Сарана В.Н.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

Тестер реографической аппаратуры

В настоящее время при испытаниях, настройке, поверке и ремонте приборов и систем импедансных измерений (в частности, реографов, реоплетизмографов, реоанализаторов, средств электропунктурной диагностики) как правило, используют функциональный генератор совместно с преобразователем напряжение-сопротивление либо другие аналогичные средства, обеспечивающие воспроизведение сигналов и измерение их параметров с заданной точностью. Преимуществами таких средств является их универсальность, соответствие требованиям средств поверки и наличие соответствующих аттестованных методик измерений. Вместе с тем, реализация основных функций тестирования реографической аппаратуры возможна более простыми средствами. Современные микроконтроллеры и интегральные цифровые потенциометры позволяют создать малогабаритное недорогое устройство, имеющее те же области применения и сопоставимое по своим характеристикам с упомянутыми выше поверочными комплектами приборов.

Разработанные средства могут быть использованы не только для испытаний, настройки и ремонта реографической аппаратуры, но и при выполнении лабораторного практикума студентами университета соответствующих специальностей. Возможность применения устройства в учебном процессе было одной из целей данной разработки. Именно поэтому тестер изготовлен в виде лабораторного макета и студенту доступна его электрическая принципиальная схема. Студент может изучить как аппаратную реализацию устройства на базе микроконтроллера, так и его программирование. При этом реализуются опрос состояния клавиатуры, передача команд по стандартному последовательному интерфейсу, индикация режимов работы и т.д. Кроме того, учебной задачей может быть также метрологический контроль параметров реографической аппаратуры. В устройстве также заложена некоторая избыточность, позволяющая в дальнейшем расширять его функции.

Основным элементом тестера (рис.1) является микроконтроллер (МК), который управляет цифровыми потенциометрами (ЦП). С помощью клавиатуры (К) и индикатора (И) осуществляется выбор режима работы микроконтроллера.

Рис.1. Структурная схема тестера.

Цепи согласования (ЦС) служат для получения требуемых уровней выходных сигналов (Вых.), которые являются входными для тестируемой аппаратуры. Кроме того, в устройстве имеется разъем для программирования (Пр.) микроконтроллера. Блок питания (БП) является автономным устройством и подключается через отдельный разъем.

В тестере использован микроконтроллер ATmega8L-16PU фирмы Atmel и четыре цифровых потенциометра MCP41010 фирмы Microchip. Таким образом, обеспечивается четыре независимых канала выходных сигналов устройства. Микроконтроллер может работать с тактовой частотой до 8 МГц и имеет 8 Кбайт памяти программ. Каждый цифровой потенциометр позволяет получить 256 фиксированных значений сопротивления в диапазоне от 0 до 10 кОм и имеет последовательный интерфейс SPI. Выбранный микроконтроллер обеспечивает аппаратную поддержку данного интерфейса, что облегчает программирование передачи данных.

Задание режимов работы обеспечивается двумя кнопками, а индикация этих режимов осуществляется семисегментным индикатором. В базовом варианте программы предусмотрено семь режимов работы, которые выбираются нажатием одной из кнопок. Каждый из режимов обеспечивает заданные изменения сопротивления на выходе устройства. Например, может имитироваться форма реальной реограммы с заданными амплитудными и временными параметрами, можно задать изменение сопротивления по синусоидальному закону или в форме прямоугольных импульсов. Вторая кнопка осуществляет сброс устройства и перевод его в режим ожидания.

Следует учитывать, что пульсовое изменение сопротивления, обусловленное кровенаполнением сосудов, составляет лишь 0,1-1% сопротивления исследуемого участка тела. На практике это означает, что изменение сопротивления происходит в пределах десятых долей Ом на фоне базового сопротивления, превышающего его примерно в 100 и более раз. Добиться имитации таких изменений позволяют цепи согласования, представляющие собой постоянные резисторы, включенные таким образом, что совместно с цифровыми потенциометрами образуют последовательно-параллельные цепи, обеспечивающие требуемые изменения сопротивления.

Калибровка и проверка работоспособности тестера осуществлялась с помощью стандартных измерительных приборов и медицинской реографической аппаратуры. Проверка подтвердила правильность расчетов амплитудных и временных параметров, необходимых для программирования микроконтроллера, а также элементов цепей согласования. Разработанное устройство наглядно демонстрирует преимущества совместного использования микроконтроллеров и цифровых потенциометров при работе с приборами и системами импедансных измерений. Расширение сферы применения тестера легко реализуется путем изменения программы микроконтроллера и цепей согласования.

Литература

1. Реографы, реоплетизмографы, реопреобразователи и реоанализаторы. Методика поверки. МИ 2524-99. – М.:1999.

2. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI» 2007.