Проекты

Интеллектуальный пульсоксиметр

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Приборостроение, Схемотехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1852
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Разработка интеллектуального пульсоксиметра для людей, занимающихся спортом, для оптимизации распределения физических нагрузок и предотвращения возникновения критических ситуаций.

Описание

Метод пульсоксиметрии базируется на способности гемоглобина в зависимости от типа соединения поглощать световое излучение в той или иной части спектра. В зависимости от того, насколько насыщен гемоглобин кислородом, меняется длина световой волны, которую он способен поглотить. Таким образом, источник света излучает волны в красном и инфракрасном спектре, а кровь поглощает их в зависимости от числа связанных гемоглобином кислородных молекул. Связанный гемоглобин улавливает инфракрасный поток, а неоксигенированный – красный. В норме сатурация (насыщенность крови кислородом, связанным с гемоглобином) составляет от 95 до 100 %. В процессе измерений используются светодиоды красного и инфракрасного спектров и фоточувствительный элемент. Насыщенная кислородом кровь имеет более яркий оттенок красного цвета. С изменением насыщенности крови кислородом (сатурации) меняется степень поглощения и отражения лучей красного и инфракрасного света, направленных на капилляры. При этом, проходя через кровь и ткани, световой сигнал приобретает пульсирующий характер под воздействием изменяющегося объёма кровеносных сосудов.

В ходе проектирования интеллектуального пульсоксиметра проведён обзор рынка, анализ достоинств и недостатков устройств аналогичного назначения. Наиболее ответственной задачей являлся выбор датчика. Параметры датчика определяют метрологические и технические характеристики, уровень потребления и габариты устройства. Были разработаны структурная и принципиальная схемы устройства, определено конструктивное исполнение экспериментального образца. Модуль датчика фиксируется на пальце. Сигнал с выхода модуля датчика считывает микроконтроллер (МК), вычисляет значения уровня сатурации и частоты сердечных сокращений. Полученные значения МК сохраняет в EEPROM одновременно с указанием времени измерения и выводит на индикатор для визуального восприятия пользователем. Можно передать все результаты измерения во внешнее устройство (компьютер, смартфон, планшет и др.) посредством интерфейса USB или по беспроводной связи с помощью Bluetooth-модуля.

Результат

Сформированы требования к устройству, проведён обоснованный выбор элементной базы, разработаны структурная и принципиальная электрические схемы, разработаны и отлажены программы для микроконтроллера, подтверждена работоспособность макетного образца, проведён анализ достоинств и недостатков, выделены основные направления совершенствования разработки.

Оснащение и оборудование

Проект выполнен на базе лабораторного оборудования кафедры КБ-6 «Приборы и информационно-измерительные системы». В ходе реализации проекта было решено использовать профессиональное оборудование и программное обеспечение: модуль MAXREFDES117#, плата BigAVR6 фирмы Mikroelektronika, эмулятор ATMEL ICE, мультиметр APPA 109N, цифровой осциллограф АКИП-4115/2А, паяльная станция ERSA Analog 60A, источник питания PS3005, беспаечные макетные платы, универсальные макетные платы под пайку. Программы были написаны на языке программирования C++ и отлажены в интегрированной среде разработки Atmel Studio 7 фирмы Microchip.

Перспективы использования результатов работы

После доработки полученное устройство может быть внедрено в серийное производство. Основные направления совершенствования разработки: миниатюризация за счёт использования заказного корпуса, увеличение количества пользовательских функций, совершенствование прикладного ПО.

Сотрудничество

РТУ МИРЭА

Награды/достижения

Школьная секция Четвёртой научно-практической конференции студентов и аспирантов РТУ МИРЭА – победитель.

Особое мнение

«Проект «Инженерный класс в московской школе» дал мне возможность ознакомиться с основными этапами проектирования, средствами программирования и отладки устройств на базе микроконтроллеров, а конференция «Инженеры будущего» позволила получить опыт публичных выступлений»