Ультразвуковые приборы
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
p>4. Разработка функциональной схемы УЗ - прибора
Рисунок 5 - Функциональная схема УЗ - прибора для определения целостности костно-мышечной ткани.
Кнопка SW1 (И) служит для инициализации микроконтроллера. При нажатии кнопки SW3 (Пуск) микроконтроллер начинает вырабатывать импульсы. Г1 генерирует импульсы iастотой 10МГц, которые по одному каналу управляют работой коммутатора, а по другому каналу через 12-разрядный ЦАП, встроенный в микроконтроллер, поступают на вход неинвертирующего усилителя напряжения. Сигналы на входе усилителя напряжения имеют амплитуду 5 В необходимо создать напряжения 15 В для того что бы в дальнейшем подать его на УЗ - датчик. Соответственно коэффициент усиления данного блока:
Затем усиленный по напряжению сигнал поступает на усилитель мощности, т. к. для работы датчика необходимо создать ток 2мА. В качестве усилителя мощности используем эмиттерный повторитель. После этого усиленный сигнал поступает на коммутатор. Коммутатор состоит из 2 микросхем, одна из которых демультиплексор - служит для подачи напряжения на пьезоэлектрические кристаллы датчика без потерь мощности, другая микросхема - мультиплексор - служит для передачи нескольких потоков данных по одному каналу. Сигнал сформированный усилителями, поступает на демультиплексор а затем подается на датчик, который в свою очередь формирует УЗ - волну взаимодействующую с биообъектом. Отраженный от тканей сигнал, потерявший часть мощности через мультиплексор подается на фильтры. Частота отраженного сигнала составляет порядка 9 МГц, поэтому фильтрами выделяем информативную частоту. Частота среза ФНЧ составляет 8,9 МГц, Частота среза ФВЧ составляет 9,1 МГц. В качестве фильтров используем ФНЧ и ФВЧ Баттерворта. С выхода фильтров сигнал разделяется на 2 канала, преобразующие сигнал в необходимую для отображения форму. Один канал строиться на основе фазового детектора и выделяет время задержки сигнала при отражении от биоткани. Фазовый детектор строится на основе элемента "исключающее ИЛИ". Схематично диаграмма работы фазового детектора (ФД) построенного на элементе "исключающее ИЛИ" представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Диаграммы работы ФД на основе элемента "Исключающее ИЛИ"
По другому каналу происходит демодуляция сигнала, для того что бы учесть амплитуду сигнала, отраженного от тела человека. Демодулятор построен на основе схемы ЧМ-демодулятора К174УР3. Отраженный сигнал имеет амплитуду порядка 1 В. Усиливаем этот сигнал не инвертирующим усилителем до 5 В. Коээффициент усиления данного усилителя:
Сигнал с обоих каналов поступает на 8 канальное 12 - разрядное АЦП, встроенный в микроконтроллер.
В микроконтроллере данные обрабатываются в соответствии с определенными алгоритмами, обработанные данные предаются во FLASH -память. А так же через микроконтроллер ЖКИ выводиться на дисплей. Информация с микроконтроллера на ЖКИ микроконтроллер передается по 8 линиям передачи данных и 4 управляющим линиям (сброс, синхронизация, запись, чтение). В микроконтроллере ЖКИ происходит декодирование команд и формирование развертки изображения и записи ее в память, а затем передача через встроенные в микроконтроллер драйверы LSD на дисплей по 64 линиям вертикальной раскладки и 132 линиям горизонтальной раскладки.
Изображение полученное на дисплее можно увеличивать, нажатием клавиши SW9 (Увл.), смешать: вверх нажатием на клавишу SW2, вниз нажатием клавиши SW8, вправо нажатием клавиши SW6, влево нажатием клавиши SW4. Кнопка SW5 (меню) служит для выбора режимов сканирования, методов обработки данных и проведение измерений. С помощью клавиши SW7 (Чт/Зп) можно установить режимы чтения или записи данных. Так же в устройстве предусмотрена возможность подключения устройства позиционирования, через порт D микроконтроллера.
.1 Раiет канала нормализации
Отношение сигнал - шум (задано в техническом задании): =10-3; fcp2=9МГц, как частота отраженного сигнала;
В схеме используется быстродействующий операционный усилитель 1407УД4 с Кocc=107 и полосой пропускания ПП1=104 Гц;
Раiет канала нормализации производится по следующим соотношениям:
(1)
(2)
(3)
(4)
Раiет 1 канала: n=4;
В соответствии с формулой (4), суммарная полоса пропускания1-го канала:
Гц;
Отношение сигнал-шум на выходе ПУ:
;
;
;
Раiет 2 канала: n= 3;
В соответствии с формулой (4), суммарная полоса пропускания2-го канала:
Гц;
Отношение сигнал-шум на выходе ПУ:
;
;
.
,9 МГц< 9МГц ;
;
Так как необходимо 12-разрядное АЦП. [6]
4.2 Раiет объема памяти
Разрешение заданное в техническом задании: 500000 пикселей - 1 изображение. 1 пиксель черно белого экрана, отражающий градации серого, кодируется 1 битом.
Необходимо хранить 3 изображения. Таким образом необходимая память: 3500000=1500000 бит = 0,2 Мбайта. В качества носителя памяти выберем съемную Flash- память фирмы Transcend, объемом 8Mбайт.
5. Разработка и раiет принципиальной схемы
Принципиальная схема представлена в приложении 1.
5.1 Раiет ФНЧ
В качестве ФНЧ используем ФНЧ Баттерворта (Рисунок 7)
Рисунок 7 - ФНЧ Баттерворта
Для выбранного ФНЧ имеем следующие соотношения:
4 = R5 = R;
C2 = 2C1 = 2C;
?с = ;
fс = 9,1 МГц; ?с =2?f = 6.28 9,1 106 = 57,1106;
R = 10 кОм;