دانلود پایان نامه

در زمان مناسب ارائه دهد. به عنوان مثال، PDA، مىتواند يک سرويس چند رسانه اي فراهم کند، ولي ممکن است در زمانهايي اين سرويس را متوقف نمايد، مثلاً زماني که کاربر در حال دويدن است. علاوه بر چنين اهدافي، از همين روش با ترکيب ديگر سنسورها دادههايي را به منظور برآورد هزينه انرژي، و يا محل و وضعيت سلامت کاربر م?توان بدست آورد [71].
الگوهايي که در طول تشنج با پديده هاي حرکتي در سيگنال شتابسنج 3-بعدي قابل مشاهده هستند الگوهاي کليشه اي در سراسر جامعه بيماران دارند. اين الگوها به وضوح به عنوان تشنج ساده حرکتي از قبيل تشنج ميوکلونيک، کلونيک و تشنج تونيک قابل مشاهده هستند. براي ناظران بشري، تشخيص اين الگوها از الگوهاي جنبش طبيعي بسيار آسان است. الگوهاي شتابسنج در طول تشنج، در 95 درصد از تشنج هاي حرکتي، کليشه اي بودند. اين الگوهاي مشخص يک نقطه شروع براي تشخيص تشنج خودکار م?باشد[37]. از آنجا که اکثر علائم شايع صرع، حرکتي هستند، سيستمي بر اساس يک الگوريتم تشخيص حرکت تشنجي، به کار گرفته شده است. ثبت خصوصيات حرکتي تشنج هاي صرعي با کمک سنسور حرکتي-مغناطيسي، مطالعه در مورد خصوصيات حرکتي از نوع حرکت صرعي را براي يک واحد مراقبت فراهم م?کند [72].
در سال هاي اخير، تشخيص فعاليتهاي انساني مبتني بر شتابسنج به يکي از زمينه هاي تحقيقاتي فعال در تشخيص الگو، محاسبات پوشيدني، و محاسبات فراگير تبديل شده است. عمدتاً پتانسيل گسترده اي از کاربردهاي شتابسنج در نظارت بر سلامتي، زمينه آگاه، اشکال جديدي از تعامل کامپيوتر با انسان، و غيره وجود دارد [73].
3-3 استفاده از شتابسنج سه محوره
شتابسنج مورد استفاده در اين پروژه ADXL335 است. شتابسنج ADXL335 يك شتابسنج 3 محوره كوچك، با توان مصرفي پايين و داراي خروجي ولتاژ بين 0 تا 3.3V است. بازه اندازه گيري شتاب در اين سنسور ±3g است. اين سنسور مي تواند شتاب هاي استاتيك گرانش مانند كاربردهاي زاويه سنجي را اندازه گيري كند. همچنين شتاب هاي ديناميك مانند شتاب هاي حركتي، شوك هاي مكانيكي و لرزش در اين سنسور قابل اندازه گيري است.
اين ماژول در مجموع داراي 5 پايه م?باشد. پايه VCC با تغذيه +3.3V، پايه GND، پايه X، Y و Z. هر يک از سه خروجي آنالوگ را با يک خازن 100 نانوفاراد به ورودهاي آنالوگ ميکروکنترلر وارد م?کنيم. مشخصات فني اين شتابسنج به اين شرح است: ولتاژ تغذيه 1.8V تا 3.6V، جريان 0.35mA، سه خروجي مجزا براي سه محور X، Y و Z و به صورت آنالوگ، پهناي باند 0.5Hz تا 1600Hz براي محورهاي X و Y، پهناي باند 0.5Hz تا 550Hz براي محور Z، كاملا سيلد شده27 در مقابل حرارت و رطوبت، قابليت تحمل شوكهاي مكانيكي تا 10000g، و ابعاد4*4*1.45 ميليمتر.

شکل 3-1: ساختمان داخلي شتابسنج سه محوره ADXL335
3-4 رسانايي پوست
فعاليت پوست يک شاخص حساس براي فعاليت سيستم عصب سمپاتيک است. در حالي که سيستم عصبي پاراسمپاتيک به بازسازي و ذخيره انرژي منجر م?شود، سيستم عصبي سمپاتيک افزايش متابوليسم را باعث م?گردد. به اين ترتيب، افزايش فعاليت سمپاتيک باعث افزايش ضربان قلب، فشار خون و تعريق م?شود، همچنين خون را از منابع روده اي به سمت ماهيچه هاي اسکلتي، ريه ها، قلب و مغز جهت آمادگي در اعمال حرکتي مثل تعقيب و گريز هدايت م?کند[74].
از آنجا که عرق يک الکتروليت ضعيف و رساناي خوبي است، وجود بسياري از مسيرهاي موازي از مجاري عرق با مقاومت کم، موجب افزايش رسانايي در جريان الکتريکي م?شود. تغييرات در رسانايي سطح پوست، و يا به طور کلي تر، در EDA، منعکس کننده فعاليت در محور سمپاتيک ANS و يک معيار حساس و مناسب از ارزيابي تغييرات را در تحريک سمپاتيک در ارتباط با احساسات، شناخت و توجه ارائه مـ?دهد[10].
پاسخ رسانايي پوست28 نشان دهنده واکنش سيستم ANS و بخش اعصاب سمپاتيک م?باشد. زماني که يک جريان ضعيف از طريق دو الکترود به دو انگشت دست اعمال م?شود، تغييرات در مقاومت پوست رخ مـ?دهد که تغييرات در مقدار GSR م?باشد و ما م?توانيم تشخيص دهيم که تغييراتي در سيستم ANS وجود دارد. زماني که احساسات فرد تغيير م?کند عرق ترشح شده از غدد عرق افزايش و در نتيجه مقادير GSR را افزايش مـ?دهد [75]. از اين رو، نظارت بر تغييرات ANS يک راه حل عملي براي حمايت از برنامه هاي بهداشت و درمان فراگير مانند تشخيص احساسات است[76].
پاسخ رسانايي پوست به عنوان يک تغيير در خواص الکتريکي پوست تعريف شده است. اين سيگنال مىتواند براي گرفتن پاسخهاي عصبي خودمختار به عنوان يک پارامتر از عملکرد غدد عرق استفاده شود. اندازهگيري نسبتا ساده است و بنابراين اندازهگيري GSR مىتواند به عنوان يک ابزار ساده و مفيد براي بررسي عملکرد سيستم عصبي خود مختار، و به خصوص سيستم سمپاتيک محيطي استفاده شود[10].
در مطالعه در افراد سالم، رابطه بين تغييرات خودمختار محيطي توسط GSR و تحريک قشر توسط تغييرات منفي مشروط (CNV29)، بررسي شد. رابطه معکوسي بين GSR و دامنه CNV نشان داده شد. به طوري که افزايش در فعاليت سمپاتيک محيطي با کاهش اين شاخص EEG مربوط به تحريک عصبي قشر همراه بود. بررسي آزمايشي بيوفيدبک GSR، در سه بيمار مبتلا به صرع مقاوم به دارو، نشان داد کاهش قابل توجهي در فرکانس تشنج در دو از سه نفر وجود دارد. بر اساس اين يافته ها، مطالعه به منظور بررسي اينکه آيا درمان بيوفيدبک GSR بيماران، با هدف افزايش سطح تونيک تحريک سمپاتيک محيطي، به کاهش تشنج منجر م?شود يا نه ادامه يافت. نتايج بدست آمده نشان داد که درمان بيوفيدبک GSR با کاهش در فرکانس تشنج در بيماران مبتلا به صرع مقاوم به دارو
همراه بود. با وجود حجم نمونه نسبتا کوچک آزمايش، بيوفيدبک GSR به ميزان پاسخ بالاي 60? رسيد [77].
توانايي اندازهگيري تغييرات در ميزان تحريک ANS به صورت صحيح، راحت، و به طور مداوم، بدون تزريق سيم و يا وسايل دست و پا گير براي فعاليتهاي روزانه، اين پتانسيل را دارد که انقلابي در خدمات درمان و بهداشت، به خصوص از طريق پيشبرد درمان شخصي، بوجود آورد. در يک کار پژوهشي سنسوري که براي اندازهگيري EDA طراحي شده است، يک ولتاژ کوچک به پوست اعمال شده و در نتيجه افت پتانسيل اندازهگيري م?شود. طبق بررسي هاي صورت گرفته مشخص شده است که مقاومت پوست پايه مىتواند بين 10K? تا حدود 10M? متفاوت باشد [78].
يک دستکش پوشيدني هوشمند و مناسب به صورت کاربر پسند براي استفاده افراد و نظارت بر سلامتي طراحي شده است. تجزيه و تحليل سيستم عصبي خودمختار با استفاده از سنسورهاي غير تهاجمي اطلاعاتي براي تجزيه و تحليل عواطف، احساسات، ادراکات و فيزيولوژيک فراهم م?کند[79].
3-5 طراحي مدار GSR
امروزه تعداد زيادي وسيله براي اندازهگيري رسانايي پوست وجود دارد. اصل اساسي در طراحي اين وسايل به دو شکل م?باشد، اعمال جريان ثابت و اندازهگيري ولتاژ و يا اعمال ولتاژ ثابت و اندازهگيري جريان. سيستم هاي اندازهگيري رسانايي پوست با ولتاژ ثابت در اين زمينه متداول تر هستند[80]. ما به دنبال طراحي يک سيستم ارزان، قابل اعتماد، با مصرف انرژي پايين، با توانمندي نظارت بر دادههاي دريافتي و راحت براي اندازهگيري ميزان رسانايي پوست هستيم. به طور معمول ميزان رسانايي پوست در واحد ميکروزيمنس محاسبه م?شود که معکوس مقاومت پوست م?باشد. ما در اين پروژه تغييرات رسانايي پوست را در واحد ميلي ولت اندازهگيري م?کنيم.
پاسخ رسانايي پوست با عبور يک جريان کوچک از طريق دو جفت الکترود به سطح پوست اندازهگيري م?شود. مقدار اندازهگيري شده مىتواند در شکل مقاومت، رسانايي، مقدار ولتاژ و يا مقدار جريان باشد. مدار پايه براي اندازهگيري رسانايي پوست به صورت شکل 3-2 م?باشد. مقدار Rs مقاومت پوست و Vout نشان دهنده ولتاژ خروجي است که مقدار آن با توجه به تغييرات Rs تفاوت خواهد کرد. و در ادامه فرمول ساده تقسيم مقاومتي براي اندازه گيري Rs را م?بينيد.

شکل 3-2: مدار پايه براي اندازه گيري ميزان مقاومت پوست

V_out=R_2/(R_s+R_2 ) V_in

مدار طراحي شده در اين پروژه شامل دو تقويتكننده عملياتي يا Op-Amp معمولي و يک تقويتكننده ابزار دقيق30 م?باشد. ورودي غير معکوس31 هر دو تقويتكننده عملياتي به الکترودها متصل م?شوند. الکترودها در اين پروژه از جنس نقره/کلريد نقره32 مي باشند، به علت ترکيب شيميايي اين نوع الکترودها با عرق موجود در پوست مي توان ميزان رسانايي پوست را دقيق تر اندازهگيري کرد. ورودي هاي معکوس هر دو با کمک مقاومت 100K? به خروجي خودش متصل م?شود. تقويتكننده ابزار دقيق AD620 به عنوان يک مقايسهگر و در عين حال به عنوان يک تقويتكننده ظاهر م?شود. تقويتكننده AD620 داراي ولتاژ تغذيه مثبت و منفي م?باشد. اين تقويتكننده اختلاف ولتاژ بين پايه هاي ورودي 2 و 3 را با توجه به بهره تعيين شده، با مقاومتي که بر روي پايه هاي 1 و 8 قرار دارد، تقويت م?کند و بر روي پايه 6 ولتاژ خروجي خواهيم داشت. پايه 5 نيز به عنوان ولتاژ مرجع است. مقاومت پوست انسان بين 10K? تا 10M? است [81]، و طبق اين بازه خروجي بايد حدوداً در بين بازه 0.3V تا 2.7V باشد. بنابراين م?توانيم پايه 5 را به يک پتانسيومتر و يا يک IC مرجع که در اين بازه ولتاژي هست متصل کنيم، که در اين صورت دقت کار با توجه به تقسيم ولتاژ در بازه کوچکتر افزايش مي‏يابد. ولي اگر اين پايه به زمين وصل باشد بازه مقاومت پوست بين 0 تا 5V تقسيم خواهد شد. در شکل 3-3 شماتيک طراحي شده براي مدار GSR را م?توانيد ببينيد.

شکل 3-3: طرح مدار اندازه گيري ميزان مقاومت پوست با جزئيات
3-6 خلاصه‏ي فصل
در اين فصل کارهايي و پژوهش هايي که در ارتباط با تشخيص تشنج ويا فعاليتهاي روزانه با کمک شتابسنج و همچنين تشخيص تشنج و يا ميزان استرس با کمک سطح رسانايي پوست انجام شده است بررسي گرديد و در انتهاي هر بخش مدار پيشنهادي در پروژه مورد بحث قرار گرفت.

فصل چهارم :
طراحي و پياده سازي سخت افزاري و نرم افزاري

4-1 مقدمه
اولين گام در ساخت يک سنسور فراهم آوردن قطعات سختافزاري مورد نياز، بررسي نوع ارتباط بين قطعات براي رسيدن به نتيجه مطلوب، تامين ولتاژ و جريان مناسب براي کارکرد صحيح و نحوه پايدار کردن ارتباطات در کل مدار م?باشد. گام بعدي پياده سازي يک الگوريتم صحيح است که با نرمافزارهايي که قابليت ساخت فايل Hex براي برنامهريزي يک ميکروکنترلر را داشته باشند، توليد م?شود. الگوريتم بايد قادر باشد به طور صحيح و دقت کافي دادههاي ورودي را دريافت کرده و در صورت لزوم بتواند پردازش هاي اوليه و ساده اي بر روي آنها انجام دهد. در ادامه بعد از پياده سازي سختافزاري و نرمافزاري صحيح بايد بتوان دادههايي که توسط سنسور جمع آوري شدهاند در يک حافظه با ظرفيت بالا ذخيره کرده و يا با کمک ارتباطات سيمي يا بيسيم داده را بر روي يک وسيله که داراي قابليت بالاتري هم از نظر حافظه و هم از نظر پردازش است، فرستاد. در اين پژوهش اين وسيله، گوشي هوشمند بيمار با سيستم عامل آندرويد م?باشد. با قابليت هاي جديدي که اين سيستم عامل در اختيار ما مي گذارد پردازش اصلي بر روي دادههاي دريافتي از طريق بلوتوث انجام شده و اطلاعات مفيد از اين دادهها براي تشخيص تشنج و يا عدم آن استخراج
م?گردد.
4-2 قطعات سختافزاري مورد استفاده
در اين بخش به مجموعه سختافزار مورد نياز و نحوه قرارگيري آنها در مدار و نوع ارتباط بين آنها اشاره خواهيم کرد.
4-2-1 ميکروکنترلرها
ميکروکنترلر33 نوعي ريزپردازنده است که داراي حافظه دسترسي تصادفي (RAM) و حافظه فقط خواندني (ROM)، تايمر، پورت‌هاي ورودي و خروجي (I/O) و درگاه ترتيبي (پورت سريال34) در درون تراشه خود مي‌باشد و مي‌تواند به تنهايي بر روي ابزارهاي ديگري کنترل اعمال کند. به عبارت ديگر يک ميکروکنترلر، مدار مجتمع کوچکي است که از يک CPU کوچک و اجزاي ديگري نظير نوسان ساز کريستالي، تايمر، درگاه‌هاي ورودي و خروجي آنالوگ و ديجيتال و حافظه تشکيل شده‌است. در واقع يک ريزپردازنده در درون ريزکنترلگر قرار داده شده ‌است که ريزکنترلگر با استفاده از آن مي‌تواند محاسبات منطقي و حسابي را انجام دهد. غالب ميکروکنترلرها از خانواده هاي 8051، AVR و PIC م?باشند. ميکروکنترلر 8051 جزو اولين ميکروکنترلرهايي بود که ساخته شد. اين ميکروکنترلر توسط شرکت بزرگ Intel ساخته شد، اما بعدها Intel اين امکان را به ديگر شرکت ها داد که اين ميکروکنترلر را توليد کرده و روانه بازار کنند. شرکت هاي ديگري هم مانند ATMEL , PHILIPS , SIEMENS , DALLAS و… به توليد اين ميکروکنترلر پرداختند. ميکروکنترلر PIC ميکروکنترلرهاي خيلي قوي هستند که بر اساس بعضي آمار ها بيشترين کاربر را به خود اختصاص داده است. اين ميکروکنترلر ساخت شرکت ميکرو چيپ است که PIC را در مدل هاي متنوع با امکانات مختلف براي کارهاي متفاوت توليد م?کند. اين ميکروکنترلر با مدل هاي مختلف PIC16XXXX و PIC12XXXX که به جاي X اول از چپ به راست حروف C ,X,E,F قرار م?گيرد که هر کدام مفهوم خاصي دارند.
در طراحي سنسور اين پاياننامه از مدل PIC18F877A استفاده کردهايم. اين ميکروکنترلر داراي 40 پايه م?باشد، و داراي کلاک داخلي 20MHz است، حافظه فلش (حافظه اي که برنامه غير قابل تغيير در آن نوشته م?شود) آن 16KWord، تحمل 100000 بار پاک کردن، داراي EEPROM، 32 پايه I/O، ADC 10 بيتي است. ميکروکنترلر PIC18F877A پروتکل RS232 را مستقيماً پشتيباني م?کند (احتياج به ماژول واسط نداريم) [82].
4-2-1-1 انواع روشها و پروتکل هاي ارتباطي بر روي ميکروکنترلر
ارتباط سريال: از انواع پروتکل هاي سريال کاربردي، م?توان به USB، RS232، CAN و I2C اشاره کرد. ارتباط از طريق دو سيم برقرار م?گردد که يک سيم به عنوان فرستنده و سيم ديگر به عنوان گيرنده عمل م?کند و اطلاعات به طور سريال منتقل م?شوند. در اين نوع ارتباط اطلاعات به صورت رشته منتقل م?شوند. در اين حالت امکان اضافه کردن بيت توازن وجود دارد. از امتيازات عمده اين پروتکل امکان ارتباط با کامپيوتر است که فقط با اضافه کردن مداري براي يکسان کردن ولتاژ به راحتي م?توان اطلاعات را به کامپيوتر منتقل کرد. سرعت ارسال و دريافت در اين پروتکل وابسته به لايه سختافزاري است و به پروتکل مربوط نمىشود، به عنوان مثال در RS232 سرعت انتقال مىتواند تا 115200 باشد که در مادربردهاي جديد تا 230k هم مىتواند باشد و در TTL مىتواند به 3 مگا بيت برسد. البته سرعت هر عددي نمىتواند باشد و دستگاه هاي استاندارد سرعت هاي خاصي را پشتيباني م?کنند. داده در اين پروتکل


دیدگاهتان را بنویسید