بررسی اجمالی ماژول سنسور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس GebraBit ADS1192

ADS1192 یک سنسور   آنالوگ Front_end 16بیتی دو کاناله  مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس،  با توانایی نمونه برداری همزمان و تشخیص جدا شدن لید میباشد که در پکیج 32 پین TQFPدر سایز 5×5mm قرار دارد و  با نرخ داده تا 8kSPS و در محدوده‌ی دمایی -40 °C  تا +85 °C  کار می کند.

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 ADS1192 ،  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 لید ها ، متصل شود

Gebra ADS1192 یک ماژول سنسور ECG با دقت 16 بیت است که دارای دو کانال هم‌زمان نمونه‌برداری و طراحی چهار سیمه می‌باشد. این ماژول برای تغذیه هم بخش آنالوگ و هم بخش دیجیتال خود، به دو ولتاژ مجزا نیاز دارد؛ بنابراین، برای اینکه کاربر بتواند ولتاژ تغذیه موردنظر خود را بین 3.3V تا 5V انتخاب کند، دو جامپر انتخابی (jumper selector) در نظر گرفته شده است.

Gebra ADS1192 برای منبع کلاک (clock source) دو گزینه ارائه می‌دهد:

1. نوسان‌ساز داخلی (Internal Oscillator) ماژول ADS1192
2. نوسان‌ساز کریستالی خارجی 2.048 MHz

انتخاب منبع کلاک از طریق جامپر انتخابی به نام ‘CLK SEL’ jumper انجام می‌شود. علاوه بر این، یک جامپر دیگر به نام “EXT CLK” jumper نیز در این ماژول وجود دارد که نشان‌دهنده استفاده از یک منبع ساعت خارجی است.

همچنین در Gebra ADS1192، به دلیل وجود سوکت TYPE-C مادگی، تنها از دو کانال سنسور ADS1192 استفاده می‌شود. برای این منظور، یک کابل خاص EKG پنج سیمه طراحی شده، اما کاربران فقط به چهار سیم از این پنج سیم نیاز دارند!

این ویژگی‌ها، GebraBit ADS1192 را به یک انتخاب حرفه‌ای و انعطاف‌پذیر برای اندازه‌گیری سیگنال‌های ECG تبدیل می‌کنند.

ویژگی‌های ماژول GebraBit ADS1192

• User selectable analog and digital supply voltage
• User selectable ADS1192 clock source (Internal or external )
• 2.048 Mhz  crystal oscillator
• Benefits from 2 channel of ADS1192
• Custom-built TYPE-C 5 lead ECG cable  
• ON/OFF LED indicator
• Access to important I/O of ADS1192
• 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)

معرفی بخش های ماژول

سنسور ADS1192

ای سی اصلی این ماژول بوده که به منظور مانیتورینگ ضربان قلب و تنفس در مرکز ماژول قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.

type-C کانکتور

کانکتور type-C به منظور اتصال لیدهای ECG به ماژول بوده و برای دریافت سیگنال های ضربان قلب استفاده میشود.

این دستگاه را میتوان به وسیله‌ی یک کابل ECG پنج لید با کانکتور type-c به بدن متصل کرد که یک لید از پنج لید کابل ECG بدون اتصال باقی میماند.

پیشنهاد ما استفاده از کابل اختصاصی طراحی شده توسط GebraBit  میباشد، چرا که این کابل  باتوجه به ویژگی‌های ماژول و کانکتور تایپ C به کار رفته درآن، ساخته شده است.

هر لید این کابل، دارای رنگ مخصوصی است که با توجه به آن، محل اتصال لید با بدن شخص میشود.

برای اتصال دستگاه به بدن و مانیتورینگ ضربان قلب کافیست کانکتور type-c کابل ECG را به سوکت مربوطه روی ماژول وصل کرده و لید قرمز را به شانه‌ی راست،لید زرد را به شانه‌ی چپ، لید مشکی را به پای راست و لید سبز را به پای چپ فرد و لید سفید بدون اتصال باقی میماند.

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

جامپر سلکتور منبع کلاک داخلی/ خارجی

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 3V3  و 5V 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

• 5V و 3V3 : این پین‌ها می توانند با توجه به وضعیت Jumper Selector های AVDD وDVDD ،تغذیه اصلی سنسور را تامین کنند.
• GND : این پین، زمین مشترک برای تغذیه ماژول است.

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 ADS1192 به 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 ) دستگاه استفاده میشود.
• RDY : این پین، پین خروجی دیجیتال ماژول است که وقتی دیتا آماده است در حالت active-low کار میکند.
• STA : این پین، پین استارت ماژول است و از آن برای روشن کردن ماژول استفاده میشود.

اتصال به پردازنده

اتصال SPI با GebraBit STM32F303

برای اتصال SPI ماژول GebraBit ADS1192به 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 ADS1192را 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 ADS1192 را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و با ماژول GebraBit ADS1192 از طریق SPI ارتباط برقرار کنید:

توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای VDD ماژول GebraBit  ADS1192 روی 3V3 باشد تا راحت تر بتوانید ولتاژ3V3 را از ماژول میکروکنترلری بگیرید.

اتصال SPI با ARDUINO UNO

• ین 3V3 ماژول ADS1192 را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
• پین GND ماژول ADS1192 را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
• پین SDI ماژول ADS1192 را به پین D11 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم زرد)
• پین SDO ماژول ADS1192 را به پین D12 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم بنفش)
• پین SCK ماژول ADS1192 را به پین D13 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم نارنجی)
• پین CS ماژول ADS1192 را به پین D10 برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم آبی)