanja podatkov, medtem
ko je livegraph podatke izrisoval. Rešitev se je izkazala kot zelo uporabna.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 34
Primer izrisa je prikazan na sliki 14, na kateri so vidni utrip srca (z večjo amplitudo na
sredini) ter izrazite motnje s frekvenco 50 Hz.
Slika 14: Primer izrisa EKG-signala s pomočjo programa livegraph
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 35
5 PREVERJANJE STROJNIH IN PROGRAMSKIH REŠITEV
5.1 Funkcionalni preizkus
Testiranje vezja je potekalo v več fazah. Najprej je bilo treba izdelati prototipno vezje, da
smo lahko preizkusili osnovno delovanje, in nato vezje postopno izboljševati. Nekaj težav
je predstavljalo dejstvo, da je čip ADS1298 pakiran v ohišje tipa TQFP (ang. Thin Quad
Flat Pack) in ima 64 nožic, med katerimi je 0,5 mm razdalje. Ta vrsta ohišja omogoča
večjo stopnjo integracije in posledično manjše vezje kot npr. ohišja tipa DIL (ohišje z
dvovrstnimi kontakti, ang. dual in-line package). Ker je v takšnem vezju neposreden
dostop do nožic nepraktičen, tudi neposredno spajkanje ni možno. Zato smo ga namestili
na t. i. razširitveno ploščico (ang. breakout board), ki omogoča dostop do nožic preko
standardnih priključkov z rastrom 2,54 mm (slika 15). Te smo nato preko ploščatih kablov
povezali z običajno razvojno ploščico, na katero smo namestili vse potrebne pasivne
komponente.
Slika 15: ADS1298 je prispajkan na razširitveno ploščico
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 36
Preverjanje napajanja
Najprej je bilo treba vezju zagotoviti napajalno napetost. ADS1298 ima ločena vira
napajanja za digitalni in analogni del vezja. Digitalni del vezja deluje pri napetostih od
1,65 V do 3,5 V, analogni od 2,7 V do 5,25 V. Za začetek smo napajali tako analogni kot
digitalni del vezja napajali z z dvema baterijama z napetostjo 1,5 V. Nato smo na
prototipno ploščico povezali vse pasivne komponente, kot je prikazano na sliki X; to so
predvsem ločilni kondenzatorji in kondenzatorji za tokovno črpalko v ADS1298.
Sprva smo vezje priključili na baterijsko napajanje, ki je zagotavljalo 3 V za digitalni del
ter +3 V in -3 V za analogni del vezja. Žal vezje ni delovalo, zato je sledilo iskanje vira
napake. Preverili smo, ali je prišlo do kratekega stika med napajalnimi linijami, nato
napajalne napetosti, vendar so vse meritve bile znotraj pričakovanih. Sledilo je merjenje
izhodnih nožic z osciloskopom Textronix TDS1002. Ugotovili smo, da je linija DRDY
konstantno na logičnem nivoju 1, torej ADS1298 ni oprvljal AD pretvorbe, kot bi moral.
Na drugih izhodih nismo zaznali česarkoli nenavadnega, nobena digitalna linija ni pošiljala
na izhod podatkov. Obstajala je še možnost, da ADS1298 ne pošilja podatkov na izhod, ker
na vodilu SPI ni urinih impulzov SCLK, ki skrbijo za sinhronizacijo, ali da vezje pričakuje
zunanji oscilator, ki bo zagotavljal urine pulze za vezje na nožici CLK. A tudi ko smo na
vodilo pripeljali urine impulze, ni prišlo do izboljšave.
Prišli smo do sklepa, da je mikroelektronsko vezje pokvarjeno, zato smo nov čip ADS1298
naspajkali na novo razširitveno ploščico. Napajanje ADS1298 smo priključili kar na
napajalno linijo 3,3V z razvojnega modula PIC32MX, tako za analogni kot digitalni del. V
tej konfiguraciji je vezje delovalo brez težav. To smo najprej opazili z osciloskopom na
izhodu DRDY , kjer je bil prisoten pulz s frekvenco 250 Hz, s čimer je ADS1298
sporočal, da ima pripravljene podatke iz AD pretvorbe. Ponovno smo izmerili vse
napajalne napetosti in na ta način potrdili, da je napajanje ADS1298 izvedeno pravilno.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 37
Preizkušanje komunikacije SPI
Sledilo je povezovanje ADS1298 in PIC32MX preko vodila SPI. ADS1298 ima linije SPI
poimenovane nekoliko nestandardno, zato smo povezave prikazali v preglednici 5.
ADS1298 PIC32MX
DOUT MISO
DIN MOSI
SCLK SCLK
Preglednica 5: Povezava vodila SPI med PIC32MX in ADS1298
Potrebna je bila še povezava linije DRDY pri ADS1298 z večnamensko linijo RB15 pri
PIC32MX in linije CS pri ADS1298 z linijo RB14 pri PIC32MX. Linije SS nismo
uporabili, ampak smo se odločili za ročno oz. programsko krmiljenje CS preko linije
RB15.
Sledilo je programiranje mikrokrmilnika PIC32MX v okolju MPLAB. Najprej smo
opravili inicializacijo vodila, izbrali frekvenco SCLK 20MHz, poslali inicializacijske nize
na ADS1298 ter sproti na osciloskopu preverjali, ali na električnem nivoju vse deluje
pravilno. Žal se ADS1298 ni odzival, saj je bila polarizacija ure napačno nastavljena.
Opazili smo, da je privzeta dolžina besede za protokol SPI nastavljena na 32 bitov,
ADS1298 je zahteval 8-bitno. Treba je bilo upoštevati še zakasnitev, ki mora preteči med
časom, ko mikrokrmilnik izbere ADS1298 s pomočjo linije CS , in trenutkom, ko prične
pošiljati urine impulze SCLK. Zakasnitev mora znašati vsaj 7 ns. K temu je treba dodati še
čas od trenutka, ko mikrokrmilnik izda ukaz, npr. branje registrov, do trenutka, ko prične
brati podatke z vodila. Ta znaša vsaj 4 urine periode. Napisali smo programske zakasnitev
in uspešno smo prebrali register ID, ki je z vsebino 0x92 pravilno identificiral vrsto in
družino čipa ADS1298.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 38
Uspešno branje je bilo šele prvi korak, saj je bilo treba zagotoviti še pravilno pisanje v
ADS1298. Sprogramirali smo rutino, ki je v registre zapisala izbrano vsebino, nato registre
prebrala in vsebini primerjala. Do sprememb ni prišlo, torej je bila zapisana vsebina enaka
prebrani. Hoteli smo še test, ki bi na električnem nivoju potrdil delovanje vezja, zato smo
nastavili peti bit v registru CONFIG1, kar od AD1298 zahtevala, naj vklopi interni
oscilator ter impulze usmeri na izhodni priključek CLK, hkrati pa nastavili priključek
CLKSEL na 1, tako da smo dovoli izhod na CLK. Z osciloskopom smo na izhodu CLK
izmerili pravokotni signal s frekvenco 2 MHz in tako potrdili pravilnost delovanja pri
branju registrov in pisanju v njih po protokolu SPI.
Preverjanje AD pretvorbe
ADS1298 ima vgrajen interni generator testnih signalov, ki ga lahko uporabimo pri
preverjanju delovanja celotnega sistema. Nastaviti je možno amplitudo in frekvenco. S
pomočjo vhodnega multiplekserja lahko testni signal preusmerimo na poljubni analogni
vhodni kanal ali pa ga preusmerimo na zunanja priključka TESTP_PACE_OUT1 in
TESTN_PACE_OUT2. Na ta način lahko ob vklopu naprave preverjamo pravilnost
delovanja tako ADS1298 kot morebitnih zunanjih komponent, kar je dobrodošla možnost.
V diplomskem projektu nismo preverjali zunanjih naprav.
Preizkušali smo tako, da smo register CONFIG2 nastavili na vrednost 0x10, torej vklopili
interno generiranje testnega signala s frekvenco 0,97 Hz ter in z amplitudo 1 mV. Izris
podatkov je pokazal pravilno pravokotno obliko signala, le na nekaterih delih je bilo
opaziti rahel šum, kar smo pripisali motnjam s frekvenco 50 Hz iz električnega omrežja.
Sledilo je preverjanje osnovnega šuma vezja in enosmernega odmika napetosti, ki smo ga
izvedli tako, da smo s pomočjo vhodnega multiplekserja interno kratko sklenili pozitiven
in negativen priključek pri prvem kanalu ter nastavili ojačanje PGA na 1. V register CH1
smo zapisali vrednosti 0x11 in vzočili signal s frekvenco 500 vzorcev/s pet sekund, torej
smo zajeli 2500 vzorcev. Iz podatkov smo izračunali odmik enosmerne komponente
napetosti, ki je znašal 4,05708∙10-4
V, in koren povprečja kvadratov (ang. Root Mean
Square), ki je znašal 2,06∙10-6
V, kar se ujema s specifikacijami proizvajalca [4].
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 39
Z opisanimi preizkusi in zračuni smo potrdili, da AD pretvorba deluje pravilno in da je
nivo šuma znotraj specifikacij proizvajalca.
Test z baterijo oz. virom enosmerne napetosti
Na koncu smo izmerili še enosmerni vir napetosti, za kar smo uporabili kar baterijo z
napetostjo 1,5 V. Meritev je pokazala napetost 1,6504 V, kar smo potrdili še z
multimetrom. Nato smo elektrodi na bateriji zamenjali in meritev je pokazala -1,65 V.
5.2 Prikazi meritev signalov EKG v nestandardnih odvodih
Prve meritve so bile precej frustrirajoče, saj je bilo v zajetih podatkih videti le šum. Po
dolgotrajnem iskanju napake smo opazili, da vezje ADS1298 ni bilo pravilno ozemljeno,
saj ni imelo skupne mase z mikrokrmilnikom. Po odpravi napake se je šum nekoliko
zmanjšal, vendar še vedno nismo uspeli posneti signala EKG. Za elektrodi smo uporabili
žice različnih debelin, ki smo jih prijeli med prste, zato smo pomislili, da je morda vzrok
težavam slab stik med kožo in elektrodami. Prste smo nato omočili s fiziološko raztopino,
ki je izboljšala prevodnost, saj vsebuje proste ione, vendar rezultat ni bil bistveno
drugačen. Nato smo se lotili lastne izdelave elektrode, za kar smo uporabili kar bakrene
kovance za 5 centov, na katere smo prispajkali priključke za žice. Elektrode smo dodatno
obdelali v blagi citronski kislini, ki je odstranila vrhnjo plast oksidacije, saj ta poslabša
prevodnost bakra. Ponovno smo uporabili fiziološko raztopino, kazalca leve in desne roke
naslonili na elektrode in se lotili meritev. Meritev tudi tokrat ni bila uspešna. Po ponovnem
premisleku smo sklepali, da je možen vir šuma napajalnik prenosnika, ki je priključen na
omrežno napetost 220 V. Prenosnik smo izključili iz omrežja in ADS1298 napajali iz dveh
baterij z napetostjo 1,5 V. Šum je bil bistveno nižji. Razliko pripisujemo stikalni arhitekturi
napajalnika za prenosnik, ki je neprimerna uporabo v občutljivih analognih vezij.
Po nekajurnem preizkušanju nam je končno prvič uspelo izmeriti signal EKG, ki je
prikazan na sliki 16. Kot smo kasneje ugotovili, je bil predpogoj za merjenje EKG-signala
popolno mirovanje, saj je vsako gibanje generiralo elektromiografsko napetost predvsem
pa šlabše stike med kožo in elektrodami, zato so motnje preglasile signal.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 40
Ker meritve nismo uspeli zanesljivo ponoviti, smo idejo o bakrenih elektrodah opustili in
uporabili elektrodi znamke RedDot proizvajalca 3M, s pomočjo katerih smo brez težav
opravili nadaljnje meritve.
Pri naslednjem poizkusu smo elektrode postavili na levo in desno ramo. Rezultat je bil
podoben kot pri meritvah na prstih in je prikazan na sliki 17.
Slika 16: Meritev signala EKG z bakrenimi elektrodami, na katere so pritisnjeni prsti-
kazalci
Slika 17: Meritve signala pri elektrodah na levi in desni rami
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 41
Nato smo elektrodi poskušali nastaviti na komolec in zapestje desne roke ter izvesti
meritev, vendar smo zaznali le prekomerni šum 50 Hz, kot je prikazano na sliki18.
Slika 18: Meritve signala pri elektrodah na komolcu in zapestju desne roke
Meritev smo nato filtrirali v matlabu s pomočjo Butterworthovega filtra sedmega in petega
reda ter lomno frekvenco 5 in 10 Hz, vendar signala EKG nismo zaznali.
Slika 19: Meritev kratkotrajnega stika leve in desne roke z elektrodama
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 42
Testirali smo še možnost merjenja signala EKG pri kratkotrajnih stikih z elektrodama, npr.
z eno elektrodo v levi in drugo v desni roki, vendar smo ugotovili, da povzroča drsenje
elektrode po koži prevelike motnje, saj močno spreminja prevodnost in posledično vpliva
na signal. Signal EKG nam je uspelo zajeti po približno petih sekundah po stiku, kot je
prikazano na sliki 19, vendar meritev ni bila zelo zanesljiva.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 43
6 SKLEP
Preizkus je pokazal, da so meritve nestandardnih odvodov signalov EKG možne, vendar
hkrati težavne. Dokler so bile elektrode locirane hkrati na levi in desni polovici telesa, npr.
na levi in desni roki, smo dobili zanesljive meritve in lep signal. Ko smo elektrode
namestili na samo eno roko oz. eno stran telesa, EKG-signala nismo več uspeli zaznati.
Predvidevamo, da je potencialna razlika oz. napetost na tako kratkih razdaljah premajhna,
da bi jo lahko zaznali z razvito opremo in da jo preglasijo motnje električnega omrežja.
Meritve pri nekajsekundnih stikih so se izkazale kot izvedljive, vendar nekoliko
nezanesljive.
Možnosti za izboljšavo in nadgradnjo diplomske naloge vidimo v različnih smereh:
- vezje bi lahko namestili v Faradayevo kletko, ki bi zmanjšala vpliv
elektromagnetnih motenj in izboljšala razmerje med signalom in šumom;
- izdelava visokokakovostnega nizkošumnega analognega predojačevalnika, ki bi
šibke signale ojačal, še preden bi jih vzorčili;
- izdelava kakovostne tiskane ploščice za vezje, kjer bi bile povezave in poti med
elektronskimi elementi čim krajše in optimizirane za čim manjši šum in
interferenco;
- iskanje novih vrst materialov za elektrode, ki bi omogočile boljši stik s kožo in
manj šuma;
- preučitev obstoječih in iskanje novih algoritmov za filtriranje, s pomočjo katerih bi
lahko uspešno filtrirali neželene komponente signala.
Na koncu želimo dodati, da je bilo raziskovanje možnosti meritev nestandardnh odvodov
signalov EKG velik izziv, ki nam je omogočil vplogled v bioelektrična dogajanja drugače,
kot je običajno pri uporabi standardnih medicinskih postopkov in naprav.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 44
7 VIRI, LITERATURA
[1] World Healt Organization, Cardiovascular diseases (CVDs), Fact sheet 317, World
Health Organization, Januar 2010. Pridobljeno iz:
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs317/en/index.html, zadnji dostop: 7. 7. 2011
[2] Wikipedia, the free encyclopedia, Electrocardiography. Pridobljeno iz:
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography, zadnji dostop: 14. 9. 2011
[3] Neuman, M. R., Biopotential Amplifiers, University of North Carolina at Chapell Hill,
pridobljeno iz:
http://www.unc.edu/~finley/BME422/Webster/c06.pdf, zadnji dostop: 14. 9. 2011
[4] »Low-Power, 8-Channel, 24-Bit Analog Front-End for Biopotential Measurements«,
verzija SBAS459H, Texas Instruments, Pridobljeno iz:
http://www.ti.com/lit/gpn/ads1298, zadnji dostop: 29. 5. 2011
[5] Wikipedia, the free encyclopedia, String galvanometer. Pridobljeno iz:
http://en.wikipedia.org/wiki/String_galvanometer, zadnji dostop: 8. 8. 2011
[6] Philips Healthcare Limited, PageWriter TC70 cardiograph, pridobljeno iz:
http://www.healthcare.philips.com/in_en/products/cardiography/products/cardiograph/tc70
.wpd, zadnji dostop: 1. 8. 2011
[7] The Official Web Site of the Nobel Prize, The Nobel Prize in Physiology or Medicine
1924 Willem Einthoven, pridobljeno iz:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1924/einthoven.html, zadnji
dostop: 17. 7. 2011
[8] Beis, U., An Introduction to Delta Sigma Converters, Pridobljeno iz:
http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma.html, zadnji dostop: 10. 8. 2011
[9] Jarman, D., Intersil Application Notes, A Brief Introduction to Sigma Delta
Conversion, pridobljeno iz:
http://www.intersil.com/data/an/AN9504.pdf, zadnji dostop: 3. 7. 2011
[10] Microchip Inc. PIC32 Ethernet Starter Kit User’s Guide, verzija DS61166A,
pridobljeno iz:
http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2615&d
DocName=en545713, zadnji dostop: 28. 6. 2011
[11] Serial Terminal: RealTerm, pridobljeno iz:
http://realterm.sourceforge.net/, zadnji dostop: 5. 8. 2011
[12] LiveGraph, zajeto iz:
http://www.live-graph.org, zadnji dostop: 15. 7. 2011
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 45
8 PRILOGE
8.1 Seznam slik
SLIKA 1: STRUNSKI GALVANOMETER IN WILLIAM EINTHOVEN ..................................................... 3
SLIKA 2 : POIMENOVANI EKG-VALOVI ................................................................................................... 4
SLIKA 3: SODOBEN 16-KANALNI KARDIOGRAF PHILIPS PAGEWRITER TC-70 .............................. 5
SLIKA 4 : ZASNOVA KARDIOGRAFA ........................................................................................................ 6
SLIKA 5: PRIMERA ELEKTROD .................................................................................................................. 6
SLIKA 6: PRIKAZ ARHITEKTURE NAŠEGA RAZVOJNEGA OKOLJA .................................................. 7
SLIKA 7: SHEMA ADS1298 ........................................................................................................................... 9
SLIKA 8 : VHODNI MULTIPLEKSER ......................................................................................................... 11
SLIKA 9: SHEMA POVEZAVE GOSPODAR-SUŽENJ .............................................................................. 14
SLIKA 10: PRIKAZ FAZE PRI PROTOKOLU SPI V ODVISNOSTI OD CPHA ....................................... 16
SLIKA 11: ELEKTRONSKO VEZJE ADS1298 IN PIC32MX ..................................................................... 25
SLIKA 12: INICIALIZACIJA IN KONFIGURACIJA ADS1298 ................................................................. 28
SLIKA 13: BRANJE ENEGA VZORCA PREKO VODILA SPI .................................................................. 31
SLIKA 14: PRIMER IZRISA EKG-SIGNALA S POMOČJO PROGRAMA LIVEGRAPH ........................ 34
SLIKA 15: ADS1298 JE PRISPAJKAN NA RAZŠIRITVENO PLOŠČICO ................................................ 35
SLIKA 16: MERITEV SIGNALA EKG Z BAKRENIMI ELEKTRODAMI, KI SO LOCIRANE NA
PRSTIH-KAZALCIH ............................................................................................................................ 40
SLIKA 17: MERITVE SIGNALA PRI ODVODU LEVEGA IN DESNEGA RAMENA ............................. 40
SLIKA 18: MERITVE SIGNALA PRI ODVODU KOMOLEC IN ZAPESTJE DESNE ROKE .................. 41
SLIKA 19: MERITEV KRATKOTRAJNEGA STIKA Z ELEKTRODAMA ............................................... 41
8.2 Seznam preglednic
PREGLEDNICA 1: MOŽNOSTI VHODNIH POVEZAV MULTIPLEKSERJA ......................................... 11
PREGLEDNICA 2: ODVISNOST HITROSTI VZORČENJA IN LOČLJIVOSTI ....................................... 13
PREGLEDNICA 3: PREGLEDNICA REGISTROV ADS1298 .................................................................... 18
PREGLEDNICA 4 : OPERACIJSKE KODE ADS1298 ................................................................................ 29
PREGLEDNICA 5: POVEZAVA VODILA SPI MED PIC32MX IN ADS1298 .......................................... 37
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 46
8.3 Naslov študenta
Ime in priimek: Saša Kos
Naslov: Framska ulica 4
Pošta: 2000 Maribor
Tel.študenta: 041 394 764
e-mail študenta: [email protected]
8.4 Kratek življenjepis
Rojen: 25.11.1978
Šolanje:
Po končani Srednji računalniški šoli v Velenju se je vpisal na FERI v Mariboru. Živi v
Mariboru in je trenutno zaposlen na Medicinski fakulteti, kjer med drugim skrbi za razvoj
informacijskega sistema.
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 47
I Z J A V A O A V T O R S T V U
diplomskega dela
Spodaj podpisani __ Saša Kos ___________________________________
z vpisno številko __ 93648177 ___________________________________
sem avtor diplomskega dela z naslovom:
__ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG _______________________________
S svojim podpisom zagotavljam, da:
sem diplomsko delo izdelal samostojno pod mentorstvom
prof. dr. Damjana Zazule
in somentorstvom
doc. dr. Borisa Cigaleta
so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.)
ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela
soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.
V Mariboru, dne 20. 9. 2011 Podpis avtorja:
__________________________
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 48
IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA
Podpisani mentor __ prof. dr. Damjan Zazula ___________________ izjavljam, da je
študent __ Saša Kos ____________________________________ izdelal diplomsko
delo z naslovom: __ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG ______________
v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in
mojimi navodili.
Datum in kraj: Podpis mentorja:
Maribor, 20. 9. 2011 _________________________
Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 49
IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE
DIPLOMSKEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV
Ime in priimek diplomanta: __ Saša Kos ______________________________________
Vpisna številka: __ 93648177 _______________________________________________
Študijski program: __ računalništvo in informatika _______________________________
Naslov diplomskega dela: __ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG ________
Mentor: __ prof. dr. Damjan Zazula ___________________________________________
Somentor: __ doc. dr. Boris Cigale ___________________________________________
Podpisani __ Saša Kos _____________ izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal
elektronsko verzijo zakljucnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.
Diplomsko delo sem izdelal sam ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. clena
Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj
navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru.
Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo
v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.
Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov vezanih na zakljucek študija
(ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum diplomiranja, naslov diplomskega dela) na
spletnih straneh in v publikacijah UM.
Datum in kraj: Podpis diplomanta
Maribor, 20. 9. 2011 _____________________