چکیده :

بطور کلی این پروژه به 3 بخش تبدیل می­شود: بخش اول آماده­سازی سیگنال، بخش دوم میکروکنترولر و بخش سوم نمایش سیگنال بر روی کامپیوتر.

در ابتدا سیگنال دریافتی از بدن تقویت شده و سپس به مدار فیلترینگ فرستاده می­شود تا نویز و تداخلات ناخواسته آن با عبور از چندین سطوح فیلتر متفاوت خذف گردد. سپس سیگنال آنالوگ به دیجیتال تبدیل شده و به طور همزمان به کامپیوتر فرستاده می شود تا توسط نرم افزارهای مهندسی همچون LabVIEW نمایش داده شود.

در این پایان نامه هر بخش به تفصیل مورد بحث قرار گرفته و مسائل تئوری و عملی که در طول کار به آن برخورد شده بررسی شده است که در ادامه به آن می پردازیم.

برنامه-دریافت-و-نمایش-سیگنال-در-برنامه

برنامه-دریافت-و-نمایش-سیگنال-در-برنامه

فهرست مطالب

مقدمه ………………………………………………………………………………………………………….. 1

همانطور که می­دانیم عضلات قلب برای ایجاد انقباض و انبساط لازم جهت پمپ خون به نقاط مختلف بدن و یا به عبارت دیگر ایجاد فشار خون مناسب برای به حرکت در آوردن خون در سیستم انتقال در بدن، نیاز به یک سیستم مستقل تحریک الکتریکی دارد. یکی از مشخصه­های مهم که بیانگر سلامت و بیماری قلبی می­باشد، چگونگی عملکرد این سیستم است. برای اینکه بتوان نحوه عملکرد این سیستم را مورد مطالعه قرار داد، راههای گوناگونی وجود دارد. یکی از قدیمی­ترین و پرکاربردترین روشها، مطالعه چگونگی انتشار سیگنالهای الکتریکی قلب می­باشد. بوسیله الکتروکاردیوگراف می­توان سیگنالهای الکتریکی حاصل از عملکرد الکتریکی قلب را با نمونه­برداری از نحوه انتشار این سیگنال در نواحی مختلف بدن مورد مطالعه و سنجش قرار داد.

سیگنالها بواسطه الکترودهایی که به اندامها متصل می­شوند، دریافت شده و توسط دستگاه نوار قلب تقویت و ثبت می­گردند، که به این سیگنالها بر حسب زمان الکتروکادیوگرام (ECG یا EKG) می­گویند. همچنین به منظور ارتباط و انتقال اطلاعات به کامپیوتر از پورت سریال که قابلیت های خوبی دارد استفاده کرده ایم که این کار با کمک میکرو کنترلر AVR انجام شده است.

بطور کلی مدار را می توان به سه بخش آماده سازی سیگنال، میکرو کنترلر AVR و نمایش بر روی کامپیوتر تقسیم کرد:

مدار ابتدا سیگنال دریافتی از بدن را با یک تقویت کننده ابزار دقیق تقویت کرده، سپس آنرا از چند فیتلر عبور می دهد تا نویزهای احتمالی از بین بروند. سپس سیگنال آنالوگ را با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکرو، به دیجیتال تبدیل می کنیم و آنرا همزمان بواسطه پورت سریال به کامپیوتر انتقال داده و نهایتا با استفاده از نرم افزار LabVIEW نمایش داده می شود.

در این پایان نامه هر بخش به تفصیل مورد بحث قرار گرفته و مسائل تئوری و عملی که در طول کار به آن برخورد شده بررسی شده است که در ادامه به آن می پردازیم.

فصل اول – نوار قلب (ECG)…………………………………………………………….ا…………………. 2

نوار قلب یکی از بی­خطرترین و ساده ترین اقداماتی است که اطلاعاتی ارزشمند در مورد قلب به پزشک می دهد.

ECG این اصطلاح یکی از ابزارهای تشخیص پزشکی است که به طور عامیانه نوار قلب نامیده می شود. با استفاده از این دستگاه امواج الکتریکی تولید شده توسط مراکز ضربان ساز قلب که باعث انقباض عضله قلب می شوند ثبت می گردند. امواج تولید شده با الکترودهایی که بر سینه نصب می شوند توسط دستگاه ECG بر روی نوار ثبت می گردند. این امواج شامل امواج حاصل از انقباض دهلیزها، انقباض بطنها و امواج حاصل از استراحت عضله قلب است.

هریک از امواج ثبت شده بر روی نمودار، دارای یک محدوده طبیعی است و هرگونه خروج از این محدوده نمایش دهنده ضایعه­ای در عضله قلبی است. با استفاده از ECG می­توان به تشخیص بیماری های  قلبی مختلفی از جمله ایسکمی قلبی و بیماری های عضله قلبی کمک گرفت.

قبل از پرداختن به ECG  باید ابتدا قلب خود را بشناسیم و بدانیم که چگونه کار می­کند و از چه قسمت هایی تشکیل شده است و در ضمن باید بدانیم که نبض چیست و کدام نواحی از بدن دارای نبض می باشد.

چرا به قلب اصطلاح پمپ اطلاق می شود:

وظیفه قلب تحویل اکسیژن و مواد غذایی به تمام ارگان ها وبا فتهای بدن می باشد.این کار توسط قلب با پمت کردن خون از ریه ها(محل برداشت اکسیژن) به تمام نواحی بدن (محل تحویل اکسیژن) صورت می گیرد.خون سپس توسط قلب به ریه ها باز می گردد ودر نتیجه جریانی به صورت مدار شکل می گیرد که شما را در طی شبانه روز و برای سال ها زنده نگه می دارد.

1-1-  نوار قلب (ECG)چیست؟ ……………………………………………………………………………… 2

1-1-1- اجزاء قلب …………………………………………………………………………………………… 3

1-1-2- چگونگی شکل گیری ضربان طبیعی قلب …………………………………………………………….. 3

1-1-3- نبض ……………………………………………………………………………………………….. 4

1-2- آمادگی قبل  از گرفتن نوار قلب (ECG) ………….ا…………………………………………………. 5

1-2-1- روش کار ………………………………………………………………………………………….. 6

1-2-2- کاربرد ……………………………………………………………………………………………… 6

1-3- امواج نوار قلبی ………………………………………………………………………………………. 7

1-4 – اشتقاقهای الکتروکاردیوگرام …………………………………………………………………………. 9

1-4-1- اشتقاقهای استاندارد ………………………………………………………………………………… 9

1-4-2- اشتقاقهای تقویت شده یک قطبی ……………………………………………………………………. 10

بلوک دیاگرام AVR

بلوک دیاگرام AVR

فصل دوم بررسی مدار آماده سازی نوار قلب (ECG) ……..ا………. 13

مدار آماده سازی سیگنال را می توان به سه بخش کلی تقسیم کرد:

  1. عنصر حساس آشکارساز یا ترانسدیوسر که پارامتر های فیزیولوژیکی اولیه را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند.
  2. مدار تقویت کننده سیگنالهای بدست آمده که بسیار ضعیف اند.
  3. مدار حذف نویز.

2-1-  الکترودها …………………………………………………………………………………………… 13

علامت بیوالکتریکی در سطح بدن را می­توان با الکترود آشکار کرد ولی نیاز به دقت کافی دارد چرا که اگر در تماس الکترودها دقت کافی نشود در محل اتصال مقاومت الکتریکی زیادی از خود نشان خواهد داد از طرفی سطح الکترودها نیز هر اندازه­ای نمی­تواند داشته باشد چرا که با افزایش سطح، نویز پذیری آن نیز افزایش می­یابد­.

چون ولتاژ گرفته شده از الکترودها خیلی کم است باید تا حد امکان مقاومتهایی را که باعث افت ولتاژ می شود از بین برد برای همین حتی برای چسباندن الکترود­، محل را تمیز می­کنند­. جهت درک بیشتر مقاومتها و خازنهای ناخواسته سیستم مدل الکتریکی پوست و الکترود را در زیر بیان می­کنیم:

2-2- بررسی مدار تقویت کننده …………………………………………………………………………… 15

2-2-1- طراحی تقویت کننده دیفرانسیلی ………………………………………………………………….. 16

2-2-2- کاهش اثر نویز و ولتاژ حالت مشترک …………………………………………………………….. 18

2-2-3- طراحی بهبود یافته ………………………………………………………………………………. 19

2-3- فیلترها …………………………………………………………………………………………….. 20

2-3-1- فیلترهای پیشنهادی و بررسی روابط حاکم بر آنها ………………………………………………… 20

2-3-2- فیلترهای مورد استفاده در پروژه ………………………………………………………………… 22

 کابل-های-مورد-استفاده


کابل-های-مورد-استفاده

فصل سوم بررسی مبدل سیگنال از آنالوگ به دیجیتال و انتقال آن به کامپیوتر  ……………… 26

در ادامه پس از آماده سازی سیگنال آنالوگ، آن را با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکرو، به دیجیتال تبدیل می کنیم و آنرا همزمان بواسطه پورت سریال به کامپیوتر انتقال داده­ایم که حالا به بررسی این قسمت می پردازیم.

3-1- مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ………………..ا…………………………………………………. 26

مبدل آنالوگ به دیجیتال مداری است که کاربرد زیادی دارد مثل دوربین های دیجیتالی، که در آن‎ها تصویر آنالوگ گرفته شده از عدسی به دیجیتال تبدیل و به پردازنده دوربین تحویل داده می‎شود.

برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال روش‎های مختلفی وجود دارد، یکی از آن‎ها استفاده از آپ‎امپ است، که شاید ساده‎ترین راه باشد، ولی دقیق‎ترین نیست.

در ادامه به توضیح در مورد چند اصطلاح در ADC می پردازیم :

نمونه‌برداری

با استفاده از تبدیل فوریه می‌توان نشان داد که اگر از یک سیگنال آنالوگ با بسامد دو  برابر حداکثر بسامد موجود در آن نمونه‌برداری کنیم، می‌توان با استفاده از مقادیر به دست آمده، سیگنال اصلی دقیقاً بازسازی کرد. به بسامد دو برابر مزبور بسامد نایکویست گفته می‌شود و در سیستم‌های عملی جهت ملاحظات خاصی 2.2 در نظر گرفته می‌شود. حاصل نمونه‌برداری از سیگنال آنالوگ را سیگنال گسسته گویند.

کوانتیزه‌سازی

سیگنال گسسته را جهت دیجیتال‌سازی باید به مقادیر خاصی محدود کرد، به این عملیات، کوانتیزه‌سازی گویند. یک دلیل کوانتیزه سازی آن است که دستگاه‌های کنونی قدرت تشخیص صد در صد یک سیگنال و ذخیره سازی آن را ندارند.

دیجیتال سازی

سیگنال کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان دیجیتال (یعنی به رشته صفر و یک) تبدیل کرد، که این خود اساس پیدایش دانش کدینگ است. هر سطح کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان دیجیتال کرد. این شیوه مربوط به علوم تازه کشف شده توسط بشر بنام داشاقینگ است که بیشتر مورداستفاده دانشجویان است.

3-1-1- انواع مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ……………….ا…………………………………………. 27

3-1-2- مبدل آنالوگ به دیجیتال درAVR……………………ا…………………………………………… 28

3-2-ADC در CODEVISION………………..ا…………………………………………………….. 34

3-2-1- خصوصیاتADC  مورد استفاده …………………………………………………………………. 35

3-3- میکروکنترلر AVR  …………………………………….ا…………………………………………. 36

3-3-1- مشخصات کلی آی سیATMEGA32  ………………ا…………………………………………. 36

3-3-2- ترکیب پایه ها …………………………………………………………………………………….. 39

3-3-3- فیوز بیت هایATMEGA32 ……………………………………..ا…………………………… 39

3-4- نحوه کار با کامپایلرCodeVisionAVR …….ا…………………………………………………… 40

3-4-1- برنامهمیکرو …………………………………………………………………………………… 42

3-4-1-1-  برنامه میکرو با ADC داخلی ……………………………………………………………… 43

فصل چهارم بررسی انتقال سیگنال دیجیتال به کامپیوتر و نمایش آن بوسیله نرم افزارLabVIEW………ا… 49

4-1- نرم افزار LabVIEW…………………………………………………….ا…………………… 49

نرم افزار labVIEW یک زبان برنامه­نویسی گرافیکی است که بصورت گسترده­ای برای کاربردهای مختلفی در صنایع، تحصیلات، آموزش و تحقیقات آزمایشگاهی به عنوان یک مدل استاندارد برای جمع آوری و پردازش داده ها و همچنین وسیله ای جهت کنترل و شبیه سازی ابزارهای مجازی آمده است.

این نرم افزار رایانه ای که در حال حاضر از لحاظ کاربردی در بین دانشجویان و محققان گرایشهای برق از جمله بیوالکتریک در حال گسترش می باشد، بخاطر داشتن قابلیتها و توانمندیهایی که به کاربر می دهد از جمله داشتن قابلیت انعطاف جهت تجزیه و تحلیل سیستمهای اندازه گیری، بسیاری از مشکلات را از پیش روی کاربر برمی­دارد.

4-1-1- انواع روش های انتقال داده ……………………………………………………………………. 50

کامپیوترها داده ها را به دو طریق موازی و سریال انتقال می دهند. در انتقال­های موازی داده، اغلب از هشت خط داده و یا بیشتر استفاده می شود. در این حالت داده می­تواند به وسیله­ای که فقط چند کیلومتر دورتر است انتقال یابد. گرچه در این موارد حجم بسیاری از داده در زمان کوتاهی جابجا می شود ولی فاصله نمی تواند چندان طولانی باشد.

در انتقال به وسیله ای که چندین متر دورتر واقع شده است، روش سریال بکار برده می شود. در زیر علل سادگی کار در پورت موازی ذکر شده است:

  • عدم نیاز به رمز گشا و دیکدر کارت های توسعه.

2- استفاده از انتقال اطلاعات به روش موازی و عدم نیاز به پروتکل های پیچیده.

3- در دسترس بودن این پورت برای همه کامپیوترها.

4- در دسترس بودن تمام پایه­های این پورت.

5- عدم نیاز به تنظیمات اولیه پیچیده.

6- سریع تر بودن نسبت به پورت سری.

7- دسترسی سخت افزاری و نرم افزاری ساده به هر کدام از پینهای این پورت.

پورت موازی معمولا بر روی مادر بورد کامپیوتر ها موجود است ولی با تهیه ونصب یک کارتI/O  تعداد آنها را می توان افزایش داد و به ترتیب LPT1,LPT2,…… رابه وجود آورد.

4-1-1-1- انتقال اطلاعات به صورت موازی …………………………………………………………. 50

همانطور که در شکل مشخص شده است برای ارسال اطلاعات هر بیت به یک سیم نیاز است. پس مقادیر تمام بیت های یک بایت باید هم زمان بر روی پورت قرار بگیرند و گیرنده نیز باید آنها را همزمان دریافت کند . یکی از معایب بزرگ این نوع ارسال هزینه بسیار بالا و برد کم انتقال اطلاعات است. برای ارسال هر بایت حداقل نه سیم نیاز است. هشت عدد برای هر بیت، یک سیم برای زمین می­باشد.

همانطور که گفته شد سادگی ارسال موازی باعث استفاده از ان شده است،اما این روش مشکلاتی دارد که باعث ساخت پروتکلهای پیچیده ارتباطی دیگر شده است.

از آن جمله:

1- هزینه بسیار انتقال اطلاعات.

2- برد بسیار کم.

3- سرعت انتقال اطلاعات بسیار پایین تر از پروتکل هایی مانند USB

4- اگر در ارسال یکی از این پین ها مشکلی ایجاد شود پیدا کردن ان بسیار مشکل است در حقیقت در

این روش خطایابی دشوار است.

5- امکان از دست دادن ا طلاعات و یا احتمال دریافت اطلاعات تکراری در این روش بسیار زیاد است

6- تعدادی از شرکت های بزرگ کامپیوتری پروتکل های جدیدی برای این پورت ساخته اند اما هنوز

کارایی ان بسیار کمتر از پورتی مانندUSB است.

4-1-1-2- انتقال اطلاعات به صورت سریال …………………………………………………………… 52

4-2- نمایش سیگنال در برنامه LabVIEW………………………ا…………………………………… 56

نتیجه گیری نهایی و پیشنهاد ها …………………………. 60

فهرست منابع و مراجع ………………………………………………………………………………… 61

واژه نامه انگلیسی به فارسی ……………………………………………………………………………. 62

واژه نامه فارسی به انگلیسی …………………………………………………………………………… 64

مدار-عملی

مدار-عملی

فهرست جداول

3-1 تعیین منبع ولتاژ مرجع …………………………………………………………………………………………. 31

3-2 جدول تعیین فرکانس  ADC………………………………….ا……………………………………………….. 33

3-3 تعیین منبع تحریک کننده ………………………………………………………………………………………. 34

3-4 فیوز بیت هایATMEGA32……………………………………ا…………………………………………… 39

مدار-مجموعه-آماده-سازی-سیگنال

مدار-مجموعه-آماده-سازی-سیگنال

فهرست اشکال

شکل (1-1) – قلب …………………………………………………………………………………………………………. 3

شکل (1-2) – بدن انسان ……………………………………………………………………………………………………. 3

شکل (1-3) – نبض ………………………………………………………………………………………………………… 5

شکل (1-4) – موج الکتروکاردیوگرام ……………………………………………………………………………………… 7

شکل (1-5) -الف – ارتباط امواج P,Q,R,S,T,U………………………..ا……………………………………………….. 8

شکل (1-5) -ب – ارتباط امواج P,Q,R,S,T,U…………………………………………….ا……………………………. 8

شکل (1-6) – مثلث  Einhoven  به دور قلب ………………………………………………………………………….. 9

شکل (1-7) –  اشتقاقهای تقویت شده یک قطبی ……………………………………………………………………………. 10

شکل (1-8) –  نواحی 6 گانه  قدامی سینه ……………………………………………………………………………….. 11

شکل (1-9) –  پلاریته الکتروکاردیوگرام نواحی قدامی سینه ……………………………………………………………… 12

شکل(2-1) – بلوک دیاگرام آماده سازی نوار قلب ……………………………………………………………………….. 13

شکل (2-2) -نمونه ها و مدل الکتریکی پوست والکترود ………………………………………………………………… 14

شکل (2-3) – تقویت کننده دیفرانسیلی …………………………………………………………………………………… 16

شکل (2-4) –  تقویت کننده AD524 ………………………..ا………………………………………………………… 17

شکل (2-5) – تقویت ولتاژ حالت مشترک ……………………………………………………………………………….. 18

شکل (2-6)- طراحی تقویت کننده 3 سیمه همراه با فیدبک ……………………………………………………………….. 19

شکل (2-7)-مدارداخلی ساده شده AD620 IC ………….ا……………………………………………………………. 19

شکل (2-8)- تاثیرات انواع نویزوتداخل بر روی سیگنال ECG …………….ا…………………………………………. 21

شکل (2-9)- فیلتر بالا گذر …………………………………………………………………………………………… 22

شکل (2-10)- فیلتر پایین گذر …………………………………………………………………………………………. 22

شکل (2-11)- فیلترNotch……………………………………………ا……………………………………………… 23

شکل(2-12) – پاسخ فرکانسی فیلترNotch  فیلتر در Orcad ……………………..ا………………………………… 23

شکل (2-13)-  مدار مجموعه آماده سازی سیگنال (signal conditioning) ……..ا……………………………….. 24

شکل (2-14) – پاسخ فرکانسی  طبقه آماده سازی سیگنال(signal conditioning) ..ا………………………………. 24

شکل(2-15)- شکل موجهای دیده شده بر رویOscilloscopeپس از آشکارسازی …………………………………. 25

شکل(3-1) – بلوک دیاگرام تبدیل سیگنال از آنالوگ به دیجیتال و انتقال آن به کامپیوتر …………………………………. 26

شکل (3-2) -روش تقریب متوالی …………………………………………………………………………………….. 28

شکل (3-3) – بلوک دیاگرام ADC در AVR ………………………………….ا…………………………………… 30

شکل(3-4) – ثبات ADMUX ……………………………………..ا……………………………………………….. 30

شکل(3-5) – ثبات ADLAR ………………………………………..ا……………………………………………… 31

شکل (3-6) – ثبات کنترلی ADCSRA …………………………….ا……………………………………………… 32

شکل(3-7) -تعیین فرکانس ADC …………………………………………ا……………………………………… 33

شکل (3-8) – ثبات کنترلی SFIOR ……………………………….ا……………………………………………. 33

شکل (3-9) – آرایش پایه های  ATMEGA 32………………………………………ا………………………….. 39

شکل (3-10) – صفحه اصلی برنامه ………………………………………………………………………………. 40

شکل (3-11) – پنجره Create New Flie …………………….ا………………………………………………. 40

شکل (3-12) -پنجره Confirm ………………………………………ا……………………………………….. 41

شکل (3-13) – پنجره  CodeWizardAvr برگه Chip ………………………ا……………………………… 41

شکل (3-14) – پنجره  CodeWizardAvr برگه Port …………………………..ا…………………………. 42

شکل(3-15) – تنظیمات برگه ADC…………………………………ا…………………………………………. 43

شکل(3-16) -تنظیمات برگهUSART……………………………………ا……………………………………. 43

شکل(4-1) – بلوک دیاگرام نهایی پروژه ……………………………………………………………………….. 49

شکل(4-2) – انتقال اطلاعات به صورت موازی ……………………………………………………………….. 51

شکل(4-3) – پورت سریال و کابل RS232…………………………………ا…………………………………. 52

شکل(4-4) – ساختار داخلی کابل RS232……………………………ا………………………………………. 52

شکل(4-5) – انتقال اطلاعات به صورت سری ……………………………………………………………….. 53

شکل(4-6) –  بلوک دیاگرام نهایی جهت انتقال سیگنال به کامپیوتر …………………………………………….. 56

شکل(4-7) –  نمودار بلوکی نرم­افزار LabVIEW …………………………..ا…………………………….. 57

شکل(4-8)- برنامه دریافت و نمایش سیگنال در برنامه LabVIEW ………………….ا……………………… 57

شکل(4-9)- شکل موج خروجی در نرم افزار LabVIEW ……………………..ا…………………………… 58

شکل(4-10) – شکل موج خروجی در نرم افزار LabVIEW ……………………ا…………………………. 58

شکل(4-11)- مدار عملی بسته شده بر روی بردبورد …………………………………………………………. 59

در این مدار به دلیل اینکه سیگنال ورودی ناشی از قلب بشدت ضعیف می باشد و این سیگنال ممکن بود با انواع نویز های محیط وارد قسمت تقویت مدار گردد ما از IC AD620 به عنوان یک تقویت کننده ابزار دقیق که دارای مقاومت ورودی بالا و  CMRR خیلی خوب می باشد، استفاده نموده ایم تا اینکه تنها سیگنال گرفته شده از بدن وارد مدار شود.

با توجه به اینکه مدار آماده سازی سیگنال در محدوده فرکانس پایین کار می کند، نیاز به فیلتر های بسیار دقیق می باشد که در این مورد ما از فیلتر های فعال استفاده نمودیم. این فیلتر ها شامل فیلتر پایین گذر، بالا گذر، و یک فیلترNotch  می باشد. در فیلترNotch  سعی بر این بود که فرکانس 50Hz که ناشی از برق شهر می باشد (به علت تغذیه آی سی های موجود در مدار) و به عنوان مخرب ترین نویز مدار است، حذف گردد.

به علت هزینه بالای اسیلوسکوپ جهت نمایش سیگنال قلب و وجود کامپیوتر در مراکز درمانی، ما از برنامه LabVIEW جهت نمایش سیگنال استفاده نمودیم.

با توجه به هزینه بسیار پایین این مدار و همچنین کیفیت بسیار خوب آن در مقایسه با نوع خارجی آن، ساخت و تولید انبوه آن را توصیه می کنیم.


بلا فاصله (اتوماتیک) بعد از پرداخت وجه فایل به ایمیلی که در مرحله بعد وارد می کنید ارسال می شود


خرید فایل پی دی اف یا اسکن شده


خرید فایل پی دی اف یا اسکن شده به همراه فایل ورد اصلی …