Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
УДК: 617

УДК 617.547-7: 004.42

ТРУНОВ А.Н., Ихсанов Б.Ш., БЕЛИКОВ А.Е., МАТАШНИКОВ С.В.

Николаевский государственный гуманитарный университет им. Петра Могилы., Г. Николаев, Украина.

Трунов Александр Николаевич, к.т.н., доцент, первый проректор, заведующий кафедрой медицинских приборов и систем

Ихсанов Борис Шамилийович, аспирант кафедры медицинских приборов и систем

Беликов Александр Евгеньевич, заведующий лабораторией микро- контроллерного и микропроцессорных средств медицинских приборов и систем

Маташников Сергей Владимирович, ведущий специалист лаборатории микроконтроллерных и микропроцессорных средств медицинских приборов и систем

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

аппаратными и программными средствами МПС ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ПОЗВОНОЧНИКА И тазобедренного сустава

В статье рассматривается процесс проектирования и создания МПС физической реабилитации позвоночника и тазобедренных суставов. Особое внимание уделяется эффективности лечения и безопасности пациента. Структура программно-аппаратного решения с точки зрения простоты, безопасности и надежности рассматривается детально. Рассматривается структура комплекса, в котором руководящим звеном для системы был выбран ПК, с помощью которого и происходит управление лечебным процессом. Рассматриваются вопросы экстренной остановки комплекса в аварийных ситуациях, всестороннее обратная связь по положению и температурой. Интерфейс руководящего ПО рассматривается отдельно.

The development and realization of microprocessor's complex for physical rehabilitation of spine is considered in the article. Strong attention is applied to the efficiency of treatment and patient's safety. The structure of hardware and software applications is considered in details. PC was chosen as main part in presented complex. All treatment process is controlled by PC. Questions of complex's extra-failures in contingency, overall feedback by position and temperature are considered. The interface of controlled software is presented separately.

Главной целью при создании МПС физической реабилитации позвоночника и тазобедренных суставов следует считать эффективность лечения и безопасность пациента. Терапевтические аспекты эффективности лечения подробно представлены в работе [1]. Структуру программно-аппаратного решения с точки зрения простоты, безопасности и удобства следует рассмотреть отдельно. Особое внимание необходимо уделить именно всесторонней безопасности пациента.

Структура МПС.

Для пользователя система представляет собой исполнительное устройство и блок управления. Для целей физической реабилитации позвоночника и тазобедренных суставов достаточно иметь автономное устройство со встроенным пультом и минимумом индикаторов. Однако для стадии эксперимента и отладки необходимо значительно больше гибкость и информативность. Поэтому руководящим звеном для системы был выбран ПК, с помощью которого и происходит управление лечебным процессом.

Рассмотрим составляющие системы (рис. 1):

Исполнительное устройство состоит из исполнительных механизмов, а именно двигателей (6, 7) и нагревателей (5), с датчиков температуры (3) и конечных положений (4) и блока управления, в состав которого входит ОМК (2) и преобразователь уровней интерфейса RS232 (1). В составе исполнительного устройства также блок питания (не показан), который поставляет стабильные напряжения 24В для питания двигателей и 5В для питания электронных устройств.

электродвигателей руководствуются каскадом с общим эмиттером на биполярном транзисторе, нагреватели руководствуются оптосимисторамы.

Датчики температуры цифровые, с интерфейсом 1-wire фирмы Maxim (DS18B20) [2]. К блоку управления можно подключить до 8-ми датчиков по одной однопроволочная линии.

Для определения конечных положений подвижной части устройства использовано два конечных выключателя. Они соединены параллельно и сигнализируют о достижении крайних положений подвижной звена.

Еще один сигнал блока управления использовано для экстренной остановки действия прибора. Кнопка экстренной остановки должна находиться в руке чушкинта, чтобы в случае опасности выключить устройство. Опасность может представлять и чрезмерное растяжение, и перегрев пациента. И, хотя, устройство оборудовано необходимыми датчиками, введение экстренной кнопки обязательна.

Аппаратная реализация блока управления.

Всего устройство имеет 8 однонаправленных линий для управления исполнительными механизмами

- 2 линии для управления реверсивным двигателем;

- 2 линии для управления нагревателями;

- 2 линии для управления ветродвигателей;

- 2 чувствительных линии для реализации экстренной кнопки и анализа положения подвижной части.

Это дает возможность эффективно обмениваться информацией с ПК, передавая одним байтом состояние всех исполнительных узлов.

Исполнительные узлы через буферные каскады подключены к однобайтные порта микроконтроллера. В устройстве избран ОМК Atiny2313 фирмы Atmel [3]. Технических возможностей этого ОМК достаточно для реализации блока управления. Этот ОМК имеет 8 + 7 + 3 портов ввода вывода, блок UART (унифицированный асинхронный приемопередатчик) работает от встроенного тактового генератора и имеет широкий диапазон напряжения питания.

однопроволочная шина для датчиков температуры использует еще один бит второго порта ОМК, в результате для дальнейшего масштабирования системы в наличии еще 5 портов ввода-вывода.

Для согласования уровней последовательного интерфейса использовано типичную специализированную микросхему MAX232 [4]. Программные средства МПС. Работу всего комплекса регулирует программа, выполняемая на ПК, под управлением ОС Microsoft Windows. Для связи с блоком управления используется любой последовательный порт ПК. Обмен происходит на скорости 9600 бит / с.

Общий вид управляющей программы показан на рис. 2.

Последовательный порт выбирается из списка 1, после чего порт открывается и программа готова к взаимодействию.

Считанная температура с датчиков отображается в таблице 2, индивидуально по каждому сенсору. Верхний лимит температуры устанавливается регулятором 4. Если температуралюбого датчика превышает заданную, все нагреватели отключаются.

Программа лечения задается в поле 3. В столбцах откладывается время процедуры, один столбик означает одну минуту лечения. Программа предусматривает установление программы от 20 минут до одного часа. В сроках таблицы откладывается определенный исполнительный узел. Для настройки лечебной программы необходимо заметить сечение определенного исполнительного устройства с необходимым временем. Во время лечения состояние устройства выбирается из колонки, который соответствует текущему времени и это состояние отправляется на блок управления.

Безопасность пациента.

Во время работы системы блоком управления непрерывно считываются данные с температурных датчиков и с кнопок. Эти данные отправляются на ПК, на основе их происходит изменение режима работы исполнительных устройств. Однако такие

критические параметры как температура нагревателей, конечное положение подвижной части и сигнал экстренной кнопки обрабатывается на другом уровне, что уменьшает риск поражения в результате сбоя на ПК или в соединительном интерфейсе.

Особое внимание уделено обработке нажатия экстренной кнопки. Поскольку никакой процессор не может работать без сбоев, то решение этой линии программно-аппаратное. Кнопка подключена и к порту данных ОМК и на вход перезагрузки. При нажатии кнопки ОМК перегружается с любого состояния и в это время отключаются все исполнительные устройства. При повторном старте ОМК происходит опрос портов, и, если кнопка нажата, ни один исполнительное устройство не включается.

Анализ превышение температуры также встроенный в прошивку ОМК. При превышении температуры любого датчика до 60 градусов нагреватели автоматически отключаются.

При достижении подвижной частью конечных положений программа ОМК выполняет реверс двигателя, вплоть до возвращения подвижной части в рабочую область.

Электробезопасность пациента внедрена гальванической развязкой блока питания от сети, оптической развязкой звеньев управления нагревателей иблока управления и оптической развязкой канала RS232 с ПК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Трунов А.Н., Беликов А.Е. техника Л.А., Саченко П.П. Аппаратные средства для лечения повреждений позвоночника: проблемы и перспективы.

2. The DS18B20 Digital Thermometer, http://www.maxim-ic.com/getds.cfm?qv_pk=2812

3. 8-bit Microcontroller with 2K Bytes In-System Programmable Flash, http://www.atmel.com/dyn/resources/prod documents / doc2543.PDF

4. MAX220-49 DS, http://www.maxim-ic.com/getds.cfm?qv_pk=1798

Загрузка...