بررسی اجمالی ماژول سنسور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس GebraBit ADS1292R

مروری بر سنسور ADS1292R

ADS1292R یک سنسور تنفس و ECG 24 بیتی دو کاناله است که یک کانال برای اندازه گیری سیگنال ECG ضربان قلب و دیگری برای مانیتورینگ تنفس میباشد، این سنسور دارای توانایی نمونه برداری همزمان بوده و در پکیج 32 پین TQFPسایز 5×5mm قرار دارد و با نرخ داده تا 8kSPS و در محدوده‌ی دمایی -40 °C تا +85 °C کار می کند.

این سنسور دو آپشن برای بخش مربوط به تنفس ارائه میدهد، یکی تنفس داخلی با کلاک خارجی و دیگری تنفس داخلی با کلاک داخلی.

در ساخت این قطعه از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا_سیگما (ΔΣ)، یک منبع داخلی، یک گین امپلی فایر قابل تنظیم و یک اسیلاتور بهره گرفته شده است.

یکی دیگر از ویژگی‌های قابل توجه سنسور ADS1292R ، آن است که این سنسور دارای یک مالتی پلکسر ورودی انعطاف پذیر در هر کانال است که می تواند به طور مستقل به سیگنال های تولید شده داخلی برای تست، اندازه گیری دما و تشخیص جدا شدن هر یک از لیدها ، متصل شود.

مشخصات فنی

Number Of Channels: 2
Output type: Digital – SPI
ADC Resolution: 24 Bit
Data rate: 125SPSP to 8kSPS

کاربردها

Medical instrumentation (ECG) including:
– Patient monitoring: Holter, event, stress, and vital signs including ECG, AED, and telemedicine
– Personal care and fitness monitors
(heart rate, respiration, and ECG)
High-precision, simultaneous, multichannel data acquisition

ویژگی‌های ماژول GebraBit ADS1292R

User selectable analog and digital supply voltage
User selectable ADS1292R clock source (Internal or external )
2.048 Mhz crystal oscillator
Benefits from ECG and respiration of ADS1292R
Can use 3-lead ECG cable with 3.5mm phone male jack
ON/OFF LED indicator
Access to important I/O of ADS1292R
SPI interface for reading data and configuring the sensor
Pin Compatible with GEBRABUS
It can be used as a daughter board of GEBRABIT MCU Modules
Featuring Castellated pad (Assembled as SMD Part)
Separatable screw parts to reduce the size of the board
Package: GebraBit medium (36.29mm x 46.18mm)

ماژول ECG دو کانال GebraBit ADS1292R

با توجه به اینکه دسترسی به پایه‌های سنسور دشوار است، کاربران برای توسعه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری این سنسور به یک برد ابتدایی (starter board) و درایور نیاز دارند. برای راحتی کاربران، GebraMS برد ماژول ECG دو کانال GebraBit ADS1292R را طراحی کرده است. کاربران می‌توانند به کمک این برد، به مهم‌ترین پایه‌های سنسور به‌راحتی دسترسی پیدا کنند.
کافی است برد ماژول ECG دو کانال GebraBit ADS1292R را روی برد (Breadboard) قرار دهید و سپس با یکی از بردهای Arduino، Raspberry Pi یا Discovery و با اعمال ولتاژ مناسب، آن را راه‌اندازی کنید.
ما به‌ویژه استفاده از Gebra STM32F303 را توصیه می‌کنیم؛ چرا که این برد دارای رگولاتور داخلی ۳.۳ ولت است و ترتیب پایه‌های آن با تمامی ماژول‌های Gebra هماهنگ است (استاندارد GEBRABUS)، بنابراین می‌توانید برد ماژول ECG دو کانال GebraBit ADS1292R را مستقیماً به سوکت مربوطه متصل کرده و بدون نیاز به سیم‌کشی، برنامه‌نویسی را آغاز کنید.

ماژول GebraBit ADS1292R ، یک ماژول 24 بیتی سنسور ECG سه لید با 2 کانال نمونه‌برداری است که یک کانال آن برای اندازه گیری سیگنال ECG ضربان قلب و دیگری برای مانیتورینگ تنفس در نظر گرفته شده است. ماژول GebraBit ADS1292R ، به دو ولتاژ برای تغذیه‌ی آنالوگ و دیجیتال ADS1292R نیاز دارد.

GebraBit ADS1292R، دو انتخاب برای منبع کلاک ADS1292R ارائه می‌کند، یکی از آنها اسیلاتور داخلی ADS1292R و دیگری کریستال اسیلاتور خارجی 2.048MHz میباشد.

ماژول GebraBit ADS1292R، از ECG و سنسور تنفس ADS1292R برخوردار است و همچنین به دلیل به کارگیری سوکت مادگی جک هدفون 3.5mm در این ماژول، هر کابل ECG دارای 3 لید با جک 3.5mm می‌تواند نیاز کاربران را برطرف کند.

در این ماژول برای خواندن داده‌ها و برقراری ارتباط با سنسور، یک رابط SPI مورد نیاز است.

معرفی بخش های ماژول

سنسور ADS1292R

ای سی اصلی این ماژول بوده که که مدار آن طراحی شده و در مرکز ماژول قرار گرفته است.

جک هدفون 3.5mm

این جک هدفون به منظور اتصال لیدهای ECG به ماژول بوده و برای دریافت سیگنال های ضربان قلب استفاده میشود.

برای اتصال دستگاه به بدن از یک کابل ECG سه لید با جک هدفون نری استفاده میشود . در کابل‌های ECG سه لید، لیدها‌ به سه رنگ قرمز ، سبز و زرد هستند که لید قرمز به دست راست، لید زرد به دست چپ و لید سبز به پای راست شخص وصل میشود.

با اتصال جک هدفون نری کابل ECG به سوکت مربوطه روی ماژول و چسباندن صحیح لیدها ، ماژول فعال شده و مانیتورینگ ضربان قلب انجام میشود.

در تصویر زیر شکل سیگنال خروجی یکی از کانال‌ها به عنوان نمونه آورده شده است.

جامپر تعیین منبع کلاک داخلی/ خارجی سنسور

درصورتیکه مقاومت 0R به سمت چپ باشد، منبع کلاک داخلی انتخاب شده است و در صورتیکه مقاومت 0R به سمت راست باشد، منبع کلاک خارجی انتخاب میشود.

نکته: اگر جامپر سلکتور تعیین منبع کلاک داخلی/ خارجی سنسور بر روی داخلی قرار گرفته شود و جامپر سلکتور منبع کلاک خارجی روی سمت چپ باشد، کلاک داخلی سنسور بر روی پین CLK در دسترس قرار خواهد گرفت.

جامپرسلکتور منبع کلاک خارجی

درصورتیکه مقاومت 0R سمت راست باشد کریستال اسیلاتور 2.048MHz تعبیه شده بر روی برد به عنوان منبع خارجی فعال خواهد شد و در صورتیکه مقاومت 0R سمت چپ باشد، منبع کلاک خارجی از پین CLK دریافت میشود.

کریستال اسیلاتور 2.048MHz

با توجه به وضعیت جامپر سلکتور کلاک سورس خارجی و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، کریستال اسیلاتور ماژول، به عنوان منبع کلاک خارجی، فعال می شود.

جامپر سلکتور ولتاژ تغذیه‌ی آنالوگ (AVDD)

با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ تغذیه آنالوگ سنسور از بین 3V3 و 5V انتخاب میشود.

جامپر سلکتور ولتاژ تغذیه‌ی دیجیتال (DVDD)

با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ تغذیه دیجیتال سنسور از بین 1V8 و3V3 انتخاب میشود.

LED نمایشگر وضعیت روشن/ خاموش سنسور

با توجه به وضعیت جامپرهای AVDD و DVDD با اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.

پین های ماژول

پین های تغذیه

3V3: این پین می تواند با توجه به وضعیت Jumper Selector های AVDD و DVDD ،تغذیه اصلی آنالوگ و دیجیتال سنسور را تامین کند.
1V8 : این پین می تواند با توجه به وضعیت Jumper Selector DVDD ،تغذیه اصلی دیجیتال سنسور را تامین کند.
GND : این پین، زمین مشترک برای تغذیه ماژول میباشد

پین های SPI

SDI(MOSI) : از این پین، برای ارسال دیتا از میکروکنترلر(پردازنده) به ماژول(سنسور) استفاده میشود.نام اختصاری این پین برگرفته از عبارت لاتین Serial Data In / Microcontroller Out Sensor In می باشد.
SDO(MISO) : از این پین، برای ارسال دیتا از ماژول(سنسور) به میکروکنترلر(پردازنده) استفاده میشود.نام اختصاری این پین برگرفته از عبارت لاتین Serial Data Out / Microcontroller In Sensor Out می باشد.
SCK : این پین، پین کلاک برای ارتباط SPI بوده که از نوع ورودی (Input) برای سنسور محسوب و به پین کلاک متناظر در میکروکنترلر(پردازنده) ، متصل می شود.
CS : این پین، پین Chip Select برای ارتباط SPI با ماژول(سنسور) می باشد، که با اعمال ولتاژ LOW (0V) ،ماژول(سنسور) برای ارتباط SPI انتخاب می شود.این پین از نوع ورودی (Input) برای سنسور محسوب می شود.

در صورتی که می خواهید از چندین ماژول GebraBit ADS1292Rبه صورت همزمان استفاده کنید، کافیست پین های SDO , SDI , SCK همه ماژول ها و میکرکنترلر(پردازنده) را به هم متصل کرده و به CS هر کدام، یک پین منحصر به فرد اختصاص دهید.

پین های ورودی/خروجی

GP1 : این پین، پین GPIO1 ماژول است که میتوان از آن به عنوان پین ورودی / خروجی همه منظوره استفاده کرد.
GP2 : این پین، پین GPIO2 ماژول است که میتوان از آن به عنوان پین ورودی / خروجی همه منظوره استفاده کرد.

دیگر پین ها

RST : از این پین برای راه اندازی مجدد (ریست کردن ) سنسور استفاده میشود.
RDY : این پین، پین خروجی دیجیتال ماژول است که وقتی دیتا آماده میشود در حالت active-low قرار میگیرد.
STA : این پین، پین استارت ماژول است و از آن برای روشن کردن سنسور استفاده میشود.

اتصال به پردازنده

اتصال SPI با GebraBit STM32F303

برای اتصال SPI ماژول GebraBit ADS1292Rبه ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 بعد از تعریف کردن SDI و SDO و SCK و CS رو پین های PB5 و PB4 و PB3 و PC13 (برای راحتی کار در STMCUBEMX) ماژول GebraBit ADS1292R را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit STM32F303 قرار دهید.

اتصال SPI با GebraBit ATMEGA32A

با توجه به اینکه پین های SPI میکروکنترلر ATMEGA32A بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های SPI دیگر ماژول های GEBRABIT می باشد، ماژول GebraBit ADS1292R را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و با ماژول GebraBit ADS1292R از طریق SPI ارتباط برقرار کنید.

توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای VDD ماژول GebraBit ADS1292R روی 3V3 باشد تا راحت تر بتوانید ولتاژ3V3 را از ماژول میکروکنترلری بگیرید.

اتصال SPI با ARDUINO UNO

پین 3V3 ماژول ADS1292R را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
پین GND ماژول ADS1292R را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
پین SDI ماژول ADS1292R را به پین D11 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم زرد)
پین SDO ماژول ADS1292R را به پین D12 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم بنفش)
پین SCK ماژول ADS1292R را به پین D13 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم نارنجی)
پین CS ماژول ADS1292R را به پین D10 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم آبی)