Схемотехнічне проектування кардіомонітора

Размещено на http://www.allbest.ru

Зміст

Вступ

Розділ 1. Аналіз варіантів побудови кардіомонітора

1.1 Функціональні можливості пристроїв мобільного зв'язку

1.1.1 Підключення зовнішнього аналогового сигналу до гнізда гарнітури

1.1.2 Підключення зовнішнього цифрового сигналу до опціонального гнізда пристрою мобільного зв'язку

1.1.3 Підключення зовнішнього цифрового сигналу до пристрою мобільного зв'язку по бездротовому каналу

1.2 Використання можливостей пристроїв мобільного зв'язку для кардіомоніторингу

Розділ 2. Схемотехнічне проектування кардіомонітора

2.1 Розробка функціональної схеми кардіомонітора

2.2 Розрахунок часу автономної роботи кардіомонітора

Розділ 3. Опис та розробка схеми пульсометра

Розділ 4. Охорона праці

4.1. Системний підхід до охорони праці, профілактика травматизму на виробництві

4.1.1 Системний підхід до охорони праці

4.1.2 Загальні вимоги до покращення умов праці на виробництві

4.2 Захист від ураження електричним струмом

4.2.1 Вражаючий фактор електричного струму і засоби захисту

4.2.2 Методи зменшення небезпечних факторів

4.2.3 Застосування малих напруг

Висновок

Список використаних джерел

сигнал мобільний кардіомонітор



Вступ

Датчики пульсу в останні роки набули досить широкого застосування. Зараз вони застосовуються в найрізноманітніших пристроях. Для прикладу можна привести такі прилади як поліграфи, різноманітні прилади медичної галузі, спортивні тренажери, часи для спортсменів та ін. Як ви розумієте цей список можна продовжувати. Зараз існує безліч способів реалізацій датчиків пульсу та пульсометрів. Але зупинитись на одному універсальному дуже важко тому, що одним людям потрібна потужна вимірювальна система, а іншим потрібний примітивний пристрій для зняття пульсу. В статті йтиметься про досить простий за конструкцією пульсометр тапідключення його до високопродуктивного одноплатного контролера DS1104 фірми dSPACE.

Оскільки плата є досить потужна, то це дасть можливість в подальшому реалізувати на цій самій платі вимірювальний комплекс будь-якої складності



Розділ 1. Аналіз варіантів побудови кардіомонітора

Звичайна 12-ти канальна ЕКГ, використовує 10 електродів і є чинним стандартом для аналізу, ідентифікації і підтвердження таких кардіологічних проблем, як аритмія. Для тривалого моніторування зазвичай використовується три або п'ять електродів. Це забезпечує безперервну, але обмежену інформацію. Тоді ж, коли для моніторування використовується модифікована 12-ти канальна система, її застосування обмежується великим числом дротів і електродів.Головними цілями ЕКГ-моніторування є:

* Виявлення та документування аритмій серця;

* Виявлення та документування ST-змін, включаючи зміни, пов'язані з серцевою недостатністю;

* Оцінка ефективності терапії.

Численні клінічні дослідження показали істотні переваги 12-ти канального ЕКГ-моніторування для досягнення вищевказаних цілей. Ось деякі з них:

* Детальний діагноз аритмій часто вимагає інформації з 12-ти ЕКГ відведенням;

* Виявлення ішемічних змін потребує моніторингу в прекордіальних відведеннях;

* постінфарктної зміни дуже важко диференціювати від ішемії, якщо не виконувалося 12-ти канальне ЕКГ-моніторування;

* Використовуючи стандартну 12-ти канальну електрокардіографію, практично неможливо задокументувати рідкісні терапевтично важливі події.

Протягом всього часу з моменту винаходу ЕКГ Ейнтховенном в 1903 р., і використання стандартних відведень, не припиняються спроби знайти іншу систему відведень, діагностують стан серця людини з більшою точністю або з меншими апаратними витратами. В даний час для отримання ЕКГ сигналів у системах діагностики і моніторування використовується безліч різних систем відведеня. Нижче описуються можливості їх застосування стосовно до тривалого мониторированию.

Звичайна 12-канальна ЕКГ надзвичайно широко використовується для діагностичних цілей, проте для тривалого моніторування вона практично не застосовується з наступних причин:

* кількість електродів - десять. Велике число електродів збільшує ціну і ускладнює процедуру їх накладення;

* зручність пацієнта. Десять електродів і десять проводів незручні для пацієнта;

* обробка та зберігання. Необхідно вісім каналів обробки та зберігання даних;

* перешкоди клінічним процедурам. Велике число електродів, особливо грудних, заважає проведенню різних клінічних процедур;

* артефакти. Основні електроди надзвичайно чутливі до рухів пацієнта.

У стандартній системі з 5-ти відведень є тільки три незалеж-сімих ЕКГ-каналу (два основних і грудної). Вони дозволяють відновити до семи ЕКГ-відведень (три основних, три посилених і одне грудне). Грудне відведення V1 може використовуватися для моніторингу аритмій, середні прекордіальних відведення V2-V5 більш чутливі при виявленні ішемії. Висновки за стандартною 5-ти канальної системі відведень:

* Кількість електродів - п'ять;

* Зручність пацієнта. Мале число електродів підвищує комфортність пацієнта;

* Обробка й зберігання. З трьох незалежних ЕКГ-каналів може бути відновлено до семи ЕКГ-відведень, 12-ти канальна ЕКГ при цьому недоступна;

* Перешкоди клінічним процедурам. Мале число електродів і проводів знижують заважає вплив діагностичним процедурам;

* Артефакти. Зменшується рівень рухових артефактів за малого числа електродів. Однак, електроди розташовуються поблизу рук і ніг, даючи середній рівень чутливості до рухів пацієнта.

Система відведень EASI представляє собою метод обчислення 12-ти канальної ЕКГ з використанням конфігурації тільки з п'яти електродів і була спочатку розроблена саме для цілей ЕКГ-моніторингу.Система EASI має такі характеристики:

* Невелике число електродів;

* Поліпшений комфорт пацієнта;

* Менший обсяг зберігаються і оброблюваних даних;

* Одночасне відображення 12-ти відведень ЕКГ;

* Незначні перешкоди клінічним процедурам;

* Зниженню рухових артефактів.

Таблиця 1.1. Порівняння систем ЕКГ відведень

	Звичайна 12-ти канальна ЕКГ	Модифіц. 12-каналь-ная ЕКГ	Стандартная 5-канальная ЕКГ	Система Франка	EASI
Число улектродів	10	10	5	8	5
Зручність пацієнта	ні	ні	так	ні	так
Число незалежних відведень	8	8	3	3	3
Число відображаючих відведень	12	12	7	12	12
Перешкоди клінічним процедурам	є	є	немає	немає	немає
Артефакти	високі	середні	низькі	середні	низькі

Таким чином, система EASI забезпечує наступні переваги перед звичайною та модифікованою 12-ти канальною системою відведень:

* просте і точне визначення положення електродів забезпечує відтворюваність результатів;

* економія часу і коштів;

* підвищення зручностей і мобільності пацієнта;

* зниження обсягів зберігаються і оброблюваних даних - всього 3 канали реєстрації, обробки, зберігання та передачі інформації.

Виходячи зі сказаного, робимо висновок про те, що структурна схема кардіомонітор, відповідна системі вимірювань EASI, є оптимальною для варіанту кардіомонітор з найбільшою функціональністю. Дана схема наведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структурна схема EASI кардіомонітор

Для реалізації найдешевшого варіанту кардіомонітор досить вимірювання тільки одного відведення, причому типу відведення пацієнт буде вибирати вручну. Структурна схема такого кардіомонітор наведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурна схема «ручного» кардіомонітора.



Підсумовуючи вищесказане, можна зробити висновки, що для отримання всіх 12 відведень ЕКГ, необхідних для правильної постановки діагнозу, потрібно використовувати кардіомонітор, структурна схема якого задовольняє методам реєстрації ЕКГ - EASI. Крім того, для другого, «ручного» варіанту кардіомонітор досить одноканальної схеми реєстрації та індикації.Розглянемо можливості інтеграції розглянутих кардіомоніторів з пристроєм мобільного зв'язку (УМС). В якості такого пристрою може виступати стандартний стільниковий телефон, комунікатор, смартфон і т.д.

1.1 Функціональні можливості пристроїв мобільного зв'язку

Перерахуємо функціональні можливості пристроїв мобільного зв'язку з точки зору роботи з зовнішніми сигналами та ЕКГ сигналом:

1.1.1 Підключення зовнішнього аналогового сигналу до гнізда гарнітури

У роз'ємі гарнітури присутні, як мінімум, мікрофонний вхід і вихід на навушник. Амплітуда сигналу на мікрофонному вході становить одиниці мілівольт, що цілком сумісне з амплітудою ЕКГ сигналу на електродах, що досягає 4-5 мВ в зубці R. Вихід на динамік або навушник можна використовувати для отримання «нульового» потенціалу на тілі людини, усуває мережеві наведення 50 Гц. Однак мікрофонний вхід, як правило, забезпечений розділовим конденсатором, не проникним постійну складову сигналу. Смуга пропускання мікрофонного входу, як правило, лежить в межах 20 ... 3000 Гц, а смуга частот ЕКГ сигналу становить не менше 0,1 ... 120 Гц. Таким чином, з ЕКГ сигналу віддаляється, важлива низькочастотна складова 0,1 ... 20 Гц. Крім того, розділовий конденсатор не пропускає постійну складову ЕКГ сигналу, що виникає через поляризації ЕКГ електродів ± 300 мВ.

Виходячи з вищесказаного, робимо висновок про те, що безпосереднє підключення ЕКГ електродів до мікрофонного входу пристрою мобільного зв'язку можливо тільки при використанні електродів з нульовим потенціалом поляризації (наприклад, електродів з пористої кераміки з іонами срібла) або для вимірювання тільки однополярних ЕКГ відведень (наприклад, грудних відведень V1 - V6).

1.1.2 Підключення зовнішнього цифрового сигналу до опціонального гнізда пристрою мобільного зв'язку

Як правило, в моделях стільникових телефонів до недавнього часу є інтерфейс послідовного порту (COM-порт), для програмування телефону через спеціальний кабель-перехідник. Лінії цього COM-порту можна використовувати для сполучення з АЦП, який оцифровує посилений ЕКГ сигнал. Недоліком такого підключення є те, що необхідно виготовляти окрему плату підсилювача ЕКГ і АЦП. Крім того, в даний час, у зв'язку з прийомом Європейською комісією стандарту мікро-USB, виробники не встановлюють інтерфейс послідовного порту.

Виходячи з вищесказаного, робимо висновок про те, що підключення приладу мобільного зв'язку по цифрових лініях можливо тільки до розйому USB, з відповідним виконанням ЕКГ-приставки у вигляді самостійного пристрою з USB-інтерфейсом.

1.1.3 Підключення зовнішнього цифрового сигналу до пристрою мобільного зв'язку по бездротовому каналу

У сучасних стільникових телефонах, як правило, присутній один або кілька бездротових інтерфейсів. Інтерфейс Bluetooth служить як для програмування телефону, так і для підключення зовнішніх пристроїв, наприклад, Bluetooth-гарнітури. Інтерфейс Wi-Fi служить в основному для бездротового підключення телефонів до мережі Інтернет. Найбільш простим є бездротове підключення зовнішнього пристрою до стільникового телефону по інтерфейсу Bluetooth за допомогою програми, написаному на відповідній мові програмування, наприклад, JAVA.

Недоліком такого рішення є те, що ЕКГ-приставка до телефону, крім підсилювача ЕКГ, АЦП і мікроконтролера, повинна містити модуль Bluetooth.

1.2 Використання можливостей пристроїв мобільного зв'язку для кардіомоніторінга

Уявімо структурну схему «ручного» кардіомонітор з можливими місцями підключення до пристрою мобільного зв'язку, позначеними розривами схеми з номерами точок підключення (рис.1.3).

Рис. 1.3. Можливі місця підключення «ручного» кардіомонітор до пристрою мобільного зв'язку

Як видно з рис. 1.3, перша з можливих точок підключення - безпосередньо ЕКГ електроди, що підключаються по аналоговому каналу, наприклад, до мікрофонного входу гарнітури. Як розглянуто в п.1.1.1, таке підключення можливе тільки з істотними обмеженнями по функціональності кардіомонітора.

Точка підключення 2 має ті ж недоліки, що і точка 1, але вимоги до неполярізуемості ЕКГ електродів знижені за рахунок високого вхідного опору буферних підсилювачів.

Точка підключення 3 вільна від недоліків точок 1 і 2 - можна використати будь-які електроди, зсув напруги між електродами також усувається. Однак вузька смуга пропускання мікрофонного каналу приладу мобільного зв'язку зменшує якість діагностики серцевих хвороб через виключення значущої низькочастотної складової ЕКГ сигналу. Для аналізу аритмій (стрес-монітор) точка підключення 3 є оптимальною.

Точка підключення 4, як розглянуто в п.1.1.2, була можлива в старих моделях телефонів з COM-портом. На жаль, для нових розробок даний інтерфейс недоступний.

Точка підключення 5, як розглянуто в п.1.1.2, можлива за умови використання мікроконтролера з вбудованим USB-інтерфейсом або при використанні драйвера UART-USB. Дана точка найбільш оптимальна для побудови повноцінного кардіомонітора, однак при цьому ЕКГ-приставка до стільникового телефону перетворюється на самостійний виріб з можливістю підключення до будь-яких USB-пристроїв.

Точка 5 може бути підключена до пристрою мобільного зв'язку бездротовим способом, як розглянуто в п.1.1.3. Для цього потрібно додати в схему кардіомонітора модуля Bluetooth.

Виходячи з вищесказаного, робимо наступні висновки:

a) Підключення ЕКГ-приставки до пристрою мобільного зв'язку по аналоговому каналу (до гарнітури) можливе тільки після інструментального підсилювача, що усуває зсув постійної складової через поляризації електродів і їх розміщення на тілі людини. При цьому якість реєстрації ЕКГ буде відповідати стрес-моніторингу.

b) Підключення ЕКГ-приставки до пристрою мобільного зв'язку по цифровому каналу можливо за чинним стандартом мікро-USB, при цьому живлення приставки може проводитися через цей же роз'єм. Мікроконтролер кардіомонітор повинен мати вбудований USB-інтерфейс. Функції кардіомонітор по відображенню, збереженню інформації і, можливо, обробці даних з метою постановки попереднього діагнозу переходять пристрою мобільного зв'язку.

c) Підключення ЕКГ-приставки до пристрою мобільного зв'язку по безпровідному каналі можливо при оснащенні схеми з кардіомонітор модулем Bluetooth. Недоліком такого рішення є значне збільшення струму споживання приставки під час з'єднання. Гідність такого рішення - можливість видалення пристрою мобільного зв'язку від реєстратора ЕКГ на відстань до 10 м (Bluetooth Class 2), що значно знижує наводки на кола ЕКГ електродів і загальне шкідливий вплив на пацієнта при радіопередачі.



Розділ 2. Схемотехнічне проектування кардіомонітора

У попередньому розділі були розглянуті структурні схеми кардіомоніторів «ручного» типу і «EASI» типу, а також розглянуті можливості інтеграції даних кардіомоніторів з пристроєм мобільного зв'язку (УМС). В якості такого пристрою може виступати стандартний стільниковий телефон, комунікатор, смартфон і т.д.

У відношенні сполучення кардіомонітор з пристроєм мобільного зв'язку по провідному каналу був зроблений висновок про те, що це можливо тільки по цифрових лініях інтерфейсу USB, з виконанням кардіомонітор у вигляді самостійного пристрою з USB-інтерфейсом.

У відношенні сполучення кардіомонітор з пристроєм мобільного зв'язку по бездротовому каналу був зроблений висновок про те, що це доцільно виконати по інтерфейсу Bluetooth, як найбільш поширеній, і перспективному щодо зниження енергоспоживання (специфікація Bluetooth 4.0). У цьому випадку кардіомонітор виконується також у вигляді самостійного пристрою, що має Bluetooth-інтерфейс.

2.1 Розробка функціональної схеми кардіомонітора

Згідно з проведеними дослідженнями структурна схема одноканального кардіомонітор мінімальної функціональності складається з буферних підсилювачів біопотенціалів, що знімаються з електродів RA і LA (права і ліва рука), інструментального підсилювача, драйвера RL (права нога), АЦП і мікропроцесора (рис. 2.1). Для реєстрації інформації про серцевої діяльності можуть застосовуватися засоби індикації (автономний варіант кардіомонітора) або висновок на інтерфейс, що підключається до зовнішніх пристроїв відображення та аналізу інформації (пристрій мобільного зв'язку, комп'ютер тощо). У разі використання будь-якого виду інтерфейсу необхідно проміжне зберігання інформації, для формування пакетів передачі даних. Таке зберігання може проводитися у внутрішній пам'яті мікропроцесора, що прискорює обробку даних і здешевлює кардіомонітор.

Рис. 2.1. Структурна схема одноканального кардіомонітор з опциональнимі вузлами (виділені штриховий лінією).

Однак, обсяг внутрішньої оперативної пам'яті мікропроцесорів складає, як правило, кілька кілобайт, що може бути недостатньо для зберігання масивів ЕКГ даних, знімаються з високою частотою. Існують мікропроцесори з обсягами ОЗУ в десятки кілобайт (ATmega1284 виробництва фірми Atmel має «на борту» 16 Кбайт), однак такі мікропроцесори мають більше енергоспоживання, габарити і гірше співвідношення ціна/можливості. Тому в кардіомоніторах потрібно використовувати або мікроконтролери з оптимальним співвідношенням ціна обсяг ОЗУ, або застосовувати зовнішню пам'ять. Для прискорення обміну даними потрібно використовувати пам'ять з малим часом запису / читання, наприклад, феромагнітну пам'ять FRAM.

Як випливає з попередніх досліджень, оптимальним проводовим інтерфейсом для підключення кардіомонітора до пристрою мобільного зв'язку є USB. Через цей інтерфейс, крім обміну даними, можна здійснювати безпосереднє електроживлення кардіомонітора (за умови достатності напруги літієвої батареї 3,7В для живлення всіх вузлів схеми монітора).

Гальванічна розв'язка 4кВ, необхідна за медичними стандартами для захисту пацієнта від мережі змінного струму, в даному випадку не потрібно, оскільки пристрій мобільного зв'язку в стандартному режимі роботи від мережі відключено. Використання режиму зарядки акумулятора пристрою мобільного зв'язку одночасно з кардіомоніторингу забороняється! Функціональна схема кардіомонітор, що реалізує розглянуті принципи, наведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Функціональна схема одноканального кардіомонітора з проводовим інтерфейсом і живленням від пристрою мобільного зв'язку.

Питання забезпечення безпеки пацієнта при сполученні з пристроєм мобільного зв'язку практично знімається при бездротовому каналі обміну даними. З попередніх досліджень випливає, що найбільш оптимальним бездротовим інтерфейсом в даному випадку є Bluetooth специфікації 4.0. Функціональна схема кардіомонітор, що реалізує даний тип сполучення, наведена на рис. 2.3.



Рис. 2.3. Функціональна схема одноканального кардіомонітор з бездротовим інтерфейсом і автономним електроживленням

Відмінності між розробленими функціональними схемами, наведеними на рис. 2.2 і рис. 2.3, зведені в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1. Функціональні особливості кардіомоніторів з різними типами інтерфейсів

Тип інтерфейса	USB	Bluetooth
Параметри	Переваги	Недоліки	Переваги	Недоліки
Складність схем	Микросхема драйвера USB без гальванічнії ізоляції	-	-	Модуль Bluetooth з вбудованою антеною
Складність програмного забезпечення	-	Необхідне створення спеціальної програми мовою УМЗ	Існує стандартна функція прийому файлів	-
Складність конструкції	-	Необхідно провідне роз'ємне з'єднання	незалежний конструктив	-
Електрожив-лення	Від аккумулятора УМС	Необхідна хороша фільтрація живлення від УМЗ	Вбудований акумулятор, відсутність перешкод з харчування	Необхідно зарядний пристрій
Електроізоля-ція	Не потрібно в робочому режимі	Необхідно дотримання правил експлуата-ції при зарядці акумулято-ра УМЗ	Ідеальна в робочому режимі	Повинна бути забезпечена гальванічна розв'язка пристрої зарядки вбудованого акумулятора
Енергоспоживання	До 10 мА	-	-	До 100 мА при передачі
Маса	зменшення маси кардіомоні-тора	-	-	Входить маса акумулятора і вузла зарядки
вартість	нища	-	-	вища

Аналізуючи таблицю 2.1, можна зробити висновок про відсутність явних переваг однієї функціональної схеми перед іншою. Використання бездротового каналу дає більшу гнучкість у виборі УМЗ і універсальність, однак здорожує продукцію і збільшує її массогабаріти.

Пропонується вести розробку функціональної схеми з проводовим каналом як більш простий у виготовленні, а надалі модифікувати її для використання бездротового каналу зв'язку.

2.2 Розрахунок часу автономної роботи кардіомонітора

Керуючись максимальними значеннями струму споживання компонентів згідно специфікаціям, отримуємо струм споживання в робочому режимі:

IУ=IDA1 * 4 + IDA2 + IDA3 + IDA4 = 50 * 4 + 350 + 380 + 120=1050мкА.

Таким чином, загальний струм споживання аналогової частини приблизно становить 1 мА. Спільно з мікропроцесором, працюючим на максимальній тактовій частоті, і драйвером USB в режимі «сну», споживання складе 1 +4,4 +0,1 = 5,5 мА.

Типова ємність акумуляторів мобільних пристроїв знаходиться близько 1 А*год, тобто час автономної життя кардіомонітора без обміну даними по USB може скласти:

T = C / IУ = 1000/5, 5 = 182 години = 7,6 доби.

З вищесказаного можна зробити висновок, що для забезпечення роботи кардіомонітора та пристрої мобільного зв'язку від одного акумулятора протягом 7 і більше діб необхідна ємність акумулятора не менше 1,5...2 А*год.



Розділ 3. Опис та розробка схеми пульсометра

Основою пульсометра є датчик фірми Honeywell HLC1395-002. Це інфрачервоний датчик для визначення відбиваючих об'єктів на коротких дистанціях. Інфрачервоний діод і n-p-n фототранзистор змонтовані в одному чорному пластиковому корпусі, розділені перегородкою для мінімізації взаємних перешкод. Датчик сконфігурований таким чином, що катод інфрачервоного діода і емітер фототранзистора мають спільний вихід. Основними його перевагами є висока чутливість та гнучкість конструктивних рішень (компактний корпус).

Ключовим елементом схеми вимірювання пульсу є датчик HLC1395-002. Струм світлодіода задається резистором R6 і рівний 10 мА. Колектор фототранзистора через резистор підтягнутий до полюса живлення. Номінал резистора підібраний експериментально, щоб потенціал колектора був приблизно рівний половині напруги живлення. Принципова електрична схема всього пульсометра зображеня на рис. 1.

C2, R1, R12 і C1, R2, R10 - пасивні високочастотні фільтри, для відсікання постійної складової. Частота зрізу фільтрів ~ 0,2 Гц.

Неінвертуючий підсилювач зібраний на основі LM358. Це здвоєний операційний підсилювач загального призначення та із низькою вартістю. Коефіцієнт підсилення схеми задається резисторами R8 та R9 і рівтий ~ 42. Загалом достатньо, щоб отримати сигнал із розмахом амплітуди до 0,5-1,5 В.

Конденсатор С4 послаблює коефіцієнт підсилення схеми на високих частотах і разом з резистором R8 утворює низькочастотний фільтр із частотою зрізу ~ 26 Гц.

Конденсатор С5 зрізую постійну складову і разомі з резистором R9 утворює високочастотний фільтр із частотою зрізу ~ 0,15 Гц. Після остан нього фільтру стгнал пульсу надходить до контактної площадки і на вхід другого операційного підсилювача, який включений як компаратор.

Принцип дії датчика заснований на тому, що модульоване пульсом випромінювання світлодіода відбивається і надходить на фотоприймач. Модуляція виникає наступним чином. В момент «удару» серця тиск в кровоносній системі зростає, капіляри розширюються, просвіт між ними звужується, що приводить до зміни прозорості живої тканини. В результаті виникає модуляція відбитого світлового сигналу по амплітуді. Ця модуляція є малою, тому подальшою «підготовкою» і підсиленням сигналу робить електронна частина схеми. Результуюча амплітудно-частотна характеристика всієї схеми зображена на рис. 2

Контрлер DS1104 було вибрано не випадково. Оскільки в перспективі є можливість створити потужну вимірювальну систему то саме цей контролер є достатньо потужним для такого завдання.

Крім того він вже встиг прекрасно себе зарекомендувати в різних галузях промисловості провідних країн світу. Суттєвими доказами вище сказаному є:

можливість підключення майже до будь-якого ПК (потрібна лише наявність шини

РСІ);

висока швидкість обміну даними між контролером та ПК;

обробка та вивід даних в режимі реального часу.

Загалом така плата являється окремим «комп'ютером» зі своїм власним процесором та

оперативною пам'яттю. Окрім плата підтримує різноманітні інтерфейси (RS-232, RS-485, RS-422 )

та має 8 аналогово цифрових входів та 8 цифро-аналогових виходів.



Розділ 4. Охорона праці

4.1. Системний підхід до охорони праці, профілактика травматизму на виробництві

4.1.1 Системнй підхід до заходів охорони праці

Під безпекою розуміють такий стан умов праці, при якому виключена можливість дії на людину шкідливих і небезпечних виробничих факторів.

Методологічною основою охорони праці є системний підхід, який забезпечує комплексне вивчення проблеми з урахуванням усіх взаємозв'язків і взаємовпливів. При використанні системного підходу в першу чергу формується мета й виробничі критерії оптимізації. Перед цим необхідно оцінити стан охорони праці в галузі, тому що корисна діяльність людини завжди пов'язана з потенційною небезпекою.

Тому завданням охорони праці є виключення шкідливого й небезпечного впливу факторів виробничого середовища на людину або зведення цього впливу до мінімуму.

У процесі аналізу стану охорони праці визначаються кількісні значення факторів, які характеризують умови праці, що порівнюються з їх нормативними значеннями. Аналіз починається з виявлення потенційно небезпечних і шкідливих факторів для даної галузі, поділу всього виробничого процесу або системи на "підсистеми" з метою визначення їх взаємного впливу.

Основним об'єктом охорони праці є робоче місце - простір, в якому може знаходитись людина при виконанні виробничо-технологічних функцій. Будь-який технологічний процес реалізується через систему робочих місць.

Робоче місце - основна підсистема виробничого процесу. У результаті аналізу умов функціонування різних підсистем складається перелік потенційно небезпечних і шкідливих факторів галузі і розраховується їх вплив з урахуванням рівня значущості фактора (часу дії, кількості людей, характеру наслідків); визначаються завдання, які забезпечують виконання цілей, що сформульовані на першому етапі.

При виборі оптимального за критерієм безпеки варіанта виробничого процесу необхідно враховувати, що головним у роботі з охорони праці є соціальний ефект, який виявляється в збереженні й зміцненні здоров'я, підвищенні ступеня задоволення працею, зміцненні трудової дисципліни, підвищенні престижу ряду професій, зростанні виробничої активності, формуванні відношення до праці.

4.1.2 Загальні вимоги до покращення умов праці на виробництві

Під умовами праці розуміють сукупність факторів виробничого середовища, які впливають на здоров'я і працездатність людини в процесі праці.

Дослідження умов праці показали, що факторами виробничого середовища в процесі праці є:

- санітарно-гігієнічні умови, що визначають зовнішнє середовище в робочій зоні: мікроклімат, механічні коливання, випромінення, температура, освітлення тощо, як результат дії обладнання, сировини, матеріальних і технологічних процесів, які застосовуються;

- психофізіологічні елементи: робоча поза, фізичне навантаження, нервово-психологічне напруження та інші, які обумовленні самим процесом праці;

- естетичні елементи: оформлення виробничих приміщень, обладнання, робочі місця, інструменти тощо;

- соціально-психологічні елементи - складові характеристики психологічного клімату.

Зазначені фактори з точки зору дії на людину поділяються на:

- активні - ті, що містять у собі енергетичний ресурс (кінематична енергія, термічні, електричні, електромагнітні, хімічні, біологічні фактори);

- активно-пасивні - ті, що активізуються за рахунок енергії людини або стану обладнання (гострі нерухомі елементи, нерівні або з малим тертям поверхні тощо);

- пасивні - ті, що діють посередньо, побічно (корозія, недостатня міцність, підвищені навантаження).

При організації умов праці необхідно також враховувати дію на працюючих небезпечних і шкідливих виробничих факторів, які можуть призвести до травмування або погіршення стану здоров'я.

Шкідливі й небезпечні фактори поділяються на чотири групи:

- фізичні (рухомі машини й механізми, падаючі предмети, коливання температури, підвищення шуму, вібрація, випромінення, електричний струм, гострі краї обладнання, робота на висоті тощо);

- хімічні (хімічні речовини);

- біологічні (бактерії, віруси, гриби); психофізіологічні (фізичні навантаження і нервово-психічні перевантаження).

Аналіз показує, що основними причинами виробничого травматизму в галузі є такі:

- організаційні - відсутність або низька якість проведення інструктажу, порушення вимог охорони праці, відсутність контролю, невчасний ремонт або заміна несправного обладнання, незабезпечення санітарно-гігієнічних вимог тощо;

- технічні - невідповідність вимогам охорони праці або несправність виробничого обладнання, інструмента та засобів захисту;

- психофізіологічні - помилкові дії внаслідок втоми працюючих, монотонність праці, хвороби, необережність. Звідси випливає, що першочерговими напрямами профілактики виробничого травматизму в галузі є:

- аналіз причин травматизму;

- визначення найбільш травмонебезпечних ділянок та робочих місць і встановлення за ними постійного контролю;

- забезпечення високої дисципліни праці, шляхом призначення відповідних працівників відповідальними за стан охорони праці на всіх рівнях управління галуззю;

- впровадження автоматизованої системи управління охороною праці в галузі;

- підвищення рівнів навчання, атестації, інструктажів згідно з розробленим положенням про навчання працівників охорони праці в галузі;

- виконання комплексних заходів усіх структурних підрозділів щодо досягнення встановлених норм безпеки, гігієни праці та виробничого середовища, підвищення рівня охорони праці, запобігання випадкам виробничого травматизму, професійних захворювань і аварій.

Для зменшення втомленості і створення комфортних умов праці необхідно організовувати:

- раціональний режим праці і відпочинку (тривалість робочого дня, вихідні дні, обідні перерви, технічна перерва, відпустка);

- кабінети професійної діагностики, де здійснюється перевірка працівників на відповідність їх фізіологічних, психологічних і антропометричних показників характеру робіт;

- періодичні медогляди;

- естетику виробництва; робочі місця, обладнання, інструменти;

- нормальний психологічний клімат. Недотримання вищезазначених вимог або порушення їх призводять до травматизму.

4.2. Захист від ураження електричним струмом

4.2.1 Вражаючий фактор електричного струму і засоби захисту

Аналіз травматизму свідчить, що більше половини елекгротравм спостерігаються при дотику до струмоведучих частин обладнання. Застосування тільки захисних технічних засобів не може створити умови повної безпеки при монтажі, експлуатації та ремонті обладнання. Це можливо лише тоді, коли до цих засобів додаються організаційні засоби (інструкція, навчання, перевірка знань).

Усі захисні засоби можна умовно поділити на дві групи.

Перша група забезпечує захист від ураження електричним струмом працівників у випадку дотику до струмоведучих частин: контроль за станом ізоляції, блокування й захисні огородження, оптимальне розташування обладнання, сигналізація, маркування, попереджувальні плакати, захист від

переходу високої напруги до низької, застосування малих напруг 12; 36; 42В, застосування індивідуальних захисних засобів.

Друга група забезпечує захист від ураження електричним струмом при дотику до корпусів електроустановок у випадку пробою ізоляції: захисне заземлення, занулення, захисне вимкнення, подвійна ізоляція, застосування розділювальних трансформаторів.

Електроізоляція струмоведучих частин.

Фізична суть ізоляції як захисного заходу полягає в обмеженні струму в тілі людини до безпечної величини. Як правило, електротехнічне обладнання має робочу ізоляцію, яка повинна витримувати граничнодопустимі механічні, електричні й теплові навантаження. Для запобігання пошкодження ізоляції необхідно не тільки в процесі експлуатації, але й при введенні і ремонті електрообладнання проводити її перевірку. На підприємствах зв'язку проводиться замірювання ізоляції електродвигунів, трансформаторів, масляних вимикачів, роз'єднувачів, комплексних розподільних пристроїв, конденсаторних установок, вторинних мереж, електропроводки до 1000 В, акумуляторних батарей, заземлюючих пристроїв, кабельних ліній.

Основними приладами вимірювання в установках до 1000 В є: в мережах змінного струму - мегометри, в мережах постійного струму - вольтметри. Для постійного контролю ізоляції використовують прилади захисного вимкнення, реле вимикання, прилади контролю ізоляції.



4.2.2 Методи зменшення небезпечних факторів.

Огородження, розміщення на недоступній висоті, блокування, сигналізація безпеки і маркування відносяться до методів зменшення небезпечних факторів. Захисні огородження мають бути стійкими, як суцільними, так і сітчастими, у вигляді ящиків, шаф і закриватися на замок. Постійні (суцільні) огородження застосовують на електротехнічному обладнанні, а сітчасті - в генераторних.

Для захисту від дотику струмоведучі частини розміщуються на недоступній висоті, всередині приміщення 3,5 м, назовні - 6 м.

Блокування є надійним і ефективним засобом захисту від дотику й застосовується при роботі з підвищеною небезпекою: електроустановки радіопідприємств, радіолінійних станцій, телецентрів, підприємств проводового зв'язку, радіо- і телевізійних передавачах. Системи блокування мають бути побудовані за принципом самоконтролю, тобто в нормальному стані схема повинна перебувати під струмом. Про порушення в схемі свідчать датчики, які працюють на розрив мережі, тобто установка автоматично вимикається.

Радіотехнічні пристрої з напругою вищою за 350 В, які не мають дистанційного управління, можуть мати одне електричне блокування з блок-контактами, що безпосередньо розривають мережу первинної обмотки анодного трансформатора. На радіопередавальних станціях живлення блокування здійснюється від загальних шин передавача через окремий ізолюючий трансформатор, до якого заборонено під'єднувати інших споживачів, переважно напругою 110 В. За принципом дії блокування поділяються на електричне, механічне, комбіноване.

Електроблокування. Здійснюється розривання електричної мережі спеціальними датчиками, які встановлені на огородженнях, кожухах. Блокконтакти під'єднуються до кола живлення або керування пускової апаратури - магнітного пускача. У трифазній мережі блокування ставиться в кожній фазі напруги, а при однофазному живленні - у кожному проводі живлення. Струми, які проходять через блокувальні контакти, не повинні перевищувати 100 А. Електроблокування легко реалізується. Воно чутливе, надійне, малогабаритне, здійснює самоконтроль, але легше розблоковується, бо залежить від стану електросхеми. Тому обладнання підвищеної потужності в установках з напругою вищою за 1000 В повинно мати два види блокування: електричне і механічне.

Механічне блокування застосовується в рубильниках, пускачах, автоматизованих вимикачах і при цьому подача напруги можлива тільки при закритому замку або защіпці, які механічно зв'язані з вимикачем. Механічне блокування застосовують в однокорпусних потужних електро- і радіоустановках зі струмами навантаження вищими за 100 А.

Для зняття залишкових зарядів при блокуванні встановлюються додаткові заземлювачі, які заземлюють від'єднані струмоведучі частини одночасно з дією блокувальних контактів: електромагнітні замикачі й розрядні опори.

Зняття залишкових зарядів повинно застосовуватись в установках з напругою вищою за 250 В, в яких існують:

- фільтри джерел живлення;

- лінії, що формуються штучно;

- накопичувальні ємності.

Сигналізація не є засобом безпосереднього захисту, але вона звертає увагу, дозволяє своєчасно застосувати засоби безпеки або попередити неправильні дії персоналу (світлова, звукова, приладна).

Існують такі види сигналізації:

- сигналізація положення, коли подана або, навпаки, відсутня напруга;

- оперативна (вказує на послідовність виконання робіт);

- попереджувальна (повідомляє про перебої в роботі);

- аварійна;

- вказівна.

Як пристрої сигналізації застосовуються контрольно- вимірювальні прилади, реле, звукові зумери, дзвінки, сирени, різнокольорові лампочки (для установок з напругою вищою за 250 В - червоні), датчики та регулятори температури, тиску.

Маркування (попереджувальні написи, розмічування, фарбування) окремих частин обладнання має велике значення для забезпечення безпеки праці. Як правило, розподільні пристрої й щитки, кабелі і вводи повинні маркуватись.

Особливе значення має маркування в електротехнічних установках радіопідприємств і телецентрів, де існує велика кількість електромереж із різними напругами на струмах різного роду (змінний, постійний). Для розпізнавання фаз шини змінного струму при вертикальному розташуванні фарбуються: верхня фаза "А" - у жовтий колір, середня фаза "В" - у зелений, нижня фаза "С" - у червоний; при горизонтальному розташуванні шин у жовтий колір фарбується найвіддаленіша від персоналу фаза "А", у зелений - середня "В" і в червоний - найближча до персоналу фаза "С". Нульові типи фарбуються в білий колір при ізольованій нейтралі, в чорний - при заземленій нейтралі.

При постійному струмові плюсова шина - червона, мінусова - синя, заземлювальна траса - чорного кольору.

4.2.3 Застосування малих напруг.

При напрузі 8-12 В і при опорі тіла людини 1 кОм струм, який проходить через людину, не перевищує 1-1,5 мА, що безпечно для людини. Тому для виробничої мети в приміщеннях із підвищеною небезпекою для переносного електроінструменту застосовується напруга 42 В; в особливо небезпечних приміщеннях 36 В; у переносних електросвітильниках - 12 В.

Джерелом малої напруги найчастіше є знижувальні трансформатори. Застосування автотрансформаторів заборонено тому, що мережа низької напруги в цьому випадку виявляється електрично зв'язаною з мережею високої напруги, що в знижувальних трансформаторах буває тільки при пошкодженні ізоляції між обмотками. У мережах трифазного струму напругою вищою за 1000 В з ізольованою нейтраллю захист від можливого переходу напруги з високовольтної на низьковольтну обмотку здійснюється за допомогою пробивного запобіжника, який встановлений у нейтралі або фазі з боку нижчої напруги в режимі з ізольованою нейтраллю мережі. З напругою більшою від 1000 В і заземленою нейтраллю мережі з напругою до 1000 В необхідне заземлення вторинної обмотки.

У мережах із напругою до 1000 В для захисту мережі низької напруги від переходу на неї високої в трансформаторах необхідно заземлювати корпус і один кінець вторинної обмотки.

Крім заземлення вторинної обмотки, застосовують заземлений екран, розташований між первинною і вторинною обмотками, який при пошкодженні ізоляції приймає на себе замикання. Для зменшення небезпеки ураження струмом застосовують також електричний поділ мережі на невеликі ділянки, що зменшує ємність фаз відносно землі й підвищує опір ізоляції. Застосовується воно в установках до 1000 В при підвищеній небезпеці.



Висновок

У рамках етапу 1 було складено перелік можливих структурних схем кардіомоніторів, серед яких були обрані схеми, найбільш відповідні для вирішення поставлених завдань. Це схеми для реєстрації кардіосігналов з зменшеного числа відведень, при цьому дозволяють реконструювати максимально велику кількість відведень стандартної ЕКГ. У результаті досліджень було показано, що оптимальною є система ЕКГ відведень EASI, та обгрунтовано вибір структурної схеми кардіомонітор, що реалізує можливість роботи з даною системою відведень. Також запропоновано структурну схему кардіомонітор з найменшими апаратними витратами, як найдешевший варіант пристрою.

За підсумками експериментів були зроблені висновки про те, що виготовлений макет працездатний і відповідає вимогам ТЗ, а обраний напрям робіт перспективно для створення серійної продукції.

Використовуючи обраний напрям робіт, на другому годе розробки цілком реальне створення кардіомонітор з реєстрацією всіх стандартних ЕКГ-відведень.

Проведені роботи виконані в повній відповідності з календарним планом на НДР. Результати роботи відповідають вимогам ТЗ.



Список використаної літератури

Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. Пособие для вузов / А. Л. Барановский, А. Н. Калиниченко, Л. А. Манило и др.; Под ред. А. Л. Барановского и А. П. Немирко. -- М.: Радио и связь, 2010. -- 248 с.

Шульгин В.И. 12-ти канальное холтеровское мониторирование с использованием системы 12-lead EASI. - Харьков : Изд-во ХАИ МЕДИКА, 2009. - 11 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru