1.4 Мнемосхема устройства

    Мнемосхема объекта проектирования представлена на рисунке 1.3. 

    

Рисунок 1.3 – Мнемосхема СОФПГ 

    После включения устройства, Оператор с  ПК связывается с устройством  по интерфейсу USB и настраивает соединение. Затем посылает сигнал о начале измерения. Устройство производит измерения с  ФПГ датчика, обрабатывает данные и  передает в ПК, где происходит отображение  ФПГ сигнала на АРМ оператора.

1.5 Общесистемные требования

1.5.1 Целевая функция, реализуемая проектируемым объектом

    Целевой функцией проектируемой системы является регистрация ФПГ человека, первичная обработка данного сигнала (расчет ЧСС) и передача фотоплетизмограммы по сетевому каналу в ПК для мониторинга и дальнейшей обработки.

1.5.2 Содержание и форма представления информационного объекта (ФПГ-сигнала)

    Количество  каналов: 1;

    Диапазон  входного сигнала: 0 – 5.0 В;

    Частота изменения сигнала ФПГ: 40-80 Гц;

    Частота выборки сигнала: 1 кГц;

1.5.3 Технико-экономические требования

    Система сбора и обработки данных ФПГ-канала должна иметь автономное питание, обеспечивать измерения с сохранением во внутренней памяти полученных данных. Время записи устройства – не менее 30 минут. Вес устройства – не более 0.4 кг.

    Разрабатываемое устройство будет применяться либо в медицинских учреждениях, либо на дому.

      Условия эксплуатации:

• температура от 10 до 45ºС;
• относительная влажность от 10 до 95%, без конденсации.

    Конструкция изделия должна исключать неправильного  подключения разъемов и отведений, а также обеспечивать простоту в  эксплуатации.

1.5.4 Режимы функционирования

    Режимы  работы прибора:

1. «Холодный пуск», происходит инициализация программ, загрузка конфигурационных данных.
2. «Калибровка», производиться диагностирование правильности подключения датчика, а также внутренних блоков изделия.
3. «Работа», изделие выполняет снятие сигнала, происходит его первичная обработка и пересылка в сетевой канал по соответствующему алгоритму.
4. «Ожидание», вычисления прекращаются, и изделие находится в состоянии ожидания команды на продолжение работы.
5. «Аварийный режим», устройство или какой-либо компонент неисправен.

1.5.5 Число, разновидности и характеристики входных и выходных сигналов

    Входные и выходные сигналы описаны в  п.1.3, в таблицах 1.1-1.2.

1.5.6 Наличие пульта оператора, реализуемые им функции

    Разрабатываемое устройство подключается к ПК посредством  интерфейса USB. Установленное на нём  программное обеспечение реализует  отображение ФПГ сигнала оператору на монитор и сохранение в базу данных.

1.5.7 Типы излучателей, датчиков и предъявляемые требования

    К излучающим диодам, используемым в фотоплетизмографах, предъявляются следующие требования:

• красный излучающий диод должен иметь длину волны в максимуме спектральной полосы 660 нм;
• мощность излучения в угле   должна быть не менее 0,4мВт;
• у красного излучающего диода должна отсутствовать побочная полоса излучения в зоне чувствительности фото приемного устройства;
• погрешность светодиода не более 1%;
• время нарастания и спада импульса излучения по уровню 0.1 – 0.9 должна быть не более 1 – 2 мкс;

    К фото приемному устройству предъявляются  следующие требования:  монохроматическая  чувствительность (в области красного спектра не менее 0,3 А/Вт, в области  инфракрасного спектра не менее 0,5 А/Вт) при низком уровне шума. Погрешность  его должна быть не выше 1%.

1.6 Техническое задание  на курсовую работу

1.6.1 Наименование работы

    Наименование: «Система сбора и обработки данных ФПГ канала».

    Шифр: «СОФПГ».

1.6.2 Основание для разработки

    Основание для разработки является необходимость  выполнения курсового проекта в  рамках учебного плана по специальности 230201 “Информационные системы и технологии” и дальнейшая работа над дипломным проектом.

1.6.3 Цель и назначение работы

    Целью выполнения работы является разработка алгоритмов, построение блочной структур программных средств, временных  диаграмм работы и определение технических  характеристик изделия.

    Разрабатываемое устройство предназначено для регистрации  ФПГ человека, первичной обработки данного сигнала и передачи данных по сетевому каналу в ПК для мониторинга и вторичной обработки.

    Основные  задачи, решаемые при выполнении работы:

1. синтез функциональной модульной структуры изделия;
2. разработка блочной структуры алгоритмов работы изделия;
3. разработка алгоритмов обработки данных;
4. расчет технических характеристик изделия;
5. синтез блочной структуры аппаратных средств изделия и временных диаграмм его работы;
6. разработка блочной структуры программного обеспечения;
7. разработка ТЗ на дальнейшее проектирование.

1.6.4 Технические требования к системе

1.6.4.1 Состав системы

    Изделие должно состоять из следующих компонентов:

• аппаратного и программного обеспечения, поддерживающего выполнение основных функций;
• прикладного и системного программного обеспечения;
• тестов для проверки работоспособности аппаратных и программных средств.

1.6.4.2 Общесистемные требования

    Основные  функции в составе системы:  снятие ФПГ, ее первичная обработка и выдача обработанной информации на сетевой интерфейс;

    Количество  каналов: 1;

    Частота выборки сигнала: 1 кГц;

    Сетевой протокол (простой протокол обмена);

    Связь с компьютером через интерфейс  USB.

1.6.4.3 Характеристики решаемых задач и режимов работы изделия

    Перечень  решаемых задач:

    1) загрузка параметров конфигурации;

    2) снятие сигнала ФПГ с датчика;

    3) фильтрация снятого сигнала;

    4) аналого-цифровое преобразование  сигнала;

    5) проверка полученных значений  на достоверность;

    6) обработка достоверных значений;

    7) формирование и передача результатов  в сетевой канал;

1.6.4.4 Режимы работы изделия

1. «Холодный пуск», происходит инициализация программ, загрузка конфигурационных данных.
2. «Калибровка», производиться диагностирование правильности подключения датчика, а также внутренних блоков изделия.
3. «Работа», изделие выполняет снятие сигнала, происходит его первичная обработка и пересылка в сетевой канал по соответствующему алгоритму.
4. «Ожидание», вычисления прекращаются, и изделие находится в состоянии ожидания команды на продолжение работы.
5. «Аварийный режим», устройство или какой-либо компонент неисправен.

1.6.5 Требования к аппаратуре изделия

    Условия эксплуатации:

    Температура от 10 до 45 ºС.

    Относительная влажность от 10 до 95%, без конденсации.

    Конструкция изделия должна исключать неправильного  подключения разъемов и отведений, а также обеспечивать простоту в  эксплуатации.

1.6.6 Требования к электропитанию

    Изделие  работает от аккумуляторных батарей напряжением 9 В.

1.6.7 Требования к программному обеспечению

    Программное обеспечение должно включать необходимые  для решения поставленной задачи, драйвер.

    Система программирования должна обеспечивать возможность разработки приложений на языке высокого уровня.

1.6.8 Требования к оформлению документации

    Конструкторская документация должна быть выполнена  в соответствии с ЕСКД в формате  электронных документов пакета MS Office.

    Оформление  алгоритмов и программ должно соответствовать  требованиям ЕСПД.     

1.6.9 Этапы разработки

    Этапы разработки и их содержание представлены в таблице 1.3. 

Таблица 1.3 – Этапы разработки изделия

    

2 синтез блочных  структур СОФПГ

2.1 Разработка функциональной  модульной структуры  СОФПГ

    Функциональная  модульная структура процесса наблюдения представляет собой ориентированный граф, у которого модули имеют наименования – имена функциональных процессов, а соединяющие модули, ориентированные дуги задают направления обмена данными [4].

    Целевой функцией разрабатываемой СОФПГ является съем ФПГ, его первичная обработка, расчет ЧСС, и передача ФПГ на интерфейс ПК, где происходит вывод результатов мониторинга.

    Режим измерения является основным режимом  работы устройства, в котором решаются основная задача (съём показаний ФПГ-канала и нахождение частоты сердечных сокращений).

    Функциональная  структура системы сбора и обработки ФПГ-канала в основном режиме работы представлена на рисунке 2.1. 
 

Рисунок 2.1 – Функциональная структура СОФПГ в режиме работы 
 

    Работа  СОФПГ в режиме измерений происходит в следующем порядке:

• снимается значение ФПГ с датчика;
• данные поступают в модуль аналоговой обработки, в котором электрический сигнал фильтруется от высокочастотных помех;
• производится АЦ-преобразование;
• сигнал проходит первичную цифровую обработку (проверка на достоверность);
• сигнал накапливается в памяти и при накоплении необходимого количества данных происходит расчет ЧСС;
• параллельно формируется пакет с данными, который пересылается на ПК;
• на ПК производится отображение снятой пульсограммы и сохранение в БД.

2.2 Разработка исходной  версии блочной  структуры СОФПГ

    На  основании функциональной модульной структуры была разработана структурная схема (см. рисунок 2), обеспечивающая функционирование системы сбора и обработки данных ФПГ-канала в режим измерения [4]. 
 

 

Рисунок 2.2 – Блочная структура СОФПГ 
 

    Структурная схема разрабатываемой системы СОФПГ состоит из следующих элементов: