Одним из интересных профилей применения современного МК, безусловно, является медицина. Спектр приборов здесь достаточно широк, начиная от простых термометров, где можно применить простой STM8L с ЖК экраном, заканчивая навороченными кардио-мониторами, измерителями ЭКГ, холтерами с возможностями дистанционного сбора и отправки информации по эйзернет или беспроводно с коек пациентов прямо в кабинет глав-врачу. Сегодня мы поговорим о возможности применения МК STM32 при неинвазивном измерении артериального давления осциллометрическим методом. Всех заинтересованных прошу под кат.

Введение

Сегодня «золотым стандартом» измерения артериального давления принято считать метод «тонов Н.С. Короткова», признанный Всемирной Организацией Здравоохранения. Однако не следует забывать, что это косвенный метод измерения кровяного давления. Безусловно, измерение АД происходит с некоторой погрешностью, определяемой упругостью стенок артерии и мягких тканей, амплитудой и формой пульсовой волны и другими факторами, индивидуальными для каждого человека. Если отказаться от округлений и точно использовать цену деления манометра, то мы увидим разницу между соседними измерениями и при пользовании механическим прибором. Считывание показаний манометра на слух также выполняется с некоторой ошибкой, зависящей от индивидуальных особенностей человека - быстроты реакции, наличия навыков и т. д. В итоге погрешность ручных тонометров складывается из трёх составляющих: самого метода, точности манометра и ошибки определения момента считывания показаний. Реально её величина может составлять до 15 мм рт. ст.! На результаты измерений влияет также скорость нагнетания воздуха в манжету, скорость стравливания и величина давления, создаваемого в манжете. Если прибавить ещё и естественные колебания артериального давления, то разница между двумя соседними измерениями может быть ещё большей.

Электронный тонометр, в принципе, должен был быть лишен всех этих недостатков, т.к. измерение тонов происходит с помощью самой-же манжеты, а обработка осуществляется с помощью ряда запатентованных алгоритмов и методик. Однако, практика показывает, что в ряде случаев электронный тонометр дает устойчивое расхождение с показаниями ручного тонометра. Как следствие - на сегодняшний день у людей сложилось стойкое мнение - «электронные тонометры врут - лучше врача со ртутным измерителем давления никто не измерит!» Опыты показали, что большая погрешность измерения вызвана исключительно неумением рядового обывателя пользоваться данным прибором, а именно, правильно одевать манжету. Правильно одетая манжета - залог получения хорошей огибающей тонов Короткова и успешного нахождения характерных точек на огибающей.

Где копать

Литературы по методике нахождения АД по огибающей тонов в интернете достаточно много , , , , . У Freescale есть даже хороший appnote, где популярно описано, как измерять тоны Короткова в манжете. Но! Как именно анализировать полученную огибающую - информации практически нигде нет. Каждый производитель тонометров лепит по-своему, хотя общая методика просматривается четко. Достаточно зайти на freepatentsonline.com и набрать в поиске non invasive blood pressure, и Вы получите достаточно информации чтобы написать заготовку тонометра. Но! Дальше-хуже. Экстрасистолы, артефакты, и другие страшные слова встают на пути к точным результатам осциллометрии…

Сборка измерительного стенда

Если желание собрать свой тонометр всё-же не отпало, то приступим.

… У нас было две манжеты, горстка операционных усилителей, несколько датчиков давления, пара клапанов и микроконтроллер. Единственное что вызывало у меня опасение - это MEMS датчики давления. Я знал, что рано или поздно мы перейдем и на эту дрянь...

Что потребуется для измерителя АД:
1) Плата с МК STM32F1xx (подойдёт STM32 VL Discovery с STM32F100RBT6 на борту);
2) Датчик давления MPXV5050GP (модель взята из Freescale BPM Application Note, в Вашем случае м.б. другая модель);
3) Интегральный ОУ LM358 (LM324) (лучше, конечно, взять рейл-ту-рейловый);
4) Какой-нибудь индикатор - на чем показывать давление (если нет индикатора - можно смотреть результаты в watch при отладке);
5) Помпа с моторчиком от китайского тонометра или груша от бабушкиного тонометра;
6) Если все-таки Вы взяли помпу с моторчиком из тонометра, Вам также понадобится клапан медленного стравливания из того же тонометра;
7) Аварийный клапан (по вкусу - нужен для быстрого стравливания остатков воздуха в манжете после проведения измерения);
8) Манжета тонометрическая;
9) SD карточка с картоприемником (или microSD с адаптером, к которому не жалко подпаяться).

Рисунок 1 - Схема пневмотракта для измерения АД

Давайте попытаемся разобраться в том, что мы сейчас только-что собрали. Пневмо-схема очень простая. Помпа служит для накачки манжеты, после чего воздух начинает медленно стравливаться нерегулируемым клапаном с очень маленьким отверстием. При этом следует учесть, что аварийный клапан должен быть закрыт - иначе Вы ничего не накачаете! По завершению измерения давления, можно открыть аварийный клапан и быстро стравить остаточное давление в манжете.

Далее необходимо собрать электрическую схему для управления нашим пневмотрактом. Схема состоит из узла выделения тонов Короткова, узла управления помпой и узла управления клапаном аварийного стравливания. Схемы управления помпой и клапаном очень простые и состоят, фактически из одного NPN транзистора (каждая), которые управляются логическим уровнем микроконтроллера (… любой GPIO). Остановимся поподробнее на схеме выделения тонов по Короткову. Схема реализована на ОУ общего применения LM358, и представляет собой усилитель с полосовым фильтром. Задача данного каскада изолировать постоянную составляющую и выделить т.н. тоны Короткова - пульсации крови в артерии при сокращении сердечной мышцы. Т.о. на аналоговые входы микроконтроллера подаются сигналы непосредственно с аналогового датчика давления и сигнал, выделенный ОУ. Подведём итог: сигнал с датчика давления состоит из «биений» и постоянной составляющей давления в манжете. Т.о. на первый канал АЦП МК мы подаем медленно стравливаемое давление в манжете, операционным усилителем вылавливаем переменную составляющую тонов Короткова и подаем их на другой канал АЦП МК.

Рисунок 2 - Электрическая принципиальная схема измерительной части и управления

На рисунках 3 и 4 приведены осциллограммы на выходах, непосредственно с датчика давления (Рис.3) и на выходе выделяющего ОУ (Рис.4). На рисунке 4 стрелочками показаны «характерные» точки на огибающей тонов Короткова. SBP - Systollic Blood Pressure - Систолическое АД (верхнее давление), MBP - Mean Blood Pressure - среднее давление в артерии, DBP - Dyastollic Blood Pressure - Диастоллическое АД (нижнее давление). О том, как найти эти точки, а значит, определить АД речь пойдёт позже.

Рисунок 3 - Напряжение на выходе датчика давления (цикл накачки воздуха, цикл стравливания)

Рисунок 4 - Напряжение на выходе ОУ. Выделенные тоны по Короткову

Подведём итог. Мы собрали пневмотракт, изготовили электронику для его обслуживания. В следующей части мы поговорим о том, как подключить к этому всему МК с дисплеем и SD картой и начать «слушать» предплечье. Результатом должны стать данные на SD карте, которые мы визуализируем в Excel и попытаемся обработать с помощью простейших алгоритмов расчёта АД.

Рисунок 5 - Данные с датчиков, записанные на SD карту в ходе измерения

На рисунке 5 видно:
- в данном варианте реализации, стравливание у меня ступенчатое;
- тоны Короткова (пулсации давления в манжете) записываюся полностью.
- на лету вычисляется максимальная амплитуда тонов Короткова.

Почему именно ступенчатое стравливание? Дело в том, что при ступенчатом стравливании мы получаем кучу бонусов по измерению. Например, мы можем измерять два тона за одну ступень значения давления в манжете, т.о. фильтруя экстра систолы. Либо, при проблемности полученной огибающей, докачать до интересующего нас участка и померить тоны на нем повторно. Это уже фитча кардиомониторов. Можно вообще реализовать измерение на восходящем участке давления в манжете (накачке):

1) Закрыть клапан;
2) Сделать донакачку на 50 единиц;
3) Померить тоны Короткова;
4) На пункт 2, пока не промеряем всю огибающую, иначе на пункт 5;
5) Произвести вычисления SBP, DBP, исходя из параметров огибающей
6) Вывести результат.

Рисунок 6 - Результат вычисления значений SBP и DBP

Пояснения к рисунку 6:
1) Ряд 1 - сигнал непосредственно с датчика давления - уровень давления в манжете (фаза медленного стравливания);
2) Ряд 2 - Рассчитанное Систолическое значение АД;
3) Ряд 3 - Рассчитанное Диастолическое значение АД;
4) Ряд 4 - Огибающая тонов Короткова (не сами тоны, а значения амплитуд пиков).

В ходе многочисленных экспериментов (которые длятся и по сей день) выяснилось, что вычисление значения пика тона Короткова является ключевым во всём цикле измерения АД. Чем лучше измеришь огибающую - тем точнее узнаешь значение АД.

Приведу немного видеороликов, поясняющих весь процесс. На всех видео фигурирует прибор, к которому подключен разрабатываемый тонометр - «симулятор человека с заданным артериальным давлением». Давление можно выбирать из пресетов. Затем прибор имитирует сердцебиения (тоны Короткова), а тонометр измеряет огибающую. На втором видео (Part 2) я прогнал тонометр по всем основным режимам симулятора. При гипертонии алгоритм делает донакачку, всё как положено! На третьем видео (Part 3) представлен цикл измерения на реальном человеке (на мне).

Видео 1 - Симулятор пациента, тоны Короткова на осциллографе

Видео 2 - Прогон тонометра по всем пределам АД на симуляторе

Видео 3 - Измерение АД на человеке

Литература:

Oscillometric blood pressure monitor and method employing non-uniform pressure decrementing steps. (US Patent № US5170795);
Determination of oscillometric blood pressure by linear approximation. (US Patent № US5577508);
Method and apparatus for measuring blood pressure by the oscillometric technique. (US Patent № US6719703);
Oscillometric determination of blood pressure. (US Patent № US6893403);
Oscillometric determination of blood pressure. (US Patent № US7311669).

На сегодняшний день чаще всего давление измеряют электронными
тонометрами. Они удобны, просты в работе, и для работы с ними не нужен
острый слух. Как устроен тонометр? Давайте разберем и посмотрим.

Электронные тонометры удобны, просты в работе, и для работы с ними не нужен острый слух.

На данном виде считаем нужным акцентировать внимание на двух вещах.

Первое. При изучении работы прибора бывают очень полезны надписи
на печатных платах. Обратите внимание на выноску в правом нижнем углу.
На плате рядом с контактными площадками написано Valve 2. Valve на
английском означает «вентиль». Следовательно катушка, припаянная к этим
контактам является вентилем.

Второе касается деталей. На микросхеме (выноска справа в
середине) нанесено названием фирмы, выпустившей тонометр, это означает,
что микросхема специализированная, и изготовлена по спецзаказу, и
следовательно где то использовать ее не получится, да и заказать для
замены невозможно.

Вся пневматика тонометра отчетливо видна. В нижней половине
корпуса цилиндр – компрессор. Воздух, нагнетаемый компрессором в
систему трубок, попадает в датчик давления, вентиль, дроссель и штуцер.

Принцип работы тонометра такой. После включения компрессор
начинает заполнять воздухом манжету. Так как производительность
компрессора во много раз превышает скорость стравливания воздуха через
дроссель, то давлении в манжете растет. Давления постоянно измеряется
датчиком (находится на печатной плате), и как только достигает
определенной величины (например 170 мм. рт. ст.) компрессор
отключается. Давление постепенно падает, так как воздух стравливается
через дроссель. Когда давление сравнивается с величиной «верхнего»
давления в сосудах человека – в пневмосистеме появляются пульсации
давления, с частотой сердечных сокращений. Эти пульсации фиксируются
датчиком давления. Когда давление опускается ниже «нижнего» давления,
пульсации прекращаются. Электроника фиксирует давление, после которого
пропали пульсации. После фиксации «нижнего» давления подается
напряжение на электромагнитный клапан и остатки воздуха из манжеты
очень быстро уходят через открытый клапан. После чего тонометр
показывает результат.

Очень интересной конструкции дроссель:

Для того что бы обеспечить приемлемую величину дросселирования
потока нужно сделать маленькое отверстие. Технологическое оборудование
для создания ровных малых отверстий довольно сложно и дорого, поэтому
производитель решил проблему просто и изящно. Трубочка кончается
пробкой из силикона. В пробке сделана прорезь, а что бы прорезь не
закрывалась,в нее вставлен кусочек тоненькой проволоки. На фотографии
слева проволочка показана с двух ракурсов.

Компрессор:

Принцип действия компрессора ничем не отличается от принципа
действия аквариумного компрессора, только поступательное движение
создается не рычагом с электромагнитом, а системой из колеса и рычага.
Вал вращается, и вращение преобразуется через рычаг, закрепленный на
краю круга, в раскачивание Y образной детали (незнаю как назвать),
которая попеременно сжимает 3 резиновые камеры с клапанами.

Сердечные болезни входят в тройку самых распространенных недугов мира. Ненормальное артериальное давление – верный признак развития проблем с главным жизненным органом.

Первоклассным средством для выявления и предупреждения сердечных заболеваний является тонометр. У каждого медицинского аппарата – своя «биография» и особенности. Далее мы рассмотрим , а также их виды и особенности выбора.

• Тонометр: взгляд в историю и востребованность
• Устройство и принцип работы тонометра

Прибор работал на основе ртути. Посредством канюли он вводился в артерию, что позволяло определить АД в реальных условиях.

Неинвазивный (без непосредственного проникновения в ткани) способ вышел в свет только спустя почти 30 лет. Немецкий врач Карл фон Фирордт изобрел специальный прибор, названный впоследствии сфигмографом, в 1854 году. Технология стремительно набрала популярность и авторитет в медицинском сообществе.

Изначально давление измеряли у животных. Про человека вспомнили лишь в 1856 году, когда известный хирург Фавр во время проведения операции подсоединил прибор к артерии человека.

Известный всему миру классический тонометр появился в 1905 году после доклада Николая Короткова - великого российского хирурга.

В 1965 году врач Сеймур Лондон усовершенствовал изобретение Короткова и выпустил автоматическую разновидность, которая вошла в медицинский обиход параллельно с традиционной моделью.

В настоящее время востребованность приспособления трудно переоценить. Статистика красноречиво свидетельствует: более чем у половины населения Земли повышенное давление. Сердечно-сосудистые заболевания стали настоящим бичом современности. Они «молодеют»: все чаще от недугов сердца страдают молодые люди. Не обошла напасть и страны СНГ. Отсюда и потребность в своевременном выявлении болезней. Прибор традиционно входит в арсенал первой необходимости пожилых людей и лиц, страдающих сердечными недугами.

Устройство и принцип работы тонометра

Все измерители можно разделить на два больших класса:

• Механические. Традиционные модели. Состоят из манжеты (специального ремешка), нагнетателя воздуха (так называемой груши), стетоскопа и манометра.
• Автоматические. Производятся на основе современных технологий. Состоят из электронной начинки и манжеты.

Существуют так называемые полуавтоматические тонометры. Самостоятельного значения они не имеют, так как представляют собой своеобразную комбинацию из существующих классов.

Механические разновидности используются до сих пор.

Огромная популярность возникла благодаря простой и неприхотливой конструкции аппарата. Особенности устройства механических тонометров:

• Большой диапазон манжет. Встречаются «рукава» как для людей пожилого возраста, так и для детей.
• Нагнетатель (груша) имеет два клапана: обратный и сбросовый. Первый держит воздух в манжете, последний высвобождает его.
• Стетоскоп представляет собой резиновую трубку и предназначается для прослушивания сердечных тонов.
• Манометр отображает данные на дисплее. Движущаяся стрелка указывает на существующее артериальное давление.

Принцип работы механического тонометра: «рукав» сдавливает воздух, который постепенно нагнетается грушей. В это время с помощью стетоскопа прослушиваются ритмы сердца. Результат отобразится на экране устройства.

Традиционный участок для измерения – плечо. Никто не запрещает определять давление в других местах, но именно на плече фиксируются точные и стабильные данные.

Автоматический тонометр – более технологичный вариант измерения артериального давления. Особенности устройства:

• Отсутствие нагнетателя воздуха (груши). Присутствует только манжета и электронный блок.
• Оборудование может хранить информацию о предыдущих измерениях.
• Одна кнопка на манометре запускает весь процесс.
• Наличие дополнительных возможностей. Автоматические измерители могут измерять индикатор положения тела, аритмии и другие показатели.

Давление измеряется посредством осциллометрического метода. Принцип действия: воздух в манжету постепенно накачивается и сбрасывается специальным компрессором.

Прибор отслеживает колебания воздуха в манжете, которые возникают из-за потока крови на пережатом участке. Колебания преобразуются в сигналы, которые переводятся в цифровые значения на дисплее.

Выбор тонометра - механический или автоматический

Достоинства механических измерителей:

• Точность. Аппараты с высокой степенью достоверности определяют артериальное давление. «Механику» часто можно встретить в медицинских учреждениях.
• Неприхотливость. Нет нужды в подзарядке и смене батареек. Могут возникнуть проблемы с грушей, но элемент можно легко заменить другим.
• Привычность. Классические модели известны практически каждому.
• Дешевизна. Покупка не требует больших вложений.

Из недостатков можно выделить сложность измерения. Пожилым людям порой трудно разобраться с принципом работы прибора, а показания движущейся стрелки зачастую просто нечитабельны для людей с плохим зрением. Также требуется приложить некоторые усилия для измерения: грушу необходимо сжимать для нагнетания воздуха в манжете.

Преимущества автоматических моделей:

• Удобство использования. Все, что требуется от человека – надеть манжету и нажать на кнопку. Прибор проведет измерение самостоятельно.
• Интуитивно понятный интерфейс. Производители работают в угоду потребителям.
• Разнообразие. Рынок изобилует десятками моделей с любыми конфигурациями.
• Цифровой дисплей. Показатели отображаются ясно и четко. Нет никаких стрелок. Автоматический аппарат идеально подойдет людям с плохим зрением.

Из недостатков: необходимость в подзарядке и дороговизна. Электронный блок придется со временем подзаряжать. С высокой ценой связан один интересный парадокс: нескромные ценники должны отталкивать целевую аудиторию, представленную пожилыми людьми.

На деле существует обратная закономерность: автоматические модели как раз приобретают лица старческого возраста из-за простоты и понятности использования. Механические же разновидности используются в основном врачами.

Лучшего варианта не существует. Человек отдает предпочтение тому, что привычно. На рынке имеется богатый ассортимент медицинских приспособлений с различными настройками и функциями. Можно легко подобрать нужный прибор.

Тонометр – устройство, которое стоит на службе у человечества уже несколько сотен лет. Времена меняются, но сердечные недуги остаются прежними. Выявление и предупреждение возможных заболеваний, связанных с сердцем и сосудами – первоочередная задача такого эффективного прибора, как тонометр.

Правильно выбрать автоматический тонометр - задача, которую перед собой ставит каждый человек. Их выбирают не только для себя, но и для своих родных и близких в надежде, что качественный измерительный прибор станет надежным помощников в контроле за гипертонией, сердечно-сосудистыми заболеваниями. Тонометры автоматические имеют как положительные, так и отрицательные характеристики. Преимущество - в использовании высоких технологий и упрощении процесса измерения, недостаток - высокая стоимость относительно других видов приборов.

Преимущества и недостатки разных видов тонометра

Во время измерения артериального давления механическим тонометром необходимо слушать шумы стетоскопом, а это требует хорошего слуха и практики. Полуавтоматические тонометры удобны тем, что фиксирует показания автоматика. Задача человека в этом случае - нагнетать воздух в манжету, используя ручной насос или грушу. Электронная часть измерительного прибора не просто фиксирует, а и выводит данные измерений на монитор. Дополнительная способность измерять ритм сердечных сокращений позволяет выявить первые признаки аритмии. Информацию об этом аппарат выводит на экран

Автоматический тонометр выполняет всю работу сам. Он с помощью компрессора накачивает манжету, а датчики фиксируют и анализируют показания, выводят их на экран. Эта сторона работы автоматических тонометров и делает их менее предпочтительными в выборе - стоимость более высока, а компрессор может сломаться и его трудно заменить. Устройство работает как от сети с помощью сетевых адаптеров, так и от батареек. Способ питания также влияет на стоимость измерительного прибора.

Вернуться к оглавлению

Принцип работы автоматического тонометра для измерения давления

Тонометр необходимо закрепить выше локтя и включить аппарат.

Меряют давление автоматическим тонометром на плече или кисти. Такие измерительные приборы делают плечевыми и пульсовыми. Плечевой тонометр размещают на руке выше линии сгиба, а пульсовой - на внутренней стороне руки, возле кисти. Задача человека сводится к фиксации манжеты и нажатию кнопки начала измерения. Электроника запускает компрессор для наполнения манжеты воздухом, а датчики считывают показания и выводят на экран. Встроенная память хранит определенное число измерений, что позволяет увидеть картину и динамику показателей АД. Использование передовых технологий (MAM, PAD) расширяет возможности автоматики. Всю информацию показывает LED экран

Принцип работы автоматического электронного тонометра - полная автоматизация всего процесса измерения артериального давления, от накачивания воздуха в манжету до вывода данных на экран.

Вернуться к оглавлению

Что учитывают при выборе автоматического тонометра?

Вне зависимости от причины, побудившей к выбору (человек перешагнул 50- летний рубеж и обеспокоен состоянием своего здоровья; уже поставлен диагноз «артериальная гипертензия»), выбор автоматического тонометра определяется следующими параметрами:

• марка, производитель;
• принцип работы компрессора;
• материалы компонентов;
• способы питания прибора;
• простота измерений;
• дополнительные функции.

Вернуться к оглавлению

Нагнетатель

В качестве нагнетателя воздуха в автоматических моделях используют компрессор. Он нагнетает и стравливает воздух автоматически. Устройство с технологией Real fuzzy позволяет наиболее комфортно производить измерение. Технология ограничивает уровень давления в манжете, что минимизирует дискомфорт. В то же время точность определения АД повышается.

Вернуться к оглавлению

Манжета тонометра

Состоит из внутренней, прорезиненной части, а также наружного покрытия (натурального или синтетического) и фиксатора, застежки-липучки. Производители предлагают приобрести манжеты с конкретными размерами (18-22, 22-32, 32-45 см). Универсальная манжета подходит многим пользователям, ее размер - 25-45 см. Для более комфортной эксплуатации на манжету нанесены метки с обозначением размера. Удобно пользоваться сменной манжетой, если несколько человек в семье постоянно применяют прибор. Некоторые модели (например, автомат OMRON М3 Эксперт) оснащены индикатором правильной фиксации (когда все сделано верно, индикатор на дисплее горит зеленым)

Вернуться к оглавлению

Технология измерений

Источником питания могут быть батарейки или при помощи адаптера.

Каждый производитель ведет борьбу за покупателя, поэтому приборы совершенствуются, а тонометр как просто измеритель артериального давления изживает себя. Использование новых технологий позволяет:

• повысить качество замеров, производя в течение 2 минут до 3-х измерений, анализируя данные и определяя среднее значение (технология MAM);
• обнаружить изменение сердечного ритма, аритмию (технология PAD);
• дать точные цифры артериального давления при аритмии (3 Check);
• влиять на функционирование компрессора, создавая оптимальное давление в манжете (Intellisense).

Вернуться к оглавлению

Источники питания

Источник питания автоматических тонометров: батарейки или питание от сети с помощью адаптера. Преимущество последнего - в точности измерений, устройство не «садится» в самый ответственный момент. Недостаток - необходимость быть рядом с источниками питания и отсутствие мобильности. В таком случае сетевой адаптер заменят батарейки размером АА в количестве 4 штук.

Вернуться к оглавлению

Дополнительные функции

Кроме возможности измерения и вывода на экран показателей верхнего и нижнего артериального давления, пульса, автоматический прибор для измерения давления способен анализировать частоту биения сердца и сигнализировать о нарушениях. Многие фирмы-изготовители в качестве дополнительной функции предлагают:

• возможность фиксировать показания для нескольких человек (это удобно для супружеской пары),
• отразить уровень артериального давления согласно шкале ВОЗ.

Вернуться к оглавлению

Марки аппаратов хорошего качества

Японский производитель Omron - показатель качества, точности, но продукция отличается и высокой стоимостью.

Совместно с США Япония выпускает и другую марку автоматических тонометров - AND. Не менее достойны изделия швейцарской марки Microlife. Они - классический образец оптимального соотношения цена/качество. Великобритания выпускает электронный тонометр с функцией трехкратного измерения B. Well WA-55. Лучшие тонометры немецкого производства - фирм Baurer, Hartmann. Они разработаны для потребителей с разным уровнем доходов. Электрический тонометр Vega VA 350 (Китай) относится к более низкой ценовой категории, доступной широкому кругу потребителей.

Артериальное давление – один из важнейших показателей здоровья человека. Если оно часто повышается, то это уже заболевание, а большое превышение нормы несет опасность для жизни. Почти половина человечества страдает гипертонией - требуется постоянно контролировать давление. Поэтому так важно иметь под рукой тонометр. Разберемся, какие виды тонометров удобны в применении и как выбрать самый лучший и недорогой.

Какие тонометры бывают

Тонометр – это специальный прибор для замера кровяного давления. Показатели высвечиваются сразу и дают полную информацию об уровне давления крови и ритма сердца. Любые отклонения от нормы проявляются неприятными симптомами: головной болью, тошнотой, головокружением.

Современный рынок радует различными приборами для измерения рассматриваемых показателей. Различаются они набором выполняемых функций, точностью показаний, габаритами и стоимостью.

Существует два вида аппаратов: механические и электронные. Первые подразделяются на полуавтоматические и автоматические. Полностью автоматизированные приборы делятся на два подвида: крепление на плече и на запястье. Все они различаются по виду и порядку измерения, также имеют плюсы и минусы. Но самыми точными и надежными считаются автоматические модели. Для домашнего применения можно приобрести любую из них, важно учитывать функциональность прибора, его стоимость и надежность.

Устройство механического тонометра и принцип работы

Механические устройства подразделяются на ртутные манометры и мембранные.

Как работает ртутный манометр?

Ртутный манометр

Самым первым прибором для замера показателей был ртутный механический. В настоящее время его практически не применяют. Но он считается самым точным прибором, измеряющим кровяное давление. От современных отличается наличием ртутной шкалы. Ее столбик поднимается до нужного числа – это и есть кровяное давление. Остальные приспособления не отличаются от современных: манжета, крепящаяся на плече, помпа для подачи воздуха, фонендоскоп для улавливания тонов. Устройство небезопасно – при неосторожном движении, шкала с ртутью может выпасть и разбиться, а ядовитая жидкость растечься по полу. Поэтому этот прибор перестали применять.

Как работает механический мембранный тонометр?

Его работа обусловлена наличием чувствительной детали – мембраны. Это гибкая пластина, которая прогибается под давлением и под действием дополнительных механизмов двигает стрелку на шкале манометра. Аппарат довольно точно отображает показатель состояния здоровья, безопасен и имеет широкий круг применения. Он считается профессиональным тонометром, им оснащены все лечебные учреждения. Для правильного использования необходимы навыки, им обучен медицинский персонал. Дома, самостоятельно трудно замерить давление, главная сложность заключается в прослушивании тонов.

Механический тонометр

Порядок замера выглядит следующим образом:

1. Установить манжету на предплечье, немного выше сгиба локтя.
2. Фонендоскоп поместить на сосуд в районе сгиба.
3. Заполнить воздухом манжету с помощью груши.
4. Выпуская постепенно воздух из манжеты специальным клапаном, слушать тоны и смотреть на стрелку.
5. Первые «стуки» – это систолическое давление.
6. Завершающие – диастолический показатель.

Современные производители упрощают устройство прибора. Есть модели со вставленным фонендоскопом в манжету. А у некоторых груша объединена со шкалой.

Достоинства механического тонометра перечисляются следующими факторами:

• невысокая стоимость;
• высокая точность измерения;
• простое устройство и долговечность применения.

К недостаткам прибора можно отнести:

• для измерения требуются особые навыки, тонкий слух и хорошее зрение;
• сложно замерить без помощи извне, иначе показатели будут искажены;
• нет дополнительных функций.

Для домашнего применения лучше приобрести другой вид тонометра.

Об электронных устройствах

Электронные приборы подразделяются на полуавтоматы и автоматические. Схожий принцип работы, но имеется отличие в использовании.

Как работает полуавтоматический тонометр?

Полуавтоматический тонометр

Данный вид прибора также имеет грушу и манжет, но вместо шкалы – электронный экран и кнопки для управления. Он довольно схож с механическим аппаратом, но более прост в работе. Грушей требуется заполнить манжету воздухом, а потом дождаться момента, пока тонометр сам переработает сигналы и выдаст на табло показатели крупными цифрами.

Тонометр работает от электрической сети или на батарейках. Аппарат компактен, довольно точен в показаниях и оснащен дополнительными функциями.

Плюсы прибора заключаются в следующих особенностях:

• неплохая точность, погрешность до 3 мм рт. ст;
• средняя стоимость;
• не нужно прислушиваться к «стукам» и следить за стрелкой манометра;
• компактный, его удобно возить с собой;
• в нем мало электроники и снижен риск поломок;
• оснащен такими функциями, как определение ритма сердца, способен запоминать время предыдущего замера.

Есть у прибора и отрицательные стороны:

• подача воздуха грушей повышает риск искажений в замерах, особенно тяжело это дается людям преклонного возраста;
• присутствует потребность в замене батареек, их разрядка обычно случается в неподходящее время;
• случаются и поломки, требующие ремонта в мастерской.

Но он все равно самый востребованный тонометр, используемый в быту.

Электронный тонометр: каковы его принципы работы?

Это самый дорогой прибор из всех видов тонометров. В комплект входят манжета и соединенное с ней электронное устройство. Как только надевается манжета на предплечье и нажимается кнопка, электронасос, встроенный в прибор, накачивает в нее воздух. Весь процесс замера проходит автоматически, датчики обрабатывают показатели и выдают их в цифровом изображении на экран дисплея. Тонометры довольно хрупкие и требуют бережного обращения. Удобны в применении и имеют небольшие размеры. Не нужно просить помощи извне, а просто сесть удобно и расслабиться. Работать может от сети или батареек.

Автоматический тонометр

Плюсы электронного тонометра:

• им можно измерить артериальное давление правильно, снизив риск неправильных показаний;
• погрешность измерения – 3-5 мм рт. ст;
• процедура довольно проста и доступна пожилым людям;
• малогабаритный прибор.

Но у новейшей модели тонометров имеются и минусы:

• высокая стоимость;
• наличие погрешности;
• небольшой срок службы.

У новых моделей тонометров-автоматов есть много различных функций, позволяющих отслеживать не только давление. Необходимо перечислить только самые популярные и распространенные:

• прибор напоминает о времени предыдущего пользования;
• наличие индикатора аритмии;
• наличие индикатора правильности закрепления манжеты;
• показывает усредненный результат нескольких замеров;
• автоматически отключается после окончания работы.

Есть и иные функции, такие как календарь, часы, индикаторы накачивания манжеты воздухом и многие другие.

Электронный тонометр с установкой на запястье

Среди электронных тонометров имеется модель, замеряющая давление на запястье. Этот прибор не имеет манжеты, а просто закрепляется в районе запястья, на экране выводятся показатели. Чтобы они были точными, закрепив прибор на месте, нужно сесть и расслабиться, держать руку с тонометром на уровне груди.

Устройство на запястье

Данная модель укорачивает время измерения давления и идеально подходит спортсменам, потому что они могут контролировать показатели во время тренировок. Правда имеется недостаток – это высокая погрешность во время выполнения упражнений. Медики рекомендуют использовать данную модель людям до 40 лет. У старшего поколения сосуды изнашиваются и, особенно в области запястий, что снижает достоверность измерений.

Плюсы запястного тонометра:

• небольшой вес и габариты, его можно носить с собою везде и всегда;
• простота в работе, не нужно даже раздеваться;
• возможность делать замеры в любом месте и даже на бегу;
• не нужно подбирать манжету;
• имеет много функций, доступных обычному тонометру-автомату.

Минусы запястного тонометра:

• есть ограничения в применении по возрасту;
• очень хрупкий прибор, требует бережного применения;
• при движении показывает результаты с большой погрешностью;
• высокая цена.

Покупая данный вид прибора, необходимо учитывать перечисленные недостатки и ограничения.

Как выбрать самый лучший

Зная, какие бывают тонометры для измерения кровяного давления, все их достоинства и отрицательные стороны, можно довольно легко подобрать прибор, чтобы использовать дома. Прежде чем осуществить покупку, необходимо знать некоторые нюансы:

• Какие заболевания имеет больной. От этого зависит частота применения прибора и его адаптированность к болезни.
• Может ли больной научиться применять приборы разного вида.
• Ценовая политика.

Важно предварительно определиться, какой аппарат вам нужен: по принципу работы или по месту установки. Покупать тонометр лучше в аптеке или специальном магазине медтехники. Сначала нужно проверить, есть ли инструкции на родном языке, гарантийный талон, отметка о проведенной поверке.

Также требуется осмотреть аппарат на качество сборки, как подогнаны все детали, легкость в открывании-закрывании отсека для батареек. Проверить все дополнительные функции, попросить продавца-консультанта сделать настройки.

Механический тонометр гарантирует точность измерения давления и имеет невысокую стоимость, но работать с ним должен человек, с хорошим слухом и способный научиться обращаться с прибором. Людям пожилого возраста, которые сами контролируют свое состояние, подойдет только автоматический тонометр. Он все делает сам, не требуется даже тратить силы на накачивание манжеты. Если у больного был инсульт или инфаркт, есть аритмия, у него должна иметься функция интеллектуальной чувствительности.

Самые покупаемые марки

Самые востребованные марки тонометров для измерения артериального давления производятся в многопрофильной корпорации Японии Omron, компанией AND и японской торговой маркой, работающей в сфере высоких технологий Citizen. Также большую востребованность имеют тонометры швейцарской корпорации Microlife и американской компании Meditech. Пользуются спросом и фирмы: японская – Nissei и английская – B. Well.

Список популярных марок

Среди наиболее популярных механических моделей выделяют:

• WM-61, B. Well – хорошая точность и качество манометра. Цена невысокая – 780 рублей.

Механический тонометр модели WM-61, B. Well

• Microlife BP AG 1-40 – большой манометр и размер манжеты. Имеет высокую точность показаний. Стоимость доступная – 1890 рублей.

Тонометр модели Microlife BP AG 1-40

• Ri-Can 141 – улучшенная модель для индивидуального использования. Обеспечивает максимальную точность. Цена высокая – 5950 рублей.

Среди полуавтоматических:

• Microlife BP N1Basic – улучшенное качество и точность исследуемых результатов. Цена невысокая – 1450 рублей.
• Omron S1 – надежный прибор, со множественными функциями. Средняя цена – 1640 рублей.

Полуавтоматическая модель Omron S1

• B. Well WA-22H – отличная точность и качество сборки, улучшенный дизайн, дополнительные удобства в дизайне. Невысокая цена – 1690 рублей.

Модель тонометра B. Well WA-22H

Лучшие автоматические модели:

• Microlife BP A2 Basic – качественный универсальный аппарат для всей семьи. Цена средняя – около 3 тысяч рублей. Обладает многочисленными функциями.
• Omron M2 Basic с адаптером – достоверность показаний и комфорт при работе. Им можно измерить показатели один раз, и это будет верный результат. Средняя стоимость – 2450 рублей.

Omron M2 Basic с адаптером

Кардиологи советуют, тем, кому за 40, лучше будет приобрести тонометр полуавтомат или автомат с закреплением манжеты на плечо. Молодым можно измерить давление и запястным аппаратом.

Приобретать подходящий тонометр для индивидуального применения нужно с учетом всех особенностей человека, его болезней, возраста, потребности в различных функциях. Особенно требуется прибор больным гипертонией и перенесшим инсульт, чтобы вести контроль за давлением и не допускать осложнений.

Для измерения артериального давления манжету располагают на плечевой части левой руки на уровне сердца и нагнетают в манжету воздух до тех пор, пока его давление не будет больше предполагаемого систолического (верхнего) давления пациента на 30-40 мм ртутного столба. Затем прикладывают стетоскоп к внутренней части локтевого сгиба и начинают выпускать воздух из манжеты. В тот момент, когда давление воздуха в манжете достигнет систолического давления, в стетоскопе начинают прослушиваться характерные шумы (тоны Короткова). Момент окончания шумов (у детей - резкого их ослабления) соответствует диастолическому давлению. Принцип работы прибора очевиден: когда давление в манжете превышает давление крови, манжета пережимает артерию, ток крови приостанавливается. При снижении давления в манжете, артерия приоткрывается, ток крови по артерии возобновляется. При малом просвете артерии завихрения крови создают те самые шумы Короткова. Когда артерия полностью открыта, шумы исчезают. Автоматические (осциллометрические) сфигмоманометры не требуют использования стетоскопа. Их электронная схема регистрирует колебания давления воздуха в манжете (осцилляции) и трансформирует их в цифровые значения.

Точность измерения давления сфигмоманометром зависит от скорости стравливания воздуха из манжеты. Чтобы получить максимально точный результат не следует выпускать воздух из манжеты слишком быстро или слишком медленно. Рекомендованная скорость стравливания воздуха - 2 мм рт. ст. в секунду.

Давление крови - важнейший показатель здоровья человека, отклонение от нормы является симптомом заболевания, а превышение - опасно для жизни. Половина людей старше 70 лет страдает от гипертонии, им необходимо регулярно измерять величину артериального давления и вести записи для лечащего врача. Эти действия довольно сложны, поэтому для пожилых родственников рекомендуется приобретать автоматические тонометры. Какие бывают измерители давления, как выбрать самый лучший и не заплатить лишнего, и как правильно измерять этим предметом давление?

Преимущества автоматического тонометра

Механический метод измерения

Метод измерения артериального давления, которым терапевты пользуются вот уже более 100 лет, предложил в 1905 году русский хирург Н.С. Коротков. На руку пациенту доктор надевает надувную манжету и накачивает её резиновой грушей, с укреплённым на ней манометром. Затем врач медленно стравливает воздух, одновременно слушая сердечный ритм стетоскопом. По появлению сердцебиения терапевт определяет систолическое (верхнее), а по его пропаданию - диастолическое (нижнее) давление. Такой механический метод измерения носит имя доктора Короткова, официально утверждён ВОЗ и считается самым точным.

Недостаток механического метода: измерения должен выполнять профессионал с большим опытом. Самостоятельно измерить артериальное давление сфигмоманометром нелегко, тем более пожилым людям. Нужно правильно накачать манжету, аккуратно стравить воздух и вовремя услышать нужные звуки.

Полуавтоматический метод измерения

Чтобы упростить пациентам процедуру, инженеры создали полуавтоматические тонометры. В них есть такая же манжета и ручной насос, только тоны сердца «слушает» не чуткое ухо врача, а электронная схема. Показания обрабатывает компьютер, результаты показывает экран индикатора.

Достоинства полуавтоматического прибора:

• пациент может измерять давление самостоятельно;
• не нужен стетоскоп, человеку не требуется хороший слух;
• нет аналогового манометра, не требуется острое зрение;
• нет электрического воздушного насоса, батареи прослужат долго;
• полуавтоматический прибор стоит дешевле, чем автоматический.

Недостатки полуавтоматического тонометра:

• воздух в манжету нагнетает сам пациент ручной грушей;
• человек может превысить давление или неравномерно стравливать воздух - это влияет на точность измерений;
• пожилым людям, особенно с заболеваниями конечностей, трудно манипулировать насосом.

Для пожилых родственников, нуждающихся в регулярном контроле артериального давления, приобретите автоматический тонометр.

Давление определяет автоматика

Чтобы избавиться от недостатков полуавтоматических тонометров, конструкторы создали однокнопочное устройство. Пациенту нужно только правильно надеть манжету и нажать клавишу. Электроника надует манжету до заданного уровня, стравит воздух, определит сердечные тоны, измерит давление и покажет частоту сердечных сокращений.

Достоинство автоматического тонометра: полностью автоматическое измерение артериального давления и других показателей. Недостаток: высокая цена.

На что обратить внимание, выбирая автоматический тонометр

Размер руки

Прежде чем отправляться в магазин, измерьте длину окружности руки пользователя посредине между локтевым суставом и плечом.

По этому параметру манжеты для тонометров выпускаются следующих основных типоразмеров:

• 18–22 мм (S) - маленькие манжеты, подходят для детей;
• 22–32 мм (M) - манжеты стандартного размера, подходят для большинства пациентов;
• 32–45 мм (L) - большие манжеты, нужны для спортсменов или полных людей;
• 45–52 мм (XL) - очень большие, требуются для людей, страдающих ожирением.

Выбирайте тонометр с манжетой подходящего размера - производитель указывает её параметры в характеристиках.

Внимание! Слишком свободная или тугая манжета исказит измерения.

Если у вас дома тонометром пользуются люди разных комплекций, ищите модели со сменными манжетами, или выберите прибор с универсальной манжетой, 22–45 мм.

Симптомы аритмии

Аритмия, или нарушение сердечного ритма, встречается у 70% людей старше 50 лет. Пропуск такта или внеочередные сокращения сердечной мышцы влияют на точность измерения давления, поэтому автоматический тонометр должен уметь определять аритмию.

Если вам или вашим родственникам больше 50 лет, рекомендуется приобрести тонометр с датчиком аритмии.

Автоматический тонометр, учитывающий возможную аритмию, следит за пульсом пациента и выполняет повторные измерения в моменты стабильного пульса. Если прибор выявил аритмию, на экране прибора появляется мигающий значок в виде сердца.

Если в процессе измерения давления значок аритмии появляется часто - это повод обратиться к врачу.

Журналы измерений и пользователи тонометра

Люди, страдающие отклонениями артериального давления, должны проводить регулярные измерения. Обычно лечащий врач требует вести журнал измерений с указанием времени замеров и величины давления. Выбирайте автоматический тонометр с запоминанием предыдущих измерений.

Если тонометром в семье пользуется более одного человека, например, пожилая пара, выбирайте тонометр с переключением пользователей. В этом случае для каждого человека будет доступен свой журнал измерений.

Тонометр OMROM M6 Family снабжён механическим переключателем пользователей. Этот же рычажок можно использовать для ведения независимых журналов измерений, например, утренних и вечерних.

Некоторые модели тонометров обладают дополнительным,«гостевым» режимом. Если давление пришла померить соседка, её данные не повлияют на статистику постоянных пользователей.

Дисплей и индикация

Чаще всего пользователями тонометра становятся пожилые люди, зрение которых далеко от идеального. Обратите внимание, чтобы цифры на дисплее были большие и контрастные.

Даже полностью автоматический прибор требует от пользователя правильных действий. Помочь проконтролировать положение манжеты и неподвижность руки помогут дополнительные датчики тонометра. Если пациент неверно закрепил манжету или двигался в процессе, электронная схема покажет на экране соответствующий значок и повторит измерения.

Источник сетевого питания

Особенность автоматического тонометра - электрический воздушный насос, потребляющий энергию. Все автоматические тонометры питаются от батареек. Если батарейка разряжена, точность измерения снижается. Половина производимых приборов содержит в комплекте адаптер для питания от сети.

Если прибор будет использоваться больше двух раз в день, если ваши родственники живут далеко и не смогут сами заменить батареи - рекомендуется купить тонометр с дополнительным сетевым источником питания.

Как выбрать автоматический тонометр?

Все автоматические тонометры используют принципы, заложенные ещё доктором Коротковым. Однако метод измерения давления - отличается, его называют осциллометрическим. В пережатой манжетой артерии возникают пульсации крови, которые вызывают изменения давления воздуха в надутой манжете. Электронная схема фиксирует эти изменения и отображает на экране верхнее и нижнее артериальное давление.

Тонометры производят фирмы, специализирующиеся на медицинском оборудовании:

• Японская компания OMRON - занимает 20% российского рынка тонометров, приборы очень надёжные и долговечные, однако их цена выше на 30–50% чем на модели других производителей 2000–7000 рублей.
• Японская компания A&D - владельцы патента на метод осциллометрии, который используется во всех автоматических тонометрах. Устройства компании занимают 20% рынка России, они немного дешевле 1500–5000 рублей.
• Швейцарская фирма Microlife - производит медицинское оборудование для самодиагностики. Тонометры Microlife занимают около 10% рынка в России, они качественные и точные, при этом цены на них существенно ниже (1800–4000 рублей).
• Торговая марка Nissei принадлежит японской компании Nihon Seimitsu Sokki Co., Ltd. Первый в мире электронный прибор для измерения давления произведён компанией в 1978 году. В России компания занимает около 4% рынка, устройства стоят 2000–4000 рублей.
• Немецкая компания Beurer, основанная как семейное предприятие в начале XX века, производит грелки и электроодеяла. Среди продукции фирмы есть и автоматические тонометры (3% рынка России). Цены находятся в пределах 1000–4000 рублей.

Компании выпускают тонометры для крепления на плечо (плечевые) и на запястье (напульсные).

Существуют также приборы - браслеты, а также крепящиеся на палец. Однако всерьёз их рассматривать нельзя - слишком низкая точность.

Видео: как выбрать электронный тонометр

Плечевые тонометры с базовыми функциями

По своей конструкции тонометр с креплением манжеты на плечо напоминает классический сфигмоманометр доктора Короткова. Надувная манжета плотно оборачивается вокруг плеча выше локтевого сгиба и закрепляется «липучкой» велкро. Воздуховод от манжеты подключается к небольшой коробочке с экраном и кнопками.

Плечевой тонометр подходит людям всех возрастов, особенно рекомендован пожилым людям.

Тонометр OMRON M2 Basic измеряет артериальное давление в диапазоне 0–299 мм рт. ст, а также частоту пульса 40–180 уд./мин. Запоминает только последнее измерение. Питается от четырёх батареек ААА (хватает на 300 замеров). Прибор может работать от сетевого адаптера. Встречаются комплектации без адаптера, необходимо уточнить у продавца.Средняя цена - 2000 рублей.

Тонометр A&D UA-888Е стоит 1600 рублей. Измеряет давление в пределах 20–280 мм рт. ст., пульс 40–200 уд./мин. В приборе есть память на 30 измерений, рядом с экраном нарисована цветная шкала оценки давления по метрикам ВОЗ. Питается устройство от четырёх батареек АА, модель с буквой E (эконом) не имеет в комплекте сетевого адаптера.

Простой измеритель артериального давления Microlife BP 3AG1 умеет определять аритмию, схема нечёткой логики учитывает её проявления при измерениях также на экране отображается значок. Для питания тонометра требуются четыре батарейки AA, сетевой адаптер в комплект не входит. В памяти хранится последнее измерение.

Бюджетный тонометр Nissei DS-500 стоит 2300 рублей. Однако он позволяет вести учёт давления для двух пользователей - по 30 значений для каждого. Энергию дают четыре батарейки формата AA или источник сетевого питания. Прибор может определять у пациента аритмию, в этом случае тонометр проводит несколько измерений и вычисляет среднее значение.

Всего за 1400 рублей компания Beurer предлагает модель Beurer BM16. Лёгкая в управлении серебристая коробочка измеряет давление с учётом выявленной аритмии, а также и пульс, отображая цифры на большом ЖК-экране. Диапазон измерения давления 0–299 мм рт. ст - подойдёт даже при тяжёлой артериальной гипертензии. Прибор предназначен для совместного использования, для каждого из двух пациентов в нём хранится до 50 значений измеренного давления. Питается устройство от четырёх батареек АА, в целях экономии адаптер питания не приложен.

Запястные тонометры

Тонометры, которые для измерения помещаются на запястье, называются запястными. В отличие от плечевых, давление измеряют на лучевой артерии, там же где обычно проверяют пульс. Отсюда второе название - напульсные. По конструкции запястные тонометры похожи на огромные часы, надеваемые на руку. Питание от внешнего источника у них не предусмотрено.

Напульсные тонометры подходят не всем. Максимальный возраст пациентов не должен превышать 40 лет.

С возрастом стенки сосудов становятся плотнее, а тоны Короткова - менее различимы. Поэтому измерять давление у людей старше 40 лет надо только на плече. Производители каждый год рассказывают об очередной «революции» в измерении давления на запястье, а практика по-прежнему показывает полную непригодность результатов измерений в период поздней взрослости и старше.

Тем не менее у всех производителей есть модели напульсных тонометров. Они компактны и удобны в использовании.

Тонометр Omron R1 имеет манжету размером 14–22 см, питается от двух батареек ААА, помнит последнее измерение. Технология IntelliSense позволяет быстро измерить давление за один цикл без первичной накачки воздуха в манжету. Стоит прибор 1600 рублей.

Запястный измеритель A&D UB-202 очень похож плечевую модель UA-888, только коробочка приспособлена для руки и весит 100 г вместо 265 г. Размер манжеты 13,5–21,5 см. Прибор обладает памятью на 90 измерений, определяет аритмию и рассчитывает среднее значение по трём отсчётам. Питается от трёх батареек ААА.

Маленький и лёгкий тонометр Microlife BP W100 (130 г с батареями) совмещает в одном корпусе не только измеритель давления, но и часы с календарём и двумя будильниками. Производитель рекомендует его для спортсменов и путешественников. Прибор питается от двух батарей ААА и запоминает до 200 измерений. За такой комбайн придётся заплатить 2600 рублей.

В модельном ряду тонометров компании Nissei есть и напульсный прибор, не уступающий плечевым моделям. В небольшом корпусе весом 110 г помещается интеллектуальная система, определяющая давление с учётом возможной аритмии, четырёхстрочный дисплей и два отдельных блока памяти по 30 ячеек каждая. Производитель заявляет об особой форме манжеты, M-Cuff, помогающей повысить точность замеров. Цена тонометра - 2100 рублей.

Изящная коробочка Beurer BC31 размером с кредитную карту (84х62 мм, весом 112 г без батарей), закрепляемая на руке, измеряет давление и пульс в широком диапазоне и сохраняет замеры в 60 ячейках памяти. Подходит для рук диаметром 14–19,5 см. Питание - две батарейки ААА. Стоимость тонометра -1500 рублей.

Тонометры с усовершенствованными технологиями измерения давления

Благодаря встроенному микропроцессору тонометр превращается в диагностическую станцию. У дорогих моделей увеличена память и количество пользователей, есть USB-интерфейс для подключения к персональному компьютеру - пациент или лечащий врач могут строить красивые графики, показывающие состояние здоровья. Однако за эти удобства приходится платить больше.

Тонометр OMRON M10-IT поставляется с жёсткой универсальной манжетой для рук размером 22–42 см. Обладает памятью на 84 ячейки для двух пользователей и гостевым режимом. Прибор рассчитывает средние значения давления (утро, день, вечер), может подключаться к компьютеру (в комплекте - программа Health Management). Стоит прибор 9000 рублей.

Для повышения точности измерений тонометр Nissei DS-700 проверяет давление дважды - первый раз осциллометрическим методом, второй раз по методу Короткова, сравнивает результаты и показывает наиболее достоверный. Стоит прибор 4000 рублей.

Необычный тонометр Beurer BM65 с виду напоминает сказочное зеркало, которое говорит своему владельцу только правду. Прибором могут пользоваться до 10 человек (30 ячеек для каждого). Большой экран с подсветкой показывает давление, пульс, время и дату. Есть возможность подключить тонометр к компьютеру через USB. Цена устройства составляет 4700 рублей.

Рейтинг тонометров и отзывы владельцев

Так как плечевой и запястный тонометры предназначены для разных категорий пользователей, рейтинги популярности тонометров и отзывы о них также приведены отдельно.

Таблица: рейтинг плечевых тонометров

Модель (Бренд/Завод)	Вес, г	Тип батарей	Сетевой адаптер	Размер манжеты		Индикатор аритмии	Прочие индикаторы	Цена, руб.
Omron M2 Basic (Япония/Китай)	245,0	4 х ААА	Нет	22–32 см	1/1	Нет	пульс; шкала ВОЗ.	2100
A&D UA-888	240,0	4 х АА	Да	23–37 см	1/30	Есть	пульс; шкала ВОЗ; среднее значение давления.	2300
A&D UA-777AC	300,0	4 х АА	Да	22–32 см	1/90	Есть	пульс; шкала ВОЗ; среднее значение давления.	3300
Omron M3 Expert	340,0	4 х ААА	Да	22–42 см	1/60	Есть	пульс; шкала ВОЗ; среднее значение давления; индикатор движения пациента	4000
Microlife BP A100	735,0	4 х АА	Да	22–42 см	1/200	Есть	пульс; шкала ВОЗ; среднее значение давления; подключение по Bluetooth.	3400
Omron M6 Comfort	380,0	4 х АА	Да	22–42 см	2/100	Есть	пульс; шкала ВОЗ; среднее значение давления; индикатор движения пациента; индикатор правильности надевания манжеты.	6200

Отзывы пользователей о плечевых тонометрах

Приобрёл тонометр OMRON M2 Basic. Достоинства: точность, качество, цена. Недостатки: Не выявлено. Комментарий: Если Вам или Вашим родственникам нужна удобная модель тонометра для измерения давления без заморочек - то это самый лучший вариант. Подарил такой и тёще и своим родителям, все довольны. Мама не верила сначала ему, но проверила с механическим тонометром и убедилась в точности. У меня этого производителя уже 4 года ингалятор, полет нормальный. Качество отменное, Япония все же! В общем, все, что касается ОМРОН брать можно, проверено на многодетной семье))))

Гапуленко Андрей

https://market.yandex.ru/product/13963021/reviews?hid=90539&track=tabs

О тонометре A&DUA-888. Достоинства: всё на русском, цветная шкала. Недостатки: пока нет. Комментарий: маленький с большими цифрами, индикатор аритмии, инструкция вся на русском.

Егоров Виктор

https://market.yandex.ru/product/13959617/reviews?hid=90539&track=tabs

Тонометр автоматический A&D Medical UA-777 - Качественная нужная вещь в доме. Достоинства: автоматический, удобная манжета, показывает пульс. Недостатки: не обнаружено. Этот тонометр подарила мне мама. Себе купила, и мне, . к. у моего мужа давление высокое, у меня бывает низкое, но мерить давление лень, ручным слушать не умею, покупать в столь юном возрасте прибор сама не желала категорически, поэтому мне принудительно подарили:) Тонометр оказался очень прост в использовании, автоматический. Может работать от сети или от батареек АА. Фирма надёжная, гарантия 10 лет. Измеряет давление достаточно точно, если соблюдать условия (правильно одеть, не говорить и пр.) Если мерить несколько раз подряд, то результат совпадает с минимальной погрешностью на единички.

http://otzovik.com/review_317841.html

Тонометр Omron M3 Expert - Отличный тонометр! измерит любое давление.Достоинства: удобный, измеряет любое давление, да и вообще много плюсов. Недостатки: нет. Пользуемся именно этим тонометром OMRON M3 Expert уже более 5-ти лет. Подходили к выбору тонометра очень тщательно, долго выбирали, но в магазине медицинской техники нам подсказали, что этот будет один из лучших тонометров. Нам очень важно было, чтобы этот аппарат улавливал различные колебания сердца,поскольку у нас в семье у нескольких человек аритмия. И не каждый тонометр может измерить у нас давление и пульс. А этот очень чувствителен и меряет отлично! И погрешность у него всего +-3мм рт. ст., это очень мало. В функциях есть звук, который отключается и включается. Он пикает при измерении давления в такт вашему пульсу и вы можете сразу понять какой пульс большой или нет. Если это вам это не нужно, то просто отключаете звук.

http://otzovik.com/review_885751.html

Очень мне помогает тонометр фирмы Microlife BPA100 PLUS. Он у меня уже третий. Ему предшествовал тонометр на запястье. Не скажу, что он был очень точен, но позволял определиться, когда было не по себе, что делать. Увы, ни что не вечно. Купил новый и выбор мой пал на Microlife BPA100 PLUS, мой первый был на него похож. Хорошая точность измерения. Установка времени, числа, месяца и года. Библиотека предыдущих измерений. Хороший дизайн и удобное пользование. Питания от батареек АА хватает надолго. И главное имеется показатель аритмии. Правда, врачи к этой функции тонометров относятся с улыбкой. Я не пожалел, что купил!

http://irecommend.ru/content/utro-nachinaetsya-ne-s-kofe

Тонометр Omron M6 Comfort - Лучший тонометр. Достоинства: точный, удобный. Недостатки: не обнаружено. Тонометр для своего папы, у которого стало подниматься артериальное давление, я выбирала очень скрупулёзно. Сначала я смотрела их в аптеках. Потом читала отзывы о тонометрах в интернете. И поняла, что большинство людей хвалят именно тонометры фирмы Omron. Из всех моделей этой японской фирмы мне больше всего понравился именно М6. Я посчитала его самым удобным, так как он подойдёт не только для пожилых людей, но и для среднего возраста и даже молодых благодаря удобной манжете. У этого тонометра много функций, измеряет он очень точно, практически без погрешности. Я сама перепроверяла несколько раз цифры артериального давления у отца с помощью более точного механического тонометра, и цифры АД всегда совпадали. У этого тонометра очень большая память на 90 измерений, причём сохраняется не только дата, но и время измерения. Он точно фиксирует аритмию, даже когда папа может изменить положение тела. В общем, тонометр отличный, очень точный и удобный. Наша семья им довольна.

Любовная любовь

http://otzovik.com/review_158313.html

Таблица: рейтинг хороших запястных тонометров

Модель (Бренд/Завод)	Вес, г	Тип батарей	Сетевой адаптер	Размер манжеты	Количество пользователей / ячеек памяти	Индикатор аритмии	Прочие индикаторы	Цена
Omron R2	117,0	2 х ААА	Нет	14–22 см	1/30	Есть	Нет	2400
A&D UB-202	102,0	3 х ААА	Нет	13,5–21,5 см	1/90	Есть	среднее значение давления; шкала ВОЗ.	1900
Microlife BP W100	130,0	2 х ААА	Нет	14–22 см	1/200	Есть	Нет	2700
B.Well WA-88	130,0	2 х ААА	Нет	14–20 см	1/30	Есть	Нет	1700
Nissei WS-820	110,0	2 х ААА	Нет	12,5–21,5 см	2/30	Есть	среднее значение давления.	2100
Beurer BC 19	140,0	2 х ААА	Нет	14–20 см	2/60	Есть	среднее значение давления; шкала ВОЗ; голосовое оповещение; индикатор замены батареек.	2300

Отзывы о пользовании запястными тонометрами

Тонометр на запястье Omron R2 -Компактный, удобный, но … неточный. Достоинства: Компактный, удобный в использовании. Недостатки: Неточный. Этот тонометр является одним из моих самых … нелюбимых. Почему? Внешне он вроде бы совсем неплох. Одевается на запястье, никаких шнурков и крупноразмерных блоков. Довольно удобное и компактное, казалось бы, приобретение. На этом плюсы, к слову сказать, не заканчиваются.Техника эта очень умная. В ней имеются индикатор аритмии, индикатор повышенного артериального давления, а также память на предыдущие измерения (на 30 измерений). Это то что касается плюсов, а теперь о минусах: тонометр предназначен для людей до 45 лет. Часто ли люди до 45 лет покупают тонометры? По личному опыту знаю, что нет. тонометр не предназначен для полных людей. Так что мой вывод такой: чехол, компактность, удобство - это, конечно, здорово, но не стоит забывать и о самом важном - точности измерения!

http://otzovik.com/review_322875.html

Автоматический тонометр на запястье AND UB-201 - Хороший тонометр, но не для пожилых людей. Достоинства: удобный, легкий, компактный, точность измерения хорошая. Недостатки: Для людей не старше 35–40 лет. Этот тонометр AND UB-201 у меня уже давно. - лет 6 точно. Он компактный, легкий и прост в использовании. Никаких наворотов. Надеваешь на запястье, нажимаешь кнопочку и ждешь. НО… Есть одно НО. Только около года назад я узнала из программы «Здоровье», что такой тип тонометров (на запястье) подходит только молодым людям до 35–40 лет. Его значения будут правдивыми в этом случае и то, не 100% для всех. Обусловлено это тем, что данный тонометр измеряет давление не в вене (как классические),а в небольших кровеносных сосудах. А как правило мелкие сосуды с возрастом начинают забиваться холестерином, теряется эластичность и т. п. Годам к35, максимум к 40 уже у всех нас состояние сосудов как правило не идеально. В общем в следствии этого давление в этих сосудах не будет соответствовать реальному давлению. Если вы молоды, но есть какие-то серьезные заболевания мелких сосудов,то скорее всего он тоже не подойдет. Лучше проконсультироваться с врачом наверное. Так что имейте ввиду этот фактор при выборе тонометра. Бабулям и дедулям он точно не подходит, будет врать!

http://otzovik.com/review_999288.html

Тонометр Microlife BP W100 - Неоправдал ожиданий. Достоинства: Компактный, прост в применении, пластиковый футляр для хранения, работает от батареек, память на 200 измерений. Недостатки: Неточность измерений, высокая цена. Тонометр каждый раз показывает совершенно разное давление при измерении, и уже не знаешь даже, какое среднее вывести из всех показаний… Потом, надо около 10 минут находиться в полном покое, не разговаривать, не ходить перед измерением, а это нереально сделать в условиях работы или на улице. Руку при измерении надо держать либо под определённым углом на поверхности (на уровне сердца), либо левую руку класть на правое плечо и держать её максимально расслабленно, тело тоже должно быть расслабленно и никаких малейших движений, резких вздохов и т. д. Как понятно из вышеизложенного, вне дома этот тонометр абсолютно бесполезен, да и дома он мне не нужен,т. к. у меня есть надёжный прибор, и нет необходимости использовать запястный. В заключении могу сказать только то,что я, к сожалению, не могу рекомендовать запястный тонометр Microlife BP W100 к покупке.

абрикосик1992

http://otzovik.com/review_2369305.html

Тонометр на запястье B.Well WA-88 - Не впечатлил. Достоинства: Автоматический, компактный, большой дисплей, к цифрам приглядываться не надо. Недостатки: через год стал врать. Для меня необычно само то, что тонометр надо одевать на запястье, а не плечо и мерять артериальное давление там. Причем согласно инструкции и рекомендации на манжете тонометра руку надо держать не абы как, а как раз на уровне сердца.Честно скажу, что я на давление не жалуюсь, не контролирую его, пока мне такой прибор не актуален, но решила проверить на себе этот чудо-агрегат. Сделала себе три измерения, не поверила, на следующий день сделала еще пару подходов, опять ерунда. Померила обычным тонометром по старинке, совершенно другая картина. Глядя на результаты замеров, у меня возникла ассоциация с анекдотом про лося, который бежал на водопой и не заметил, что его подстрелили, а у реки, пока пил воду думал: «Странно, вроде пью, а мне все хуже и хуже». Таки я глядя на эти цифры, думала то ли мне в космос пора, то ли скорую вызывать. Померяла обычным тонометром - 120 на 90, согласитесь, цифры отличаются от автоматического тонометра и, я больше доверяю старому проверенному методу.

http://otzovik.com/review_676838.html

Портативный тонометр Nissei WS-820 - Хорошая модель но есть дешевле. Достоинства:Память на две шкалы давления, жёсткий чехол удобный для транспортировки прибора, часы. Недостатки: Для прибора этого класса немного дорого стоит. Портативный тонометр Nissei WS-820. Я гипертоник со стажем. И до приобретения данной модели тонометра я пользовался тонометром UB-201 японской фирмы AND и был совершенно счастлив. Ибо за компактными моделями тонометров будущее, ими можно пользоваться в дороге, на работе, и они не занимают много места. Так вот, модель WS-820 от фирмы Nissei от предыдущего отличается тем, что он производит замер давления только в момент понижения давления в манжете в отличие от прибора AND который производит замер при накачке манжеты, что не хорошо, так как это дополнительно расходует энергию, но плюсом данной модели является твёрдый чехол и две памяти значений давления, что позволяет пользоваться им вдвоем а также часы что удобно всегда можно определить время. Так что данная модель дороговата можно найти дешевле и также японской фирмы.

http://otzovik.com/review_113498.html

Как правильно пользоваться тонометром

Артериальное давление разное в течение дня и зависит от многих факторов. Чтобы тонометр показал верное значение, к измерению необходимо подготовиться.

Внимание! Все бытовые тонометры предназначены только для оценки состояния здоровья. Не занимайтесь самолечением. Поставить точный диагноз и назначить процедуры может только врач.

1. Измеряйте давление в одно и то же время, например, утром. При длительном контроле хорошее время для второго измерения - вечер. Перед процедурой посетите туалет.
2. Перед измерением нельзя курить, пить кофе или лекарства от давления. После пробежки или подъёма по лестнице давление будет повышенным. Отдохните не меньше 15 минут после небольших физических нагрузок, и в течение часа после занятий спортом.
3. Сядьте, примите удобную позу, спокойно посидите около пяти минут. В комнате должна быть нормальная, комфортная температура. Холод сузит сосуды, давление повысится.
4. Закрепите манжету на нерабочей руке (левая для правшей) так, чтобы край манжеты располагался на 2–3 см выше локтевого сустава. Манжета должна подходить по размеру, сидеть плотно, но не туго. Манжету нельзя накладывать поверх одежды.
5. Положите руку на стол так, чтобы середина манжеты была напротив сердца. При измерении рука должна быть расслаблена. При напряжении давление повысится.
6. Включите автоматический тонометр и подождите результатов. В процессе измерений нельзя разговаривать - значения будут искажены.
7. Если вы считаете, что измерение следует повторить, нельзя делать это сразу. Отклонение будет значительным. Подождите десять минут и повторите процедуру. Некоторые тонометры имеют функцию автоматического определения средней величины давления. Такой прибор самостоятельно повторит замер через несколько секунд и отобразит среднее значение.

Видео: как правильно измерять артериальное давление в домашних условиях

Почему автоматический тонометр показывает разные результаты?

Артериальное давление меняется на протяжении времени, поэтому даже последовательные измерения могут давать разные результаты. Кроме того, на измерения влияют ошибки пользователей.

Таблица: возможные ошибки пользователей при измерении давления и последствия

Ошибка	Отклонение систолического «верхнего» давления	Отклонение диастолического «нижнего» давления
Отдохнул менее часа после физических нагрузок	Завышено на 5–11 мм. рт. ст.	Завышено на 4–8 мм. рт. ст.
Покурил перед измерением	Завышено на 10 мм. рт. ст.	Завышено на 8 мм. рт. ст.
Выпил кофе перед измерением	Завышено на 10 мм. рт. ст.	Завышено на 7 мм. рт. ст.
Принял неправильную позу, нет опоры для спины	Завышено на 8 мм. рт. ст.	Завышено на 6–10 мм. рт. ст.
Принял неправильную позу, рука висит в воздухе	Завышено на 2 мм. рт. ст.	Завышено на 2 мм. рт. ст.
Манжета закреплена выше, чем надо на 5 см	Занижено на 4 мм. рт. ст.	Занижено на 4 мм. рт. ст.
Манжета закреплена ниже, чем надо на 5 см	Занижено на 4 мм. рт. ст.	Занижено на 4 мм. рт. ст.
Измерения в холодном помещении	Завышено на 11 мм. рт. ст.	Завышено на 8 мм. рт. ст.
Говорил во время процедуры	Завышено на 17 мм. рт. ст.	Завышено на 13 мм. рт. ст.
Не посетил туалет перед замерами	Завышено на 27 мм. рт. ст.	Завышено на 22 мм. рт. ст.
Тесная манжета	Занижено на 8 мм. рт. ст.	Завышено на 8 мм. рт. ст.
Запястный тонометр для людей старше 40 лет	Неверные результаты	Неверные результаты
Повторный замер меньше чем через 5 минут после первого		Может отличаться на 10–20 мм. рт. ст.

Видео: точны ли тонометры

Почему барахлит тонометр

Иногда тонометр вовсе не показывает результаты измерений, иногда вместо цифр на экране изображены различные символы. Для этого могут быть разные причины. Так как конструкции у всех тонометров - разные, универсального ответа нет - сверьтесь с инструкцией по пользованию вашим прибором.

Тонометр не работает

Проверьте элементы питания и правильность их установки. Если батареи разряжены - прибор не включится. Замените батареи на свежие, соблюдая полярность подключения.

Если после замены батарей тонометр не работает, рекомендуется обратиться в сервис.

Тонометр показывает символы вместо цифр

Если на экране тонометра вместо цифр показаны символы, это значит, что измерения проводятся неправильно. Расшифровка символов зависит от производителя, изучите инструкцию к прибору.

Таблица: примеры символов на экране тонометра OMRON

Символ	Значение	Действия
EE	Манжета недостаточно накачана	Изменить настройки, чтобы прибор накачивал сильнее.
E	Ошибки измерения: воздуховод не подключён; манжета неверно наложена; мешает одежда; утечка воздуха из манжеты; пациент двигался при измерении.	Устранить ошибки: Проверить подключение воздуховода манжеты к прибору; повторно наложить манжету; снять одежду; заменить манжету; повторить измерения, не двигаться при измерении.
Мигает индикатор батареи	Батарейки разряжены	Заменить батарейки
Er	Внутренняя ошибка прибора	Вынуть из прибора батареи, подождать 10–15 секунд, вставить батареи в прибор. Если не помогает - обратиться в сервис.

Неверные значения и прочие трудности

Проявление	Причина	Действия
Тонометр показывает явно неверные значения - завышенные или заниженные	манжета неверно наложена; разговор во время измерения; измерению мешает одежда.	повторно наложить манжету; не разговаривать во время процедуры; измерения проводить на руке без одежды.
Давление в манжете не увеличивается	воздуховод неплотно вставлен в корпус; утечка воздуха из манжеты.	проверить вставку воздуховода в корпус тонометра; заменить манжету.
Манжета слишком быстро сдувается	Манжета неплотно прилегает к руке	Наложить манжету более плотно
Прибор выключается в процессе измерения	Батарейки разряжены	Заменить батарейки

Тонометр - медицинский прибор, который помогает вам следить за здоровьем и своевременно предупреждать о проблемах. К выбору этого устройства следует подойти ответственно: пройти мимо дешёвых китайских поделок и модных веяний вроде измерения давления в смартфоне, и взять надёжный аппарат от известной фирмы. При выборе тонометра нужно учесть возраст пациента и его диагнозы. К измерению давления необходимо подготовиться, и соблюдать простые правила в процессе. Будьте здоровы!

Содержание

Введение 4

1 Назначение и область применения 5

2 Технические характеристики Устройства 6

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры 7

3.1 Обзор существующих решений 7

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT 10

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus 11

3.1.3 Механический тонометр LD-81 12

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства 13

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме 14

^ 3.4 Разработка модели 17

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов 24

4.1 Структурная схема 24

4.2 ИК излучатель АЛ107А 32

4.3 Фотоэлемент ФД256 33

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх 35

^ 4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1 40

4.6 Микроконтроллер ATmega128 42

4.7 Преобразователь уровней DS275 48

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12 50

4.9 Расчет фильтров 52

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы 56

^ 5.1 Алгоритм главной функции 56

5.2 Алгоритм функции начальной инициализации 57

5.3 Алгоритм функции считывания пульсовой волны 58

5.4 Алгоритм функции расчета среднего давления 59

^ 5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления 60

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран 61

6 Описание принципиальной схемы 62

^ 6.1 Описание отдельных элементов 62

6.1.1 Аналоговые цепи 62

6.1.2 Микроконтроллер 63

6.1.3 Коммуникационные устройства 63

6.1.4 Цепь питания 63

Заключение 64

Приложение А 65

Приложение В 67

Введение

Сегодня в современной медицине и быту остро стоит вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе, не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования вне медицинских учреждений.

^

1 Назначение и область применения

Спроектированный прибор призван ответить на острый вопрос о новых средствах диагностики. Точная постановка диагноза невозможна без непрерывного мониторинга жизненных показателей человека, таких как артериальное давление, частота пульса, температура тела и др. К сожалению, на данный момент не все эти параметры поддаются точному замеру в реальном времени - существующие приборы либо недостаточно точны, либо методы замера инвазивны, т. е. могут влиять на результат измерения.

В данной работе представлен проект прибора для неинвазивного измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.

^

2 Технические характеристики Устройства

В ходе выполнения курсовой работы было спроектировано устройство для неинвазивного измерения среднего, систолического и диастолического артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (пульса).

Устройство обладает следующими характеристиками:

• 
  сравнительно малая стоимость производства, достигнутая использованием широко распространённых компонентов;
• 
  высокая точность измерений;
• 
  отсутствие влияния факта измерения на результат;
• 
  универсальность применения;
• 
  гибкость, достигаемая использованием стандартных компонентов и использование переносимого программного кода;
• 
  гениальная идея;
• 
  лёгкость масштабирования, возможность подключения дополнительных датчиков или других устройств автоматики;
• 
  совместимость со стандартными интерфейсами;
• 
  простота эксплуатации;
• 
  лёгкость модификации и адаптации кода;
• 
  широкий диапазон рабочих температур.

^

3 Обзор существующих решений и обоснование выбора структуры

3.1 Обзор существующих решений

На сегодняшний день существует несколько различных устройств для измерения артериального давления, но, к сожалению, они работают на принципе нагнетания воздуха в манжету, т.е. являются инвазивными средствами измерения и не могут быть использованы для постоянного мониторинга. Также существуют устройства для неинвазивного снятия показаний, но они слишком дороги либо не точны.

Известны способ непрерывного наблюдения систолического кровяного давления и аппарат для его осуществления (США, патент N 4030485 от 21.06.77, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что с помощью калибровочного прибора со световым преобразователем, превращающим изменения интенсивности света в изменения амплитуды электрического сигнала, определяют измерения интенсивности света, соответствующие изменению объема крови в ткани под преобразователем, периодически производится выборка амплитуды дифференциального сигнала и суммирование с ней амплитуды сигнала, соответствующего эталонному давлению. Амплитуда этого сигнала пропорциональна систолическому давлению.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только систолическое давление.

Известен способ измерения среднего давления по кривой, полученной по результатам измерения кровяного давления (Германия, заявка N 0S 3511803 от 9.10.86, МКИ A 61 B 5/02), заключающийся в том, что полученный сигнал кривой кровяного давления преобразуют в цифровую форму и на отрезке кривой кровяного давления, который меньше дыхательного цикла, определяют Min, причем в зоне Min расположен участок F, простирающийся по обе стороны не менее чем на один сердечный цикл, внутри участка F определяют наибольшее амплитудное значение Max и два пороговых значения S1 и S2, соответствующих 1/3 и 2/3 наибольшего значения амплитуды A1, A3, которое больше большего значения S1. На основе этого значения амплитуды A1, A3 находится следующее значение амплитуды A2, A4, которое меньше порогового значения S2. Это позволяет определить между последовательно расположенными амплитудами A1, A2 - A3, A4 Max 1, Max 2. По измеренным значениям между этими максимумами Max 1 и Max 2 определяют среднее давление.

Недостатком данного способа является низкая информативность за счет того, что определяется только среднее кровяное давление.

Известен способ и устройство для непрямого измерения артериального давления крови (ЕПВ, заявка 0136212 от 03.08.83, МКИ A 61 B 5/02), заключающиеся в том, что используют, по меньшей мере, один датчик, удерживаемый с упором в ямке, где определяется пульс, с постоянным усилием, которое меньше усилия, создаваемого диастолическим давлением потока крови в лучевой артерии. Определяют максимальные и минимальные значения сигналов давления, вычисляют среднее значение соотношений максимальных и минимальных значений, вычисляют систолическое и диастолическое давления и показывают их на индикаторе.

Наиболее близким к предлагаемому изделию является способ и аппарат для автоматического определения систолического, диастолического и среднего значения артериального давления пациента (Франция, заявка N 2593380 от 27.01.86, МКИ A 61 B 5/02), предназначенные для определения артериального давления неинвазивным путем. Аппарат имеет линию усиления с двумя каналами, содержащую последовательно усилитель и фильтр. Оба аналоговых сигнала, поступающих из двух каналов, преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем. Монитор имеет, кроме преобразователя, микропроцессор с блоком программы.

Недостатками данного способа и устройства являются ограниченная область применения, невысокое качество регистрации за счет использования пьезодатчиков.
^

3.1.1 Автоматический тонометр Omron, M10 IT

Главным отличием автоматического тонометра от механического является простота его использования. Для измерения давления с помощью автоматического тонометра Вам необходимо всего лишь закрепить на руке манжету и надавить на кнопку. Через несколько секунд результат измерения появится на экране прибора.

Рисунок 3.1.1.1 Автоматический тонометр Omron M10 IT

Технические характеристики:

• 
  Метод измерения: осциллометрический;
• 
  Класс точности: клинически апробирован;
• 
  Индикатор аритмии;
• 
  Звуковой сигнал;
• 
  
• 
  Размер манжеты, см.: 22-42;
• 
  Усреднение результатов;
• 
  Точность измерения: давление в пределах +/- 3 мм. рт.ст.;
• 
  Точность измерения: пульс в пределах +/- 5% показаний.

^

3.1.2 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Полуавтоматические тонометры отличаются от автоматических моделей тем, что для измерения давление необходимо самостоятельно подкачивать воздух в манжету прибора при помощи груши. В это время непосредственно измерение показателей кровяного давления полуавтоматический тонометр осуществляет самостоятельно.

Точность показателей кровяного давления при его измерении с помощью полуавтоматического тонометра такая же, как и при использовании.

Рисунок 3.1.2.1 Тонометр полуавтоматический M1 Plus

Технические характеристики:

• 
  Класс точности: A/A;
• 
  Индикатор аритмии: есть;
• 
  Звуковой сигнал: есть;
• 
  Объем памяти: 21 измерение;
• 
  Элементы питания: 4 батарейки АА;
• 
  Размер манжеты, см.: 22-32.

^

3.1.3 Механический тонометр LD-81

Рисунок 3.1.3.1 Механический тонометр LD-81

Технические характеристики:

Диапазон измерения давления от 20 до 300 мм.рт.ст.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности прибора при измерении давления в манжете при температуре: от 18° до 33°С до +/- 3 в диапазоне от 60 до 240 мм.рт.ст. (до +/- 4 в остальных диапазонах). от 5° до 17° С и от 34° до 40° С до +/- 6.

Условия эксплуатации приборов: температура окружающего воздуха от + 10° С до + 40° С, относительная влажность от 30% до 85%, атмосферное давление от 86 до 106 кПА, температура хранения и транспортировки от - 34° С до + 65° С.

Стандартный размер манжеты для взрослого человека (окружность плеча приблизительно от 25 до 36 см).

Масса прибора не более 340 г.
^

3.2 Обоснование выбора структуры управляющего устройства

Задача данного изделия состоит в разработке метода определения артериального давления, основанного на оценке сдвигов соответствующих точек пульсовых волн при помощи предлагаемого устройства, которое бы упростило процедуру измерения, улучшить качество регистрации пульсовой волны, расширить функциональные возможности.

Принцип работы заключается в том, что на лучевой артерии регистрируют пульсовую волну двумя оптоэлектронными датчиками, измеряют координаты максимальных амплитуд пульсовых волн, измеряют модуль разности значений данных координат, по величине которого определяют среднее артериальное давление, диастолическое артериальное давление вычисляют из величины половины разности утроенного значения среднего и систолического давления, регистрируют первые производные этих пульсовых волн, измеряют смещение между максимальными амплитудами первых производных пульсовых волн в точках их перегибов, величину которого используют при определении систолического артериального давления посредством поправочного коэффициента.

Подробно схема проектируемого устройства описана ниже.

^

3.3 Описание принципа работы тонометра по функциональной схеме

Рисунок 3.3.1 Функциональная схема

^

3.4 Разработка модели

Устройство для неинвазивного измерения артериального давления содержит два датчика, выполненных на оптоэлектронных элементах, два канала НЧ-фильтров и два канала усилителей, входы которых соединены соответственно с выходами первых и вторых оптоэлектронных датчиков, два дифференциатора, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, дисплей и коммуникационный порт.

Описание функциональной схемы работы устройства, показанной выше: у пациента на лучевой артерии закрепляется силиконовое изделие, снабженное двумя инфракрасными излучателями и двумя фотоэлементами.

Свет от излучателей полностью внутренне преломляется, таким образом, напряжения на выходе фотоэлементов равно нулю.

При прохождении пульсовой волны по артерии, силиконовое изделие деформируется, таким образом, на фотоэлемент начинает поступать световой поток, что влечет появление ненулевого напряжения на выходе фотоэлемента.

Две идентичных пары излучатель-приемник размещены вдоль артерии, т.е. пульсовая волна, наблюдаемая под каждым из датчиков – одна и та же волна, сдвинутая по фазе.

Из-за полупроводникового характера фотоэлемента, а также по другим причинам, на выходе фотоэлемента будет присутствовать высокочастотный шум. Для фильтрации шума в каждом из каналов предусмотрен НЧ-фильтр, расчет которого приводится ниже.

После фильтрации сигнал необходимо усилить до уровня порядка 5В. Для этих целей используется усилитель на микросхеме операционного усилителя.

Полученный усиленный и очищенный от шумов сигнал поступает на дифференциатор, после чего 4 сигнала (2 усиленных и они же, но дифференцированные) поступают на 10-разрядный АЦП, после чего проходят обработку в микроконтроллере. По установленным алгоритмам и формулам МК производит расчет среднего, диастолического и систолического артериального давления и частоты пульса.

После получения результата он отображается на LCD-дисплее и передается для анализа и хранения на ПК через коммуникационный порт (RS-232)

Рисунок 3.4.1 Два оптоэлектронных датчика

Спаренные оптоэлектронные датчики 1 и 2 располагаются на лучевой артерии. Излучение, генерируемое источником излучения, отражаясь от исследуемого участка сосуда, модулируется по амплитуде пульсациями кровотока. Модулируемый поток преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал. В блоках фильтрации и усилителях происходит фильтрация и усиление сигнала. Отфильтрованные и усиленные сигналы пульсовых волн поступают на входы дифференциаторов, где происходит выделение первой производной систолического участка пульсовой волны. Сигналы, получаемые на выходах блоков усиления и дифференциаторов, подаются на аналого-цифровой преобразователь. В АЦП происходит преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид, необходимый для работы микроконтроллера.

Рисунок 3.4.2 Пульсовые волны и их дифференциальная форма

Микропроцессором определяются координаты максимальных амплитуд пульсовых волн и вычисляется значение ∆T:

∆T = T 1 -T 2 , (1)

T 1 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

T 2 - координата максимальной амплитуды пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Также определяются координаты точек перегиба (max дифференциальной формы пульсовой волны) систолического участка пульсовой волны и вычисляется значение ∆T п:

∆Т п = ∆Т 1 -∆Т 2 (2)

∆Т 1 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной первым датчиком 1;

∆Т 2 - координата точки перегиба систолического участка пульсовой волны, полученной вторым датчиком 2.

Величина среднего артериального давления (P сред) обратно пропорциональна величине ∆Т:

P сред = F(∆T п). (3)

Величина систолического артериального давления (P сист) обратно пропорциональна величине ∆T п и зависит от ударного объема сердца:

P сист = F(∆T п). (4)

Диастолическое давление определяется из формулы (P диаст):

Проведенное статистическое моделирование обработки пульсовой волны в соответствии с формулой позволило определить точные зависимости для P сред с коэффициентом корреляции 0,95:

P сред = 86,3-0,82∆T для ∆T > 29. (8)

Аналогично получены зависимости для P сист с коэффициентом корреляции 0,89:

По таблице, которая записана во внутренней памяти микропроцессора, выбираются в соответствии с полученными величинами ∆T и ∆T п значения среднего и систолического артериального давления.

Полученные данные поступают на внутренний дисплей и на внешнее устройство.

Предлагаемый способ определения артериального давления прост, необременителен для пациента, т.к. время измерения занимает не более 30 сек.

Устройство для определения артериального давления изготавливается в виде автономного блока, связанного гибким кабелем с блоком датчиков. Оно имеет внешние разъемы для подключения устройств отображения или ПК. При этом на внешнее устройство может быть выведена диаграмма пульсовой волны обследуемого пациента и значения артериального давления, пульса.

При использовании предлагаемого устройства совместно с ПК имеется возможность значительного расширения круга решаемых задач.

Рисунок 3.4.3 Пример вывода данных о скорости пульсовой волны

Например, прибор позволяет в совокупности с компьютером и средствами хранения данных достаточно часто снимать показания и вести подробную статистику изменения этих показаний и таким образом даже прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия (рисунок 3.4.3).
^

4 Структурная схема и описание отдельных компонентов

4.1 Структурная схема

Структурная схема показывает, с помощью каких элементов реализуется требуемый функционал.

Рисунок 4.1.1 Структурная схема

На рисунке 4.1.1 представлена структурная схема проектируемого устройства. Рассмотрим ее подробнее.

В качестве фотоприемника используется отечественный фотоэлемент ФД256, обладающий необходимыми характеристиками и невысокой ценой. Сигнал с фотоэлементов снимается и передается на микросхемы низкочастотных фильтров.

Поскольку для работы прибора требуется регистрация пульсовой волны в двух точках, то естественно электронная часть устройства до микроконтроллера состоит из двух независимых каналов, звенья в которых полностью дублируются.

Низкочастотный фильтр – фильтр Баттерворта, реализованный на активных элементах (рисунок 4.1.2)

Рисунок 4.1.2 Принципиальная схема фильтра нижних частот

Параметры фильтра:

Частота среза – 20Гц

Ширина переходной области – 100Гц

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Детальный расчет фильтра приведен ниже в соответствующем разделе настоящей работы.

Для демонстрации работоспособности рассчитанного фильтра, его схема была собрана в среде Proteus и просимулирована. В качестве модели полезного сигнала использовалась синусоида, а в качестве шума – высокочастотная синусоида. Как видно из графиков, НЧ-фильтр блестяще справился с поставленной задачей для обоих каналов.

Рисунок 4.1.3 Симуляция НЧ фильтра

Рисунок 4.1.4 Принципиальная схема инвертирующего усилителя

Выходное напряжение после фотоэлемента - до 100мВ, поэтому для доведения уровня напряжения до величины 5В коэффициент усиления составляет 50.

Данный усилитель был собран в среде симуляции электроники Proteus. Ниже приведены графики его работы для двух каналов соответственно.

Рисунок 4.1.5 Симуляция для звена усиления

Рисунок 4.1.6 Принципиальная схема инвертирующуего дифференциатора

Для получения первой производной от обработанного сигнала используется звено дифференциации, выполненное на микросхеме операционного усилителя.

Данный дифференциатор был собран в среде симуляции электроники Proteus для демонстрации его работоспособности. Ниже приведены графики его работы и принципиальная схема в среде Proteus.

Рисунок 4.1.7 Графики работы и принципиальная схема дифференциатора

Четыре полученных сигнала подаются на вход АЦП. В качестве АЦП выбран встроенный 10-и разрядный АЦП на микроконтроллере ATmega. Его быстродействия и разрядности вполне достаточно для выполнения всех требуемых операций.

Дискретизация происходит с частотой 20Гц по прерыванию от встроенного таймера.

Замер жизненных параметров микроконтроллером производится в теле цикла в основной программе каждые 5 секунд. Полученные результаты отображаются на LCD-дисплее.

Дисплей MT-10S1 – 10-и символьный LCD-дисплей отечественного производства, описанный детальнее ниже.

Также полученные данные отправляются через порт RS-232 на ЭВМ, где могут быть сохранены, дополнительно обработаны, распечатаны и сохранены для дальнейшего анализа.

Для согласования уровней используется микросхема DS275. Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

• 
  
• 
  
• 
  

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05, рассчитанные на 5 вольт. Стабилизаторы являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности.

Все операционные усилители – отечественного производства и высокого качества. Детально их характеристики рассмотрены в соответствующем подразделе ниже.

^

4.2 ИК излучатель АЛ107А

Рисунок 4.2.1 Внешний вид ИК излучателя АЛ107А

Технические характеристики:

• 
  Технические характеристики;
• 
  Максимальное обратное напряжение 2 В;
• 
  Максимальный прямой ток 100 мА;
• 
  Максимальный импульсный прямой ток 600 мА;
• 
  Монтаж в отверстие;
• 
  Рабочая температура -60...85 С;
• 
  Мощность излучения P 5.5 мВт;
• 
  Прямое напряжение 1.8 В;
• 
  при токе Iпр. 100 мА;
• 
  Длина волны 953 нм;
• 
  Ширина спектра излучения 30 нм;
• 
  Видимый телесный угол 15 град.

^

4.3 Фотоэлемент ФД256

Рисунок 4.3.1 Внешний вид фотоэлемент ФД256

Фотодиод на основе кремния.

Технические характеристики:

• 
  Площадь фоточувствительного элемента (эффективная) 1.37мм 2;
• 
  Рабочая температура 20±5 ºC;
• 
  Рабочее напряжение 10 В;
• 
  Диапазон спектральной чувствительности 0,4 - 1,1 мкм;
• 
  Максимум спектральной характеристики 0,8 - 0,9 мкм;
• 
  Темновой ток не более 5 нA;
• 
  Интегральная токовая чувствительность не менее 0,02 мкА/лк;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 10 В) не более 12 нс;
• 
  Собственная постоянная времени (U = 60 В), не более 2 нс;
• 
  
• 
  Корпус металлический;
• 
  Порог чувствительности, не более 1 x 10 -11 лм x Гц-1/2;
• 
  Электрическая плотность изоляции, не менее 180 В;
• 
  Входное окно линза;
• 
  Материал окна стекло C52-1;
• 
  Масса, не более 1 г;

• 
  Диапазон температур от –60º C до + 85º C;
• 
  Предельно допустимое напряжение 90 В;
• 
  Предельно допустимая освещенность 100000 лк;
• 
  Интенсивность отказов не более 3 x 10 -5 ч-1 в течение наработки 5000ч при доверительной вероятности 0,6.

^

4.4 ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

ОУ КМОП-структуры чрезвычайно экономичны, имеют низкий входной ток смещения, работают от однополярного и двуполярного источника питания, обеспечивают выходное напряжение rail-to-rail. Из-за уникальной топологии, которая делает эти характеристики возможными, потребовалась новая Spice макромодель (SMM), чтобы получать точные результаты при моделировании схемных проектов средствами САПР.

Весьма удачная SММ КМОП ОУ была разработана корпорацией National Semiconductor, однако они не пишут модели для Российских микросхем аналогичного назначения.

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный операционный усилитель
KР1446УД1А KР1446УД1Б KР1446УД1В	2	1,3	80…96	3,0	1,0	1,1	2,5..7,0
2-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД2А KР1446УД2Б KР1446УД2В	2	0,05	80…96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
4-канальный микромощный операционный усилитель
KР1446УД3А KР1446УД3Б KР1446УД3В	4	0,05	80...96	6,0	0,035	0,013	2,5…7,0
2-канальный маломощный операционный усилитель
KР1446УД4А KР1446УД4Б KР1446УД4В	2	0,45	80...96	3,0	0,5	0,14	2,5...7,0
2-канальный быстродействующий операционный усилтель
KФ1446УД5А KФ1446УД5Б KФ1446УД5В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	2,5...7,0

Spice модели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх Продолжение

Изделие ТУ Функциональный аналог	Число ОУ	Частота Единичного Усиления	Усиление большого сигнала	Напряжение Смещения	Скорость нарастания В/мкс	Ток покоя одного ОУ	Питание, В
2-канальный универсальный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД11А KФ1446УД11Б KФ1446УД11В	2	1,3	80...96	3,0	1,0	1,1	3,0...12,0
2-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД12А KФ1446УД12Б KФ1446УД12В	2	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
4-канальный микромощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД13А KФ1446УД13Б KФ1446УД13В	4	0,05	80...96	6,0	0,02	0,013	3,0...12,0
2-канальный маломощный высоковольтный операционный усилитель
KФ1446УД14А KФ1446УД14Б KФ1446УД14В	2	3,6	80...96	3,0	2,7	3,1	3,0...12,0

Рисунок 4.4.1 Распределение выводов ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

Рисунок 4.4.2 Структурная схема ОУ серии КР(КФ)1446УДхх

КР(КФ)1446УДхх - серия КМОП интегральных операционных усилителей (ОУ) с расширенным диапазоном допустимых входных (от -U до +UCC включительно) и выходных напряжений. Серия включает 9 ОУ: КР(КФ)1446УД1/УД2/УД3/УД4/УД5/УД11/УД12/ УД13/УД14.

Усилители имеют широкий диапазон допустимых напряжений питания. Напряжение питания может быть либо однополярным (-Ucc>0 или +UCC 0). В любом случае напряжение Ucc на выводе +UCC относительно вывода -Ucc может изменятся в пределах от +2.5В до +7В для усилителей УД1 , УД5 и от +3,0В до +12,0В для УД11 , УД14.

Серия КР1446УДхх предоставляет возможность выбора ОУ с требуемым током покоя на один усилитель (10мкА-УД2, 3, 12, 13; 100мкА-УД4, 14; 0.8mA - УД 1, 11; 2.4mA - УД5), который обеспечит оптимальное для конкретного приложения сочетание динамических и нагрузочных характеристик ОУ при минимальной потребляемой мощности.

Высокое входное сопротивление (>1000МОm) позволяет работать ОУ и с высокоимпедансными источниками.

В корпусе интегральной схемы размещается либо по 2 одинаковых ОУ (УД1, 11, 2, 12, 4, 14, 5), либо по 4 0У(УД3, 13).ОУвмикросхемахУД2 и УД3,атакже УД12 и УД13 идентичны.

ОУ предназначены для построения малогабаритных блоков различных устройств в качестве усилителей постоянного и переменного тока, импульсных сигналов, генераторов, компараторов и т.п. ОУ могут применятся при построении следующих видов устройств: источников питания, низкочастотных активных фильтров, усилителей с малыми входными токами, слуховых аппаратов, микрофонных усилителей, пикоамаперметров, интеграторов, аналого-цифровых устройств автоматики.

Технические характеристики:

• 
  Расширенный диапазон входных и выходных напряжений (от -Ucc до +UCC);
• 
  Широкий диапазон напряжений питания (от 2.5В до 7В и от 3,0В до 12,0В);
• 
  Широкий выбор токов покоя ОУ;
• 
  Высокое входное сопротивление (>1000 МОм);
• 
  Внутренняя частотная коррекция;
• 
  Конструкция - 8- и 14-выводной пластмассовый корпус DIP или SO.

^

4.5 Жидкокристаллический модуль MT–10S1

Жидкокристаллический модуль MT–10S1 состоит из БИС контроллера управления и ЖК-панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG.

Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Модуль позволяет отображать 1 строку из10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК-панелью.

Рисунок 4.5.1 Внешний вид жидкокристаллического модуля MT–10S1

Модуль позволяет:

• 
  модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский;);
• 
  Работать как по 8-ми, так и по 4-ч битной шине данных;
• 
  принимать команды с шины данных;
• 
  записывать данные в ОЗУ с шины данных;
• 
  читать данные из ОЗУ на шину данных;
• 
  читать статус состояния на шину данных;
• 
  выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;
• 
  управлять подсветкой.

^

4.6 Микроконтроллер ATmega128

Для управления всем устройством, обмена данными с ПК был выбран микро контроллер ATmega128 производства фирмы Atmel. Эти микро контроллеры обладают рядом преимуществ перед другими микро контроллерами и схемами на традиционных аналоговых и цифровых компонентах:

• 
  Высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер;
• 
  Развитая RISC-архитектура:
  • 
    133 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл;
  • 
    32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией;
  • 
    Полностью статическая работа;
  • 
    Производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;
  • 
    Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;
• 
  Энергонезависимая память программ и данных:
  • 
    Износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание;
  • 
    Опциональный загрузочный сектор с отдельной программируемой защитой:
    • 
      Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой;
    • 
      Гарантированная двухоперационность: возможность чтения во время записи;
  • 
    Износостойкость 4 кбайт ЭСППЗУ: 100000 циклов запись/стирание;
  • 
    Встроенное статическое ОЗУ емкостью 4 кбайт;
  • 
    Опциональная возможность адресации внешней памяти размером до 64 кбайт;
  • 
    Программируемая защита кода программы;
  • 
    Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования;
• 
  Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1):
  • 
    Граничное сканирование в соответствии со стандартом JTAG;
  • 
    Обширная поддержка функций встроенной отладки;
  • 
    Программирование флэш-памяти, ЭСППЗУ, бит конфигурации и защиты через интерфейс JTAG;
• 
  Отличительные особенности периферийных устройств:
  • 
    Два 8-разр. таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения;
  • 
    Два расширенных 16-разр. таймера-счетчика с отдельными предделителями, режимами сравнения и режимами захвата;
  • 
    Счетчик реального времени с отдельным генератором
  • 
    Два 8-разр. каналов ШИМ;
  • 
    6 каналов ШИМ с программируемым разрешением от 2 до 16 разрядов;
  • 
    Модулятор выходов сравнения;
  • 
    8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования:
    • 
      8 несимметричных каналов;
    • 
      7 дифференциальных каналов;
    • 
      2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x;
  • 
    Двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате;
  • 
    Два канала программируемых последовательных УСАПП;
  • 
    Последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный;
  • 
    Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;
  • 
    Встроенный аналоговый компаратор;
• 
  Специальные возможности микроконтроллера:
  • 
    Сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;
  • 
    Встроенный калиброванный RC-генератор;
  • 
    Внешние и внутренние источники прерываний;
  • 
    Шесть режимов снижения энергопотребления: холостой ход (Idle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby) и расширенный дежурный (Extended Standby);
  • 
    Программный выбор тактовой частоты;
  • 
    Конфигурационный бит для перевода в режим совместимости с ATmega103;
  • 
    Общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода;
• 
  Ввод-вывод и корпуса:
  • 
    53 –программируемые линии ввода-вывода;
  • 
    64-выв. корпус TQFP;
• 
  Рабочие напряжения 4.5 - 5.5В;
• 
  Градации по быстродействию 0 - 16 МГц.

Ядро AVR сочетает богатый набор инструкций с 32 универсальными рабочими регистрами. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), который позволяет указать два различных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода за счет достижения производительности в 10 раз выше по сравнению с обычными CISC-микроконтроллерами.

ATmega128 содержит следующие элементы: 128 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кбайт ЭСППЗУ, 4 кбайт статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разр. АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать.

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

ATmega128 поддерживается полным набором программных и аппаратных средств для проектирования, в т.ч.: Си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисистемные эмуляторы и оценочные наборы.

Рисунок 4.6.1 – Расположение выводов микроконтроллера ATmega128
^

4.7 Преобразователь уровней DS275

Микросхема DS275, производимая фирмой Dallas Semiconductor, это питаемый от линии TX/RX драйвер интерфейса RS232 полностью совместимый со стандартной реализацией RS232.

Рисунок 4.7.1 – Расположение выводов микросхемы DS275

Микросхема была выбрана в качестве преобразователя уровней, т.к. имеет ряд очевидных преимуществ:

Питается от линий RX/TX COM-порта

Работа в асинхронном полно дуплексном режиме

Не требует для работы внешних элементов, например конденсаторов (в отличие от аналога – MAX232)

Рисунок 4.7.2 – Пример включения микросхемы DALLAS DS275

Технические характеристики микросхемы:

• 
  Напряжение питания – 5/12В;
• 
  Напряжение на выходе - ±15В;
• 
  Рабочий диапазон температур – 0С…+70С.

^

4.8 Стабилизаторы LM78L05 и LM78L12

Рисунок 4.8.1 – Расположение выводов регулятора напряжения LM78LXX

Для питания проектируемого устройства были выбраны широко распространённые стабилизаторы напряжения производства фирмы National Semiconductor LM78L05 и LM78L12, рассчитанные на 5 и на 12 вольт соответственно. Оба стабилизатора являются линейными регуляторами напряжения положительной полярности и обладают схожими техническими характеристиками:

• 
  Выходное напряжение меняется на ±5% в зависимости от температуры (см. рисунок 4.8.2);
• 
  Выходной ток – до 100мА;
• 
  Встроенная термозащита;
• 
  Встроенный ограничитель по току;
• 
  Доступен в различных корпусах (TO-92, SO-8, различные SMD корпуса и др.);
• 
  Не требует внешних компонентов;
• 
  Напряжение выхода 5 и 12 В.

Рисунок 4.8.2 – Температурная характеристика стабилизатора
^

4.9 Расчет фильтров

К сожалению, получаемый с фотоприемников сигнал является зашумленным. Этот шум имеет две составляющие - фотонный шум и полупроводниковый шум - и носит характер высокочастотного.

Для решения проблемы зашумленного сигнала был спроектирован фильтр низких частот, который должен быть расположен после каждого из фотоприемника.

Как известно, максимальная частота пульса - около 200 ударов в минуту, т.е. до 4Гц. Для повышения точности измерений будем снимать показания 20 раз в секунду, т.е. частота среза для НЧ фильтра составит 20Гц.

Поскольку расчет фильтра и номиналов компонентов - несложное, но кропотливое занятие, при выполнении которого легко ошибиться, мы использовали для расчета фильтра специальное ПО, разработанное на кафедре АУТС.

Рисунок 4.9.1 Параметры НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.1 приведены параметры рассчитываемого фильтра. Т. к. в состав схемы уже включен усилитель, от фильтра не требуется дополнительное усиление в области пропускания и коэффициент усиления установлен равным единице.

Рисунок 4.9.2 Сравнение различных типов фильтров

Было решено использовать фильтр Баттерворта, т.к. он позволяет получить очень гладкую АЧХ в области усиления (Рисунок 4.9.2). Пологость же линии среза компенсируется тем, что высокочастотные шумы все равно начинаются с частоты около 1кГц, т. о. они будут очень сильно затухать.

Рисунок 4.9.3 Принципиальная схема включения звена фильтра

Программа расчета предложила фильтр Баттерворта второго порядка, который легко реализовать с помощью всего одного звена, приведенного на рисунке 4.9.3.

Рисунок 4.9.4 Рассчитанные номиналы элементов

На рисунке 4.9.4 приведены рассчитанные номиналы элементов фильтра, приведенные к стандартному номинальному ряду.

R1 - 44.8 кОм

R2 - 44.8 кОм

R3 - 22.6 кОм

Рисунок 4.9.5 АЧХ НЧ-фильтра

На рисунке 4.9.5 приведена АЧХ рассчитанного фильтра. Легко видеть, что рассчитанный фильтр полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

^

5 Разработка схемы алгоритма и управляющей программы5.5 Алгоритм функции расчета систолического давления

Рисунок 5.5.1 - Блок-схема функции расчета систолического давления

^

5.6 Алгоритм функции вывода данных на экран

Рисунок 5.6.1 - Блок-схема функции вывода данных на экран
^

6 Описание принципиальной схемы

В полном соответствии со структурной схемой, ниже приведено описание отдельных блоков и элементов схемы принципиальной электрической.

Спроектированное устройство состоит из двух каналов передачи данных, микроконтроллера со встроенным АЦП, ЖК-дисплея и коммуникационного порта. Каждый канал передачи данных состоит из оптопары, НЧ-фильтра, усилителя и дифференцирующего звена.

^

6.1 Описание отдельных элементов

6.1.1 Аналоговые цепи

XP4 – разъем для подключения к двум оптопарам

Низкочастотные фильтры используются для отсечения высокочастотного полупроводникового и фотонного шума от полезного сигнала, получаемого с фотоэлементов, входящих в состав оптопар.

R1, R2, R3, R4, C6, C7, DA1 и R10, R11, R12, R13, C9, C10, DA4 – низкочастотные фильтры с частотой среза 20Гц.

Поскольку сигнал, получаемый с фотоэлементов, обладает амплитудой всего до 100мВ, то используются усилителя сигнала на микросхемах операционного усилителя, для поднятия уровня сигнала до 5В.

R5, R6, R7, DA2 и R14, R15, R16, DA5 – усилители на микросхемах операционного усилителя с коэффициентом усиления К=50.

Для получения первой производной от отфильтрованного сигнала используется пара дифференцирующих звеньев.

R8, R9, C8, DA3 и R17, R18, C11, DA6 – дифференциаторы с постоянной времени T=0.1

6.1.2 Микроконтроллер

Встроенный в микроконтроллер АЦП производит дискретизацию 4-х получаемых потока данных; микроконтроллер осуществляет обработку полученных данных, производит расчет среднего, диатолического и систолического давления, а также пульса. Кроме того, микроконтроллер производит индикацию на ЖК-дисплее и передает полученные данные на ПК через коммуникационный порт.

DD1 – микроконтроллер со встроенным 10-и разрядным АЦП

Q1 – кварцевый резонатор с частотой 20МГц

C1, C2 – вспомогательные конденсаторы для колебательного контура

^

6.1.3 Коммуникационные устройства

Для информирования пользователя используется ЖК-дисплей, а для передачи данных на ПК – коммуникационный порт RS-232.

DD2 – микросхема согласования уровней напряжения для порта RS-232

XP1 – разъем коммуникационного порта RS232

XP3 - разъем для подключения жидкокристаллического дисплея

^

6.1.4 Цепь питания

Цепь питания обеспечивает стабильное напряжение 5В для питания всех активных аналоговых и дискретных компонентов устройства.

XP2 – разъем для подключения внешнего источника питания

DA0 – стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание устройства с напряжением 5В.

Заключение

В данной работе спроектирован прибор для неинвазивного измерения
артериального давления и частоты сердечных сокращений (пульса). Такой
прибор позволяет достаточно часто снимать показания, а в совокупности
с компьютером и средствами хранения данных - вести подробную
статистику изменения этих показаний и таким образом даже
прогнозировать возможное дальнейшее ухудшения самочувствия.
Прибор может быть выполнен на недорогой существующей элементной базе,
не требует высокой квалификации персонала, подходит для использования
вне медицинских учреждений.

Во время проектирования устройства были в полной мере задействованы знания и навыки, полученные за годы изучения специальности «Автоматика и управление в технических системах».
^

Приложение А

Сюды вставится листег с заданием.

А тут будет страничка календарного плана

Приложение В

Список литературы

1. 
   Новацкий А.А Электронный конспект по курсу «Компьютерная электроника».
2. 
   Дж. Ф. Янг Робототехника Ленинград, «Машиностроение», 1979г.
3. 
   А. А. Краснопрошина Электроника и микросхемотехника Киев, «Высшая школа», 1989г.
4. 
   Денисенко Т.А, Тихончук С.Т Методические указания по применению контроллеров семейства SIMATIC S5, ОГПУ, 1998г.
5. 
   Ямпольский Л.С, Мельничук П.П, Самоткин Б.Б Гибкие компьютеризированные системы, Житомир, 2005 г.
6. 
   Д. Морман, Л. Хеллер Физиология сердечнососудистой системы.
7. 
   Мандел В.Дж. Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение. В 3-х томах
8. 
   Яковлев В.Б., Макаренко А.С., Капитонов К.И. Диагностика и лечение нарушений ритма сердца.