Курсовая работа: Пристрій для вимірювання температури та артеріального тиску

де, GF характеризує тензочувствітельность (значення 2,0…4,5 – для металів і більше 150 для напівпровідників).

Безрозмірна величина AL/L є мірою сили, прикладеної до дрота, і виражається в мікрострейнах (1 με = 10^-6 см/см), що є тим же самим, що і мільйонна частина (ppm) (у вітчизняній літературі застосовується термін овд – одиниці відносної деформації, чисельно рівний кількості мікрострейн). З рівності виходить, що чим більша тензочувствітельность, тим більша величина зміни опору і, отже, вища чутливість датчика.

Рисунок 1.4 – Ненаклеюваний дротяний тензодатчик

Наклеюваний тензодатчик (рис. 1.5) складається з тонкого дроту або провідної фольги, закріпленої на плоскій пластині. Ця конструкція приклеюється на основу. Датчик зазвичай встановлюється так, щоб його найбільш довга сторона була орієнтована у напрямі вимірюваної сили. Зазвичай наклеювані датчики використовуються набагато частіше ненаклеюваних.

Рисунок 1.5 – Наклеюваний дротяний тензодатчик

Фольгові датчики (рис. 1.6) є найбільш популярною версією наклеюваних тензодатчиків. Вони виготовляються методом фототравління і використовують ті ж метали, що і дротяні датчики (константан, нихром, сплав нікелю із залізом і т.д.). Дротяні датчики мають малу поверхню зв'язку з зразком основою, щозменшує струми витоку при високих температурах і дає більшу напругу ізоляції між чутливим елементом і основою. З іншого боку, фольгові чутливі елементи мають велике значення відношення площі поверхні до площі поперечного перерізу (чутливість) і стабільніші при критичних температурах і тривалих навантаженнях. Велика площа поверхні і малий поперечний переріз також забезпечують хороший температурний контакт чутливого елементу із основою, що зменшує саморозігрів датчика.

Рисунок 1.6 – Металофольговий тензодатчик

Напівпровідникові тензодатчики використовують п'єзорезистивний ефект, що виникає в деяких напівпровідникових матеріалах, таких як кремній і германій, і використовуються для отримання більшої чутливості пристрою і його вихідного сигналу. Можна зробити так, щоб напівпровідникові датчики мали при їх деформації або позитивний, або негативний сигнал. Їх можна зробити достатньо малими за розмірами при збереженні високого номіналу опорів. Напівпровідникові тензомости мають в 30 разів більшу чутливість, ніж металофольгові, але вони залежать від температури і важко піддаються компенсації. Зміна їх опору від деформації також нелінійна. Для прецизійних вимірювань їх не використовують так само широко, як стабільніші металофольгові, проте, в додатках, де варіації температури малі, а величина чутливості важлива, вони можуть мати певні переваги.

Напівпровідникові датчики тиску дифузійного типу широко використовується для вимірювання артеріального тиску крові, в автомобільній електроніці, в компресорах. Основні проблеми, які характерні для цих датчиків і які ймовірно будуть вирішені в найближчому майбутньому, – це усунення температурної залежності, підвищення стійкості до зовнішнього середовища і збільшення терміну служби [6].

1.3 Мікропроцесори та мікроконтролери

В приладі, призначеному для вимірювання температури та артеріального тиску, для обробки сигналу і організації інтерфейсу застосовуються мікропроцесори або мікроконтролери. Основними характеристиками контролерів є: число розрядів, тактова частота ядра, тактова частота шини, об'єм кеш-пам'яті і оперативної пам'яті, функції. Універсальні процесори застосовуються для вирішення різних обчислювальних завдань і зазвичай мають повний набір команд CISC. Спеціалізовані мікроконтролери мають вужчий діапазон застосування і зазвичай призначені для керування певним. Вони мають обмежений набір команд RISC, простішу структуру і відповідно низьку ціну. До окремого класу слід віднести цифрові сигнальні процесори, спроектовані спеціально для обробки сигналів в реальному часі (звук, зображення, вимірювальні сигнали).

Архітектура сигнальних процесорів має помітні особливості:

– швидке виконання операцій, характерних для цифрової обробки сигналів (наприклад, операція "множення з накопиченням" зазвичай виконується за один такт);

– цикли із заздалегідь відомою довжиною;

– більшість сигнальних процесорів мають вбудовану оперативну пам'ять, з якої може здійснюватися вибірка декількох машинних слів одночасно;

– детермінована робота з відомими тривалостями виконання команд, що дозволяє виконувати планування роботи в реальному часі;

– досить велика довжина конвеєра;

– в порівнянні з мікроконтролерами, обмежений набір периферійних пристроїв;

– значно менше споживання потужності, ніж у еквівалентних за продуктивністю процесорів загального призначення.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ПОБУДОВИ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ

Пристрій призначений для вимірювання температури тіла та артеріального тиску людини зі збереженням інформації на картку пам’яті ММС. Функціональна схема пристрою зображена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Функціональна схема пристрою для вимірювання температури та артеріального тиску

Пристрій складається з мікроконтролера МК, блоку вимірювання тиску, датчика температури, клавіатури, картки пам’яті, РК дисплею та блоку живлення.