2.2 Моделирование печатной платы устройства в сапр Circuit Maker
Произведем разработку и моделирования печатной платы устройства в САПР Circuit Maker с подбором и расстановкой компонентов.
Принципиальная схема устройства, созданная в Circuit Maker, показана на рис. 2.2.1.
Рисунок 2.2.1 – Принципиальная схема, построенная в Circuit Maker
Далее произведем расстановку компонентов на плате и проложим контактные дорожки (рис. 2.2.2).
Рисунок 2.2.2 – Схема разведения печатной платы
Перейдем в 3D-режим просмотра платы. Виды в трёх различных проекциях показаны на рис. 2.2.3, 2.2.4 и 2.2.5.
Рисунок 2.2.3 – 3D-модель платы, вид сверху
Рисунок 2.2.4 – 3D-модель платы, вид снизу
Рисунок 2.2.5 – 3D-модель платы, общий вид
Размер получившейся платы: 29 х 27 мм.
3 Обработка сигналов, получаемых в процессе работы устройства
3.1 Разработка и описание алгоритма работы программного обеспечения
Принимаемые с кардиографа данные несут в себе диагностический важную информацию, однако помехи, накладываемые на сигнал, зачастую делают его практически «не читаемым» для медицинского работника. Неверно интерпретированный сигнал может привести к неверно выставленному диагнозу и непоправимым ошибкам.
Аппаратная фильтрация, реализуемая при помощи активных фильтров на основе различных микросхем часто используются при построении диагностических систем мониторинга сердечной активности, однако цифровая обработка имеет множество существенных преимуществ [8]. Среди них:
Возможность совместного использования с алгоритмом автоматического анализа сигнала;
Возможность быстрого изменения параметров фильтрации;
Простой математический аппарат;
Возможность уменьшения размера устройства за счет исключения электрической схемы фильтрации.
Наиболее часто в целях цифровой фильтрации используются т. н. БИХ-фильтры, позволяющие провести эффективную обработку сигнала. Одним из самых известных фильтров этого класса является фильтр Баттерворта (Баттеруорта) [9]. Он проектируется так, чтобы его амплитудно-частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания (рис. 3.1.1).
Рисунок 3.1.1 – Амплитудно-частная характеристики БИХ-фильтра Баттерворта
Дополнительным аргументом в сторону выбора данного типа фильтра является наличие большого числа библиотек для различных языков программирования.
Двумя другими важными и информативными характеристиками при анализе ЭКГ-сигналов являются спектр и автокорреляционная функция сигналов. Анализ их графиков позволяет делать заключения о наличии сердечных патологий и предотвращать их на ранней стадии.
Таким образом, требования к разрабатываемой программе:
Способность считывать данные ЭКГ сигнала (в текстовом формате данных .txt);
Возможность производить цифровую фильтрацию сигнала с настраиваемыми параметрами;
Возможность рассчитывать и строить графики спектра и АКФ для исходных и отфильтрованных сигналов.
Наиболее широкие возможности в обработке сигналов предоставляет язык программирования Python: он имеет простой синтаксис, большое количество библиотек для обработки сигналов, построения графиков и произведения математических расчётов.
Средой для построения графического интерфейса программы был выбрал QtDesigner и фреймворк Python Qt5, за удобство разработки [10].
Для анализа работы программы были выбраны 2 фрагмента реальных ЭКГ сигнала, зарегистрированных при частоте дискретизации 250 Гц.