close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Вестник КазНТУ

код для вставкиСкачать
● Техни ка лы қ ғ ылымда р
Машеков С.А., Дыя Х., Смагулова Н.К., Машекова А.С.
Физикалық үлгілеу әдісін қолданып үздіксіз бойлық-сыналы орнақта қаңылтырды ыстықтай
илемдеудің технологиясын жасау.
Түйіндеме. Мақалада бойлық-сынамалы өңдеу үрдістерін Gleeble 3500 қондырғысының көмегімен
моделдеу қарастырылды. Тәжірибе барысында деформация мен суытудың жылдамдығы ескерілді, сондай-ақ
тәжірибелер әртүрлі температуда өткізілді.
Түйін сөздер: қысу, деформацияның кедергісі, пластикалық, тәжірибе, беріктену, беріксіздену, қайта
қатденелену.
Mashekov SA, Duya H, Smagulova N, Mashekov AS
Technology development for hot rolled sheet continuous longitudinal wedge-mill with the use of physical
simulation
Summary. This article has discussed modeling of longitudinal wedge treatment with modern installation
Gleeble 3500. During the experiments took into account the strain rate and cooling, as well as experiments conducted at
different temperatures.
Key words: compression, deformation resistance, ductility, experiment, hardening, softening, recrystallization.
УДК 629.039.58
Р.М. Утебаев, Н.А. Колтун, А. Кулмахамбетов, Б. Сарсенов
(КазНТУ имени К.И. Сатпаева г. Алматы, Республика Казахстан, [email protected])
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПУЛЬСОМЕТРА НА БАЗЕ
ИК ДАТЧИКА И PIC МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
Аннотация. Рассмотрены вопросы, связанные с компьютерным моделированием электронной схемы
пульсометра. Объясняется принцип работы пульсометра на базе ИК датчика и предлагается применение
разработанного прибора в сферах, где необходимо обеспечение контроля физиологических параметров
человека на ответственных работах. Описывается разработанная универсальная платформа PICduino, с
помощью которой производится обработка сигналов с датчика пульса.
Ключевые слова: измерение пульса, компьютерное моделирование, микроконтроллер.
Основные причины необходимости разработки компьютерной модели пульсометров
Пульсометры достаточно распространенные приборы для определения физиологического
состояния человека. Однако первые пульсометры появились во второй половине XX века и в
основном использовались в медицине и спорте. В последнее время начали появляться устройства,
которые используют пульс для определения физиологических параметров человека с целью
оповещения стрессовых или наоборот утомленных состояний. Методики определения пульса также
разнообразны. В данной статье мы расскажем об одном методе определения пульса – с помощью
инфракрасного (ИК) диода и ИК приемника. Большинство публикаций, посвященных разработкам
пульсометров, описывают принцип работы датчика пульса и недостаточно просто описывают часть
схемы, обрабатывающую сигнал с датчика пульсометра. Это связано с тем, что каждый разработчик
предпочитает изготавливать устройство на понятных ему микроконтроллерах и языках
программирования. Часто эти примеры не могут быть повторяемыми начинающими
электронщиками, так как требуют глубоких знаний в области применяемого микроконтроллера и
алгоритмов работы программного кода. Предварительное компьютерное моделирование работы
прибора позволит начинающим электронщикам сэкономить средства на радиоэлементах и более
подробно понять принцип работы разрабатываемого прибора. Такой подход позволит избежать
ҚазҰТУ хабаршысы №5 2014
179
● Техни ческ ие н аук и
слепого повторения сборки схемы и соответственно внести значительные технические улучшения
или корректировки.
В статье будет подробно описан способ изготовления пульсометра с помощью универсальной
микроконтроллероной платы, разработанной на кафедре Робототехники КазНТУ. Универсальная
программируемая плата названа PICduino. Первая часть названия означает, что плата основывается
на PIC микроконтроллере, а вторая часть определяет ее принадлежность к принципу построения
универсальных программируемых плат типа Arduino [1]. Приставка Duino стала применяться после
появления на рынке любительских наборов электроники Arduino. Она стала обозначать
универсальность микроконтроллерных плат с возможностью расширения функционала с помощью
так называемых «шилдов» (от слова shield). Такие платы отличаются простотой программирования и
дешевизной. Принципиальная схема платы показана на рисунке 1. На рисунке 2 показан внешний вид
этой платы. Основу платы составляет микроконтроллер PIC18F2550, который позволяет
программировать плату через USB порт без применения программатора. Простота платы объясняется
применением понятного для обывателя языка программирования PICBasic, в котором используются
команды Basic, с которым многие знакомы со школы.
Датчик пульса собран по типовой схеме (рисунок 3), и основывается на операционном
усилителе (ОУ) MCP602. Данный ОУ обладает достаточным уровнем усиления сигнала с ИК
приемника для дальнейшей обработки на PICduino.
В качестве применения разработанного пульсометра, поставлена цель – изготовить
миниатюрный программируемый пульсометр, который смог бы определить снижение пульса и дать
сигнал тревоги. Согласно [2] сонному состоянию человека предшествует этап засыпания, при
котором наблюдается снижение пульса. Это явление можно применить для предотвращения
следующих событий:
- аварии на дорогах по причине засыпания уставших водителей;
- засыпание часовых на военных объектах при несении дежурства;
- потеря контроля диспетчера по причине усталости и засыпания во время дежурства на
объектах.
Выпускаемые в промышленности пульсометры достаточно дороги (свыше 100$) и не имеют
возможности индивидуального программировании под параметры пользователя. Предлагаемая
конструкция пульсометра проста в изготовлении и с помощью базовых знаний программирования
микроконтроллеров и электроники, позволит любому желающему собрать недорогой пульсометр,
который поможет предупредить процесс засыпания на ответственных объектах работы.
Компьютерная модель пульсометра.
Компьютерная модель разработана в среде ISIS пакета Proteus, а программа микроконтроллера
(МК) написана на языке PICBasic [3,4,5]. Модель состоит из микроконтроллера U1 со всеми
необходимыми компонентами (резисторы, конденсаторы, кварцевый резонатор и кнопки). Кнопки
управления нужны для перевода МК в режим программирования и обратно в рабочий режим. В
качестве источника пульса используется генератор прямоугольных импульсов. На дисплее LCD1
отображается информация о пульсе.
180
№5 2014 Вестник КазНТУ
● Техни ка лы қ ғ ылымда р
Рис. 1. Принципиальная схема пульсометра, собранного на базе PICduino
Устройство собрано на монтажной плате и имеет разъемы для подключения функциональных
плат. В нашем случае функциональной платой будет датчик пульса на ОУ (рисунок 3).
Рис. 2. Внешний вид универсальной программируемой платы PICduino
Датчик пульса работает следующим образом – ИК диод излучает свет, который проходя через
ткань, например пальца пользователя, модулируется по пульсу. При сердечных сокращениях ткань
человека меняет свою световую пропускную способность. Однако эти изменения слишком малы,
чтобы напрямую подключать ИК приемник к портам МК. Так как в компьютерной среде невозможно
смоделировать физические процессы, проходящие между ИК излучателем и приемником, вместо ИК
приемника поставлен кнопка с открытым контактом, которая по принципу работы заменяет
фотодиод. Сигналы датчика проходят две ступени усиления с помощью сдвоенного ОУ MCP602.
Конденсаторы С1 и С2 служат для фильтрации высокочастотных помех. К выходу ОУ подключен
светодиод D1, который мигает согласно считываемому пульсу. Этот же вывод подключается к порту
С.0 МК, где далее обрабатывается.
ҚазҰТУ хабаршысы №5 2014
181
● Техни ческ ие н аук и
Рис. 3. Принципиальная схема датчика пульса на операционном усилителе MCP602
Ниже представлен код программы, обрабатывающий сигналы датчика пульса.
Device = 18F2550
Xtal = 48
Config_Start
PLLDIV = 5 ; Divide by 5 (20 MHz oscillator input)
USBDIV = 2 ; USB clock source comes from the 96 MHz PLL divided by 2
FOSC = HSPLL_HS ; HS oscillator, PLL enabled, HS used by USB
FCMEN = OFF ; Fail-Safe Clock Monitor disabled
IESO = OFF ; Oscillator Switchover mode disabled
PWRT = OFF ; PWRT disabled
BOR = On ; Brown-out Reset enabled in hardware only (SBOREN is disabled)
BORV = 2 ;
VREGEN = On ; USB voltage regulator enabled
WDT = OFF ; HW Disabled - SW Controlled
WDTPS = 32768 ; 1:32768
MCLRE = On ; MCLR pin enabled; RE3 input pin disabled
LPT1OSC = OFF ; Timer1 configured for higher power operation
PBADEN = OFF ; PORTB<4:0> pins are configured as digital I/O on Reset
CCP2MX = On ; CCP2 input/output is multiplexed with RC1
STVREN = On ; Stack full/underflow will cause Reset
LVP = OFF ; Single-Supply ICSP disabled
XINST = OFF ; Instruction set extension and Indexed Addressing mode disabled (Legacy mode)
Debug = OFF ; Background debugger disabled, RB6 and RB7 configured as general purpose I/O pins
CP0 = OFF ; Block 0 (000800-001FFFh) not code-protected
CP1 = OFF ; Block 1 (002000-003FFFh) not code-protected
CP2 = OFF ; Block 2 (004000-005FFFh) not code-protected
CP3 = OFF ; Block 3 (006000-007FFFh) not code-protected
CPB = On ; Boot block (000000-0007FFh) code-protected
CPD = OFF ; Data EEPROM not code-protected
WRT0 = OFF ; Block 0 (000800-001FFFh) not write-protected
WRT1 = OFF ; Block 1 (002000-003FFFh) not write-protected
WRT2 = OFF ; Block 2 (004000-005FFFh) not write-protected
WRT3 = OFF ; Block 3 (006000-007FFFh) not write-protected
WRTB = OFF ; Boot block (000000-0007FFh) not write-protected
WRTC = OFF ; Configuration registers (300000-3000FFh) not write-protected
WRTD = OFF ; Data EEPROM not write-protected
EBTR0 = OFF ; Block 0 (000800-001FFFh) not protected from table reads executed in other blocks
EBTR1 = OFF ; Block 1 (002000-003FFFh) not protected from table reads executed in other blocks
EBTR2 = OFF ; Block 2 (004000-005FFFh) not protected from table reads executed in other blocks
182
№5 2014 Вестник КазНТУ
● Техни ка лы қ ғ ылымда р
EBTR3 = OFF ; Block 3 (006000-007FFFh) not protected from table reads executed in other blocks
EBTRB = OFF; Boot block (000000-0007FFh) not protected from table reads executed in other blocks
Config_End
PortB_Pullups = off ' Выключить подтягивающие резисторы на PORTB
Declare All_Digital = On ' Каждый порт выполняет свою функцию по умолчанию
'--------------Настройки подключения ЖКИ-------------------------Declare LCD_Type ALPHA
'Тип ЖКИ - буквенно-цифровой
Declare LCD_DTPin PORTB.4 'Порт данных ЖКИ
Declare LCD_ENPin PORTB.1 'Управление линией E
Declare LCD_RSPin PORTB.0 'Управление линией RS
Declare LCD_Interface 4 'Разрядность шины данных
Declare LCD_CommandUs 2000 'Задержка перед посылкой команды
Declare LCD_DataUs 50
'Задержка перед посылкой данных
Declare LCD_Lines 2
'Количество строк ЖКИ
Symbol MainCodeStart = $1000 '$1100'$0800'$1100'$0B80;
PROTON_START_ADDRESS = MainCodeStart; Tell Proton were to compile to
Declare Bootloader = off ' Выключить загрузчик
;-------------------------- Настройки портов -------------------------TRISC.2=0
TRISB.2=1
TRISC.0=1
TRISA.1=0
TRISA.2=0
TRISA.3=0
TRISA.4=0
TRISA.5=0
TRISA.0=0
TRISC.1=0
TRISC.2=0
TRISC.6=0
TRISC.7=0
TRISB.3=0
'--------------------------Объявления переменных--------------------Dim var1 As Word
' Объявить переменную VAR размером Word
Symbol Pin = PORTA.0 ' Присвоить символ pin выводу PORTA.0
'--------------------------Главная программа-------------------------PORTC.2=0
var1=0
Print At 1, 1, "pulsometr"
DelayMS 100
Loop:
var1=Counter Pin, 15000 ' Считать импульсы за 100 мсек на выводе PORTB.0
var1=var1*4
Print At 1, 1, "puls"
Print At 2, 1, "puls= ", Dec var1, " "'Вывести во 2-ой строке ЖКИ десятичное значение VAR1
If var1<40 Then PORTC.2=1
If var1>40 Then PORTC.2=0
GoTo Loop ' Повторить процесс измерения
Основной командой является команда Counter, согласно которой в течении 1000 мсек.
считывается количество импульсов, поступающих на порт С.0 и считанное количество присваивается
переменной puls. Далее с переменной можно производить арифметические функции. В нашем случае,
количество считанных импульсов за период 15 секунд, присваиваются переменной var1 и
умножаются на 4. Таким образом, мы вычисляем количество импульсов за 1 минуту, т.е. получаем
пульс. Сравнив считанный пульс с заданным числом, которое соответствует уровню пульса при
ҚазҰТУ хабаршысы №5 2014
183
● Техни ческ ие н аук и
засыпании испытуемого, можно предпринять соответствующие действия. В нашей программе этот
уровень установлен равным 40.
Проведение экспериментальных работ.
При сборке устройства основной проблемой является точная настройка датчика пульса на ИК
излучателе и приемнике. Так как, колебания происходят в очень малом диапзоне, необходимо
изготовить конструкцию, которая сможет обеспечить надежное закрепление датчика на измеряемой
поверхности, например на мочке уха, и обеспечить защиту от попадания на фотоприемник
посторонних световых излучений, ухудшающих работу устройства. Это условие должно соблюдатся
совмесно с миниатюрностью пульсометра, так как основной целью устройства, является измерение
пульса в непрерывном и мобильном режиме. Если датчик пульса буде закреплен на мочке уха, то
желательно его изготовить на элементах повехносного монтажа, которые наиболее маленькие и
надежные, так как не имеют выступов. Мобильное устройство получает питание от батарей, поэтому
не получиться изготовить целостное устройство, которе будет зацепляться на мочке ухе. Необходимо
разделить датчик пульса и модуль программировани обработки пульса. Можно изготовить
устройство следующим образом – микроконтроллерный блок в защитном корпусе с батареями
питания изготовить в виде навесного брелка, который можно повесить на уровне груди и от него
вывести провод для датчика пульса, закрепленного на мочке уха.
ЛИТЕРАТУРА
1 http://arduino.cc/
2 http://ru.wikipedia.org/wiki/сон
3 http://www.labcenter.com/index.cfm
4 Медведев А., Хилинский В. Программирование PIC-микроконтроллеров в PROTON+IDEна PicBasik
– Интерактивное учебное пособие – Москва: 2012-412 с.
5 Чак Х. Программирование PIC- микроконтроллеров на PicBasic – Додэка XXI: 2007 –234 c.
REFERENCES
1. http://arduino.cc/
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/сон
3. http://www.labcenter.com/index.cfm
4. Medvedev A., Hilinskyi V. Programirivanie PIC-microcontrollerov v PROTON+IDE na PicBasik
– Interaktivnoye uchebnoe posobie – Moskva: 2012-412 с.
5. Chak H. Programirivanie PIC-microcontrollerov na PicBasic – Dodeka XXI: 2007 –234 c.
Өтебаев Р.М., Колтун Н.А., Кулмахамбетов А., Сарсенов Б.
ИҚ датчик пен PIC микроконтроллер негізінде жұмыс істейтін адам пульсін өлшейтін құрылғыны
компьютерде модельдеу
Түйіндеме.Мақалада адамның пульсін өлшеп және пульстің деңгеиі белгіленген мөлшерден төмендеп
кеткен жағдайда хабар беретін құрылғыны жасаудың тәсілі көрсетілген. Құрылғының компьютерлік моделі мен
оның зертханалық нұсқасы көрсетілген. Пульсометрдің сигналдарын өңдеу үшін әмбебап микроконтроллерлік
платаны қолдану ұсынылады.
Негізгі сөздер: пульсті өлшеу, компьютерлік модельдеу, микроконтроллер.
Утебаев Р.М., Колтун Н.А., Кулмахамбетов А., Сарсенов Б.
Компьютерное моделирование работы пульсометра на базе ИК датчика и PIC микроконтроллера
Резюме. В статье рассматривается метод изготовления прибора для считывания человеческого пульса с
целью оповещения при снижении пульса ниже заданного уровня. Описана разработанная компьютерная модель
и созданный на базе этой модели прибор.
Ключевые слова: измерение пульса, компьютерное моделирование, микроконтроллер.
Utebaev R.M., Koltun N.A., Kulmuhambetov A., Sarsenov B.
Computer modeling of the heart rate based on the IR sensor and PIC microcontroller
Summary. In this paper the method of manufacturing the device for reading the human heart in order to
publicize at lower pulse below a specified level. The developed computer model and created on the basis of this model
unit. Proposed to use a generic microcontroller board for cultivate signal processing heart rate.
Key words: heart rate measurement, computer modeling, microcontroller.
УДК 004.75
R.K.Uskenbayeva 1, B.K.Kurmangaliyeva 2, Zh.B.Kalpeyeva3,
184
№5 2014 Вестник КазНТУ
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа