Создание медицинского прибора для мониторинга основных параметров состояния здоровья человека в условиях стационарного лечения и скорой помощи

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время непрерывно расширяется область применения методов регистрации параметров биосигналов в практических и исследовательских задачах. Современный уровень научных достижений и технологий открывает новые перспективы для создания приборов диагностики физиологических параметров пациента.

Актуальность внедрения монитора пациента заключается в комплексном подходе регистрации биосигналов организма пациента с помощью датчиков. Исключение «привязки» обследуемого к диагностической аппаратуре обеспечивает естественную подвижность пациента при выполнении им функциональных проб, тестовых профессиональных операций и других диагностических, профилактических и лечебных мероприятий, улучшает качество жизни пациентов, и в то же время позволяет врачу оперативно получать объективную картину состояния систем организма человека через различные характеристики человека как: артериального пульса, давления, функций дыхания, реакции коры головного мозга на внешние стимулы, температурных аномалий внутри биологического объекта и так далее.

Использование новых систем позволяет уменьшить соотношение сигнал-шум, что улучшает прием, передачу, и обработку полезного сигнала, а использование в мониторе пациента высокопроизводительного процессора позволяет быстро и качественно обрабатывать, использовать в любой момент времени и хранить информацию.

Прибор применяется для диагностики функционального состояния, а так же при необходимости постоянного контроля за больными, проходящих реабилитацию при получении серьезных травм или после перенесения различных болезней. Это позволяет следить за улучшением или ухудшением состояния больного и оперативно принимать необходимые решения.

Целью разработки является создание медицинского прибора для мониторинга основных параметров состояния здоровья человека в условиях стационарного лечения и скорой помощи, экспрессной оценки физиологических функций лётных экипажей самолетов, водителей транспортных средств, многопрофильного скрининга населения.

Монитор пациента универсален, может комплектоваться дополнительными блоками и датчиками в соответствии с требованиями медицинских учреждений; в своем составе содержит высокопроизводительный процессор, позволяющий совершенствовать диагностику заболеваний, адаптировать прибор к конкретным условиям эксплуатации.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ АНАЛОГОВ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

В настоящее время непрерывно расширяется область применения методов регистрации параметров биосигналов в практических и исследовательских задачах. Современный уровень научных достижений и технологий открывает новые перспективы для создания более совершенных Мониторов пациента.

Измерения различных характеристик организма человека как: артериального пульса, давления, функций дыхания, реакции коры головного мозга на внешние стимулы, температурных аномалий внутри биологического объекта и так далее. Различие приборов заключается в способах передачи, регистрации и обработке сигнала, в среде по которой он передается.

Существующие аналоги Монитора пациента:

прикроватный монитор «Тритон» для системы централизованного мониторинга.

модульный монитор пациента HP Viridia M3.

1.1 Прикроватный монитор «Тритон» для системы централизованного мониторинга

Сеть централизованного мониторинга (СЦМ) «Тритон» (рисунок 1.1) предназначена для постоянного наблюдения, за состоянием пациентов реанимационного отделения и отделения интенсивной терапии, и включает в себя: центральный пост, и прикроватные мониторы (или пульсоксиметры), оборудованные встроенными сетевыми адаптерами и соединенными сетью обмена данными с центральным постом. СЦМ «Тритон» оптимизирует сбор, обработку, хранение, документирование и анализ информации полученной во время наблюдения за больным.

Технические характеристики:

Объединение в сеть до 32 приборов марки “Тритон” от пульсоксиметров до мониторов.

Постоянная индикация жизненно важных параметров и графических кривых с каждого монитора.

Режим “Окно повышенного внимания” - полный просмотр информации о пациенте.

Одновременная работа нескольких окон с разной степенью детализации по любой группе пациентов.

Всплывающее меню подсказки и управления в области любого параметра.

Автоматическое распознавание и регистрация приборов в сети, возможность «горячей» замены прибора.

Текущая память всей числовой и графической информации в автоматическом режиме в течение 72 часов, в ручном - более 500 суток (зависит от памяти центральной станции).

Вывод на принтер четырех стандартных печатных форм (суточные тренды, произвольные тренды, ЭКГ, тренды + ЭКГ).

Трехуровневая аудиовизуальная тревожная сигнализация, настраиваемые пороги тревог по частоте сердечных сокращений, артериальному давлению, насыщенности крови кислородом (SpO2), частоте дыхания, аритмии, капнометрии (определяет содержание углекислоты (EtCO2) в выдыхаемом пациентом воздухе); технические тревоги. Степень тревоги кодируется цветом сообщений, тревоги дублируются текстовыми сообщениями на русском языке.

Встроенные журналы движения больных, анестезий, манипуляций, которые могут быть адаптированы для работы в любом отделении интенсивной терапии и реанимации.

Сохранение фрагментов электрокардиограммы произвольной длины на жесткий диск с последующим просмотром, анализом и печатью, возможность записи на СD-диски файлов или архива.

Для соединения центральной станции с приборами используется сеть стандарта Ethernet. Все приборы физически располагаются в одном сегменте сети.

Возможность подключения к локальной сети лечебного учреждения.

1.2 Монитор HEWLETT PACKARD Viridia M3

Монитор HP Viridia M3 (рисунок 1.2) позволяет самостоятельно определять, где и как проводить мониторинг пациента без оглядки на размеры и вес самого монитора.

Монитор M3 является переносным, благодаря его облегченной и одновременно прочной конструкции.

Специальная «интеллектуальная» система управления аккумулятором информирует вас о времени, которое прибор сможет еще проработать без подзарядки.

Монитор M3 прост в использовании благодаря своему новому интерфейсу пользователя: вокруг цветного экрана высокого разрешения располагаются сенсорные полосы управления, позволяющие сразу же приступить к работе именно с тем параметром, который интересует.

Монитор M3 обеспечивает гибкость мониторинга, благодаря использованию многопараметрического модуля измерительного сервера, который может устанавливаться в непосредственной близости от пациента или фиксироваться к дисплею монитора.

Измерительный сервер представляет собой отдельное устройство, обеспечивающее проведение стандартного набора измерений: до 3 каналов электрокардиограммы, дыхание, насыщение крови кислородом, неинвазивное артериальное давление, а также температуру или инвазивное давление.

Отсоединяемый модуль измерительного сервера является сердцем и мозгом концепции динамического мониторинга: расположение измерительного сервера в непосредственной близости от пациента, а дисплея монитора в положении, наиболее удобном для обзора, позволяет решить проблему подсоединения и спутывания кабелей, идущих к пациенту, и оптимально использовать измерительные серверы и дисплеи НР Viridia M3, имеющиеся в больнице, что особенно важно при ограниченном бюджете.

Измерительный сервер позволяет запоминать до 50 часов трендов пациента, до 10 событий (численные значения параметров и кривые), личные данные пациента и настройки монитора, что позволяет проводить анализ данных в наиболее удобное время.

Технические характеристики:

Общий вес монитора, измерительного сервера и аккумулятора не превышает 4,3 кг.

Монитор имеет цветной жидкокристаллический дисплей (6,5 дюймов по диагонали) с активной матрицей и широким углом обзора. Дисплей может отображать до 3 кривых и 5 численных значений параметров. На экран выводятся визуальные сигналы тревоги, рядом с дисплеем расположены красный и желтый индикаторы тревоги, подаются также звуковые сигналы тревоги 3 различных тонов.

Монитор может подключаться к внешним устройствам - принтеру (через инфракрасный интерфейс), системе вызова медсестры, а также имеет выход ЭКГ.

С помощью встроенного LAN адаптера могут быть увязаны до 22 мониторов М4/М3 в одну локальную сеть с выводом кривых и тревог в реальном времени с любого монитора на центральную станцию.

Радиус удаления мониторов от приемной антенны составляет 15.2 метра.

При работе с электрокардиограммой предусмотрена возможность использования диапазонов для взрослых пациентов, детей и новорожденных. Можно устанавливать границы тревоги электрокардиограммы для высокой и низкой частоты сердечных сокращений (или частоты пульса), а также для брадикардии и тахикардии.

Предусмотрена возможность использования диапазонов параметров дыхания для взрослых пациентов, детей и новорожденных. Можно устанавливать границы тревоги для высокой и низкой частоты дыхания и для апноэ.

При измерении насыщения крови кислородом (SpO2) также отображается плетизмограмма и частота пульса. Можно устанавливать верхнюю и нижнюю границы тревоги для SpO2.

Измерения неинвазивного артериального давления можно запустить в ручном, автоматическом или непрерывном режимах. Можно устанавливать измерительные диапазоны для взрослых пациентов, детей и новорожденных. Кроме того, можно задавать границы тревоги для систолического, диастолического и среднего давлений.

Инвазивное давление может быть использовано в качестве источника для измерения частоты пульса.

Монитор HP Viridia М4/M3 и многофункциональный измерительный сервер полностью совместимы с широким спектром датчиков и принадлежностей, поставляемых компанией Hewlett-Packard. Они также могут работать с новой линией недорогих принадлежностей с короткими кабелями (разработаны для использования с измерительным сервером, располагаемом на удалении от монитора вблизи от пациента).

Известные аналоги обеспечивают вывод параметров состояния пациента на цветной жидкокристаллический дисплей с размером диагонали до 11 дюймов.

Преимущества разрабатываемого Монитора пациента перед другими аналогами:

Информация выводится на цветной жидкокристаллический дисплей с размером диагонали 15 дюймов без вредных электромагнитных излучений с повышенным разрешением, яркостью и углом обзора, который обеспечивает уверенное считывание выводимых на него параметров из любой точки в пределах помещения.

Возможность многократного воспроизведения промышленного образца.

Корпусные детали монитора могут быть получены с применением технологических процессов гибки и сварки в условиях единичного и мелкосерийного производства. Отделка металлических деталей корпуса возможна путем нанесения лакокрасочных покрытий.

Данный способ изготовления корпуса более доступен, относительно прост и, следовательно, недорог.

Возможно применение перспективной технологии получения пластмассового корпуса монитора путем использования технологического комплекса изготовления быстрой оснастки (в эластичной силиконовой или металлополимерной форме, в зависимости от программы выпуска).

Преимуществами данной технологии изготовления пластмассовых изделий, по сравнению с применяемыми в производстве, являются быстрое получение серийной оснастки, высокое качество и улучшенный дизайн получаемых корпусных деталей.

Отличительные признаки промышленного образца: имеется блок диагностики по методике Захарьина-Геда, режим просмотра данных за последние 24 часа, представление информации на дисплее в удобном для врача режиме.

Внешний вид экрана прибора разрабатывался с учетом обеспечения максимального удобства восприятия информации пользователем. Кроме того, различные параметры и элементы изображения (цвета и размеры надписей и графиков, сокращения, аббревиатуры, и т.п.) формировались с учетом общепринятых в медицине и наиболее распространенных аналогов. Цвет и масштаб представляемых кривых и цифровых значений параметров выбраны в соответствии с эргономическими требованиями и, при необходимости, могут корректироваться пользователем (структура и режимы работы представлены на демонстрационном плакате ГУИР.403200.001 ПЛ).

Минимизировано количество кнопок для управления монитором с целью облегчения работы врача и упрощения работы с прибором.

2. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭРГОНОМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

.1 Эргономические требования к информации, представляемой пользователю на экране монитора

.1.1 Требования к энергетическим и пространственным параметрам

Для точного считывания информации и комфортных условий ее восприятия работа с дисплеями должна проводиться при таких сочетаниях контраста и яркости изображения, внешней освещенности экрана, углового размера знака и угла наблюдения экрана, которые входят в оптимальные или предельно допустимые (при кратковременной работе) диапазоны.

Яркость знаков не должна быть менее 35 кд/м2 для дисплеев на ЭЛТ и не менее 20 кд/м2 для дисплеев с плоскими экранами. Неравномерность яркости рабочего поля экрана и яркости элементов знаков не должна быть более 20 %.

Яркостный контраст изображения, а также внутри знаков и между знаками должен быть не менее 3:1.

Ширина контура знака должна быть в пределах от 0,25 до 0,5 мм, а изменение размеров однотипных знаков на рабочем поле не должно превышать ± 5 %. Если в документации на дисплей не оговорено проектное расстояние наблюдения, то его принимают равным 50 см для дисплеев с размером экрана по диагонали 14 - 17`` и 75 см - для экранов 19 - 21`` [11].

2.1.2 Требования к цветовым параметрам

При необходимости точной идентификации цвета знака в рядах буквенно-цифровых символов его высота не должна быть менее 20` и 30` для обособленных знаков при проектном расстоянии наблюдения.

Не следует применять насыщенный синий цвет, если размер изображения менее 2 ⁰.

Для чтения текстов, восприятия знаков и символов не следует применять при обратном контрасте синий и красный цвета на темном фоне и красный цвет на синем фоне, а при прямом контрасте - синий цвет на красном фоне.

Для точного опознания цветов должны применяться цветные изображения переднего плана на ахроматическом фоне или ахроматические изображения переднего плана на цветном фоне.

Число цветов, одновременно отображаемых на экране должно быть минимальным, а при необходимости проведения быстрого поиска, основанного на опознании цветов, и когда параметры цвета вызываются из памяти ЭВМ, следует применять не более 6 цветов.

При необходимости идентификации и распознавания цветов прикладная программа должна предлагать устанавливаемый по умолчанию набор цветов, а когда цвет может быть изменен пользователем, то должна быть предусмотрена возможность его восстановления.

Насыщенные крайние цвета видимого спектра приводят к нежелательным эффектам глубины изображаемого пространства и не должны применяться для изображений, которые требуют непрерывного чтения или просмотра [11].

Контраст изображения по отношению к фону должен быть оптимальным: для графической информации необходимо использование прямого контраста, для текстовой - обратного.

Должно обеспечиваться постоянство используемых цветов. Одни и те же объекты следует обозначать одинаковыми цветами. Используемые цвета должны соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям: красный - опасность, желтый - внимание, слежение, зеленый - разрешающий и т.д.

Яркость цветов объектов по отношению к фону должна обеспечивать равномерное распределение яркости, яркостный контраст должен быть не менее, чем 60 %.

Следует использовать оптимальный выбор цветов для смыслового противопоставления объектов: красный - зеленый, синий - желтый, белый - черный.

Должно обеспечиваться оптимальное сочетание цвета и яркости изображения: красный - при высокой яркости, зеленый - в среднем диапазоне, желтый - в широком диапазоне, синий - при малой яркости.

2.1.3 Требования к пространственному размещению информации на экране монитора

Формы объектов должны соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям, т.е. быть похожими на экране на формы реальных объектов.

Для графической информации обязательно должны использоваться логические ударения, желательно их использовать также для текстово-графической информации.

Логические ударения должны использоваться оптимально: наличие не более одного логического ударения в каждый момент времени, выделение логическим ударением главного объекта. Последовательность логических ударений должна соответствовать оптимальному порядку восприятия информации.

Поля восприятия графической информации должны соответствовать оптимальному порядку изучения информации. При этом поля восприятия имеют следующие размеры: поле точного восприятия: (3⁰ вверх-вниз, 7⁰ вправо-влево или (2.6 - 2.7 см, 4.8 - 5.2 см от оси зрения); поле опознания расположения: вверх 25⁰, вниз 35⁰, вправо и влево по 32⁰ или (24 - 28 см, 34 - 40 см, 31 - 37 см от оси зрения); поле высокозначимой информации: 15⁰ или (14 - 16 см) во все стороны от оси зрения); поле главного объекта: 10⁰ или (9 - 10 см) во все стороны от оси зрения.

Должно обеспечиваться соответствие пространственного расположения информации на экране оптимальному порядку изучения. Степень засоренности поля главного объекта не должна быть большой: превышать 4 - 6 второстепенных объектов в поле главного объекта.

2.1.4 Требования к надписям, знакам и предъявляемому на экране тексту

Надписи, обозначающие объекты или органы управления должны быть краткими, однозначно воспринимаемыми и читаться слева направо. Допускается использование только тех слов, которые хорошо известны пользователю. Сокращение слов нежелательно, в крайнем случае, можно использовать только стандартные сокращения.

Параметры предъявляемого на экране текста должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Высота знака - не менее 3 мм.

. Отношение ширины буквы, цифры к высоте - в пределах 0.76 - 0.80.

. Толщина линии обводки в прямом контрасте - в пределах 10 - 15 %. от высоты знака, в обратном контрасте - в пределах 12 - 16 % от высоты знака.

. Расстояние между знаками - не менее 30 % от высоты знака.

. Расстояние между строками - 1,5 - 2 высоты знака.

. Длина строки - 40 - 80 знакомест.

Используемые в тексте слова должны соответствовать тезаурусу (словарю с полной смысловой информацией) пользователя, а его лингвистическая композиция обеспечивать доступность и понятность текста.

2.2 Эргономические требования к видеодисплейным терминалам и электронно-вычислительным машинам

Визуальные эргономические параметры видеодисплейных терминалов являются параметрами безопасности, и их неправильный выбор способствует ухудшению здоровья пользователей.

Конструкция видеодисплейного терминала, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации.

Должна обеспечиваться возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Корпус видеодисплейного терминала должен быть окрашен в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света, а клавиатура и другие блоки и устройства персональной электронной вычислительной машины должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

На лицевой стороне корпуса не рекомендуется располагать органы управления, маркировку, какие-либо вспомогательные надписи и обозначения. При необходимости расположения органов управления на лицевой панели они должны закрываться крышкой или быть утоплены в корпусе.

Конструкция должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающих возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений [3].

2.3 Разработка сценария функционирования системы с проработкой мероприятий по обеспечению эргономических требований к компоновке информации, предъявляемой пользователю на экране монитора

Внешний вид экрана прибора разрабатывался с учетом обеспечения максимального удобства восприятия информации пользователем. Кроме того, различные параметры и элементы изображения формировались с учетом общепринятых в медицине и наиболее распространенных аналогов. Цвет и масштаб представляемых кривых и цифровых значений параметров выбраны в соответствии с эргономическими требованиями. Минимизировано количество кнопок для управления монитором с целью облегчения работы врача и упрощения работы с прибором. Информация выводится на цветной 15-дюймовый жидкокристаллический дисплей без вредных электромагнитных излучений.

В основном режиме работы на экран монитора выводятся в реальном масштабе времени графики электрокардиограммы и пульсоксиметрии. В цифровом виде - частота сердечных сокращений, температура, артериальное давление (систолическое, диастолическое и среднее), процентное содержание кислорода в крови. При отклонении контролируемых параметров за установленные границы вырабатывается сигнал тревоги.

При работе в режиме просмотра записи на дисплее отображаются графики изменения общих характеристик пациента (в центральной части экрана), форма сигнала от датчиков в конкретный момент времени (в левой части экрана) и числовые значения параметров состояния пациента в конкретный момент времени (в правой части экрана). Вертикальная линия на графике служит указателем момента времени для которого отображаются данные в левой и правой частях экрана. Время на часах в верхней части экрана соответствует положению линии на графике. Этот указатель перемещается пользователем влево или вправо с помощью функциональной клавиатуры.

Таким образом, пользователь может наблюдать как общую картину изменения состояния пациента, так и конкретные характеристики состояния пациента в определенный момент времени. В режиме просмотра данных вышеперечисленные характеристики могут быть воспроизведены в любой из интересуемых моментов за прошедшие 36 часов. Ход процесса с отклонениями в течение последних 36 часов отображается на экране.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

Структурная схема, на которой изображены основные модули монитора, изображена на демонстрационном чертеже ГУИР.403200.001 Э1.

В состав монитора входят периферийные модули, модуль сопряжения, модуль обработки и хранения информации, модуль отображения. Модульный принцип построения прибора позволяет комплектовать изделие в соответствии с требованиями заказчика, легко дополнять прибор новыми блоками и совершенствовать диагностику за счет резервных возможностей блока обработки и хранения информации.

Обоснование структуры прибора и методов измерения приведено в промежуточном техническом отчете за первый год [1]. Описание модулей на структурно-функциональном уровне приведено ниже.

3.1 Модуль обработки и хранения информации

После создания первого макетного экземпляра модуля обработки и хранения информации по результатам испытаний в его структуру были внесены незначительные поправки, связанные с использованием нового, более высокопроизводительного процессора фирмы ATMEL Atmega128 и изменением топологии подключения некоторых вспомогательных устройств модуля.

Структурная схема модуля обработки и хранения информации представлена на рисунке 3.1.

Ядром модуля обработки и хранения информации является микроЭВМ ATMEGA128 фирмы ATMEL. МикроЭВМ предназначена для конфигурирования модуля и настройки остальных компонентов системы, управления визуализацией информации, полученной от первичных преобразователей, управления накоплением информации во флэш-памяти долговременного хранения, а также для обеспечения связи с внешними устройствами. К микроЭВМ подключены функциональная клавиатура, запоминающее устройство, предназначенное для хранения конфигурационных программ и меню.

Рисунок 3.1 - Модуль обработки и хранения информации

После включения питания микроЭВМ конфигурирует коммутационный процессор, выполненный на базе FPGA XILINX. Затем конфигурируется видеоадаптер, выполненный на базе FPGA XILINX. Видеоадаптер позволяет не только отображать растровую информацию, но и обеспечивает аппаратную поддержку специальных функций обработки изображений, ориентированных на медицинские приложения. Видеоадаптер и коммутационный процессор могут быть переконфигурированы в процессе работы. Коммутационный процессор может содержать узлы аппаратной поддержки для решения задач, необходимых в конкретных приложениях. Такая архитектура позволяет адаптировать модуль обработки и хранения информации под конкретную проблему. Также к коммутационному процессору подключены служебные устройства, предназначенные для поддержки службы реального времени, датчик температуры и цифро-аналоговый преобразователь для управления яркостью и контрастностью дисплея.

Далее, в соответствии с выбранной структурой модуля обработки и хранения информации, осуществляется загрузка программ в процессор DSP фирмы ANALOG DEVICES, используемый для поддержки функций цифровой обработки сигналов, полученных посредством периферийных модулей.

Интерфейс периферийных модулей является частью коммутационного процессора и также может быть сконфигурирован под конкретный интерфейс периферийных модулей, используемых в приборе.

Для связи с внешними устройствами используется интерфейс UART микроЭВМ и процессора DSP.

Как было отмечено выше при описании структурной схемы, ядром модуля обработки и хранения информации является процессор, выполненный на базе однокристальной микроЭВМ фирмы ATMEL ATmega128. Этот кристалл является главной функциональной частью созданного модуля обработки и хранения информации. Кристалл может устанавливаться на плату как запрограммированным одним из способов, рекомендованных фирмой ATMEL для данного кристалла, так и не запрограммированным.

В случае установки кристалла в запрограммированном виде, мы рекомендуем использовать режимы высоковольтного программирования, так как эти режимы обеспечивают гарантированную продолжительность сохранения информации во FLASH памяти программ и данных. Можно использовать программирование в параллельном высоковольтном режиме или в последовательном высоковольтном режиме. В этом случае процессор сразу готов к работе. Однако в случае необходимости, его можно будет перепрограммировать одним из способов, описанных ниже.

В случае если предполагается изменять программное обеспечение центрального процессора, рекомендуется программировать хотя бы загрузочный блок в высоковольтном режиме программирования.

Загрузка пользовательской программы осуществляется под управлением системной программы, находящейся в загрузочном блоке процессора.

После загрузки программного обеспечения устройство готово к работе.

Работа системы начинается с загрузки конфигурационных последовательностей по очереди в коммутационный процессор, процессор видеоадаптера и процессор цифровой обработки сигналов. Загрузка конфигурационных последовательностей осуществляется центральным процессором. Конфигурационные последовательности хранятся в последовательном запоминающем устройстве фирмы ATMEL AT45DB041 емкостью 4Мбита. Емкости последовательного запоминающего устройства достаточно, чтобы загрузить две программируемые логические интегральные схемы фирмы XILINX XC2S200 и процессор цифровой обработки сигналов фирмы ANALOG DEVICES ADSP - 2188M.

Конфигурационное последовательное запоминающее устройство можно устанавливать на плату модуля обработки и хранения информации, как в запрограммированном виде, так и незапрограммированную (чистую). Программирование конфигурационного последовательного запоминающего устройства в последнем случае осуществляется посредством передачи соответствующих файлов из персональной электронной вычислительной машины под управлением центрального процессора модуля обработки и хранения информации и размещение их по строго определенным адресам.

Для этого на персональном компьютере запускается соответствующее программное обеспечение, и центральный процессор переводится в режим программирования конфигурационного последовательного запоминающего устройства. Для программирования используется последовательный интерфейс SPI. Синхронизация осуществляется центральным процессором. Используется блочный режим записи.

Если в центральный процессор загружено программное обеспечение, то устройство готово к работе.

По сигналу запуска процессор переходит к инициализации системы.

4 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

4.1 Функциональная схема периферийного модуля

Исходя из задач, решаемых периферийным процессором: управление аналоговым каналом ввода информации с датчиков, прием потоков данных от датчиков, первичная обработка потоков данных (фильтрация, децинация и т.д.), накопление информации с датчиков в устройствах долговременного хранения информации, передача информации в процессор отображения была разработана функциональная схема периферийного модуля, которая представлена на демонстрационном чертеже ГУИР.403200.001 Э2.

Основой периферийного процессора является однокристальная микроЭВМ, функционирующая по жесткой программе и осуществляющая инициализацию всего процессора вцелом и управление его работой. Для обмена информацией между устройствами процессора служит коммутационная среда на базе программируемых логических интегральных схем. Конфигурирование программируемых логических интегральных схем осуществляется однокристальной микроЭВМ.

Информация для конфигурирования находится в последовательном запоминающем устройстве и считывается из него по последовательному интерфейсу. Далее полученная информация заносится в программируемую логическую интегральную схему, на базе которой образуется коммутационная среда. Такое решение позволяет легко адаптироваться к меняющемуся аналоговому оборудованию и позволяет иметь несколько возможных структур коммутационной среды.

Коммутационная среда позволяет однокристальной микроЭВМ управлять аналоговым каналом цифрового масштабирующего усилителя по последовательному интерфейсу, мультиплексором, устройством выборки хранения и аналого-цифровым преобразователем напрямую, а также получать информацию из аналого-цифрового преобразователя. Также коммутационная среда позволяет накапливать и извлекать данные, получаемые от датчиков в запоминающее устройство последовательного типа.

Также с помощью коммутационной среды образуется интерфейс для связи с процессором отображения. Для решения задач первичной обработки сигналов опционно в периферийный процессор может быть включен процессор цифровой обработки сигналов. Программирование его осуществляется через коммутационную среду. Программа находится в последовательном запоминающем устройстве. Процессор цифровой обработки сигналов может обмениваться данными непосредственно с каналом аналогового ввода или однокристальной электронной вычислительной машиной.

Такая функциональная схема позволяет обеспечить функциональную гибкость за счет введения адапционных функций (процессор цифровой обработки сигналов и коммутационная среда).

Особенностями разработки является применение интеллектуальных датчиков, выполняющих функцию предварительной обработки сигналов и их оцифровки. Применение последовательного протокола передачи (UART), возможность оперативного внесения изменений в формат передачи данных позволяют осуществлять построение территориально распределенных систем сбора информации с выводом ее как на специализированный монитор, так и на стандартный персональный компьютер. При использовании помехозащищенного кодирования и электрического интерфейса RS-485 осуществлять передачу на расстояние до 1200 м.

Входы аналого-цифрового преобразователя могут быть сконфигурированы как дифференциальные или как псевдодифференциальные. Интегральная микросхема имеет последовательный интерфейс. Установка коэффициента усиления и полярности сигнала выполняются программно через последовательный порт.имеет отличные статические характеристики: отсутствие пропущенных кодов до 24 разрядов, точность + 0, 0015% и малый шум (среднеквадратичное значение 140нВ). Ошибки на концах шкалы и эффекты температурного дрейфа устраняются внутренней автокалибровкой, при которой корректируются ошибки нуля и полной шкалы.

Микроконтроллер выполнен на базе микросхемы XC95288XL - высокопроизводительной CPLD фирмы Xilinx, состоящей из 16-ти 54V18 функциональных блоков (288 макро ячеек), емкостью 6400 логических вентилей и задержкой распространения сигнала контакт - контакт 10 нс. Микросхемы семейства XC9500XL могут использоваться в крупносерийной аппаратуре, а также в системах, где требуется перепрограммирование "на ходу".

Особенности перепрограммируемых в системе программируемых логических интегральных схем CPLD семейства XC9500XL:

корпуса малого размера VQFP, TQFP и CSP;

совместимость по входу с 5В, 3.3В и 2.5В сигналами;

возможность программирования в системе;

не менее 10 000 циклов запись/стирание;

программирование/стирание в полном коммерческом и промышленном диапазоне напряжения питания и температур;

гарантированный срок хранения конфигурации 20 лет;

расширенные возможности закрепления выводов перед трассировкой;

программируемый режим пониженной потребляемой мощности в каждой макро ячейке;

расширенная возможность защиты схемы от копирования;

полная поддержка периферийного сканирования в соответствии со стандартом IEEE Std1149/1 (JTAG).

Эти и другие особенности послужили основанием для выбора данной элементной базы. Микроконтроллер выполняет следующие функции:

выполняет первоначальную запись требуемых значений внутренних регистров аналого-цифрового преобразователя;

осуществляет опрос регистра данных аналого-цифрового преобразователя асинхронно или синхронно;

может осуществлять (если это необходимо) предварительную цифровую обработку полученной информации (например, фильтрацию);

формирование логического интерфейса UART для последующей передачи информации по последовательному интерфейсу;

управление драйвером интерфейса RS-485.

В структуре канала измерения частоты дыхания по сравнению с каналом измерения температуры меняется только первичный преобразователь частоты дыхания.

Отличительной особенностью структуры канала измерения SPO2 является наличие предварительного усилителя, усиливающего сигнал инфракрасного фотодиода и согласованного по выходу с аналого-цифровым преобразователем, инфракрасного излучателя, управляемого микроконтроллером.

Структура канала измерения артериального давления имеет свои характерные особенности. На входы аналого-цифрового преобразователя подаются сигналы от первичного преобразователя артериального давления и микрофон, считывание информации происходит поочередно с двух преобразователей. А контроллер помимо интерфейса управляет драйвером двигателя компрессора в соответствии с заданным алгоритмом.

Структура канала измерения электрокардиограммы, приведенная на рисунке 4.1, имеет большие отличия от вышеописанных каналов. Вследствие того, что необходимо снимать информацию с трех отведений одновременно, три электрода подключаются попарно к изолирующим усилителям I, II, III. Далее усиленные сигналы попадают на аналоговые преобразователи I, II, III. Микроконтроллер управляет тремя АЦП одновременно и драйвером интерфейса.

Информация через драйвер интерфейса в общем потоке поступает на устройство сбора, обработки, вывода информации и управления.

4.2 Функциональная схема видеоконтроллера

Разрабатываемое устройство относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике, в частности, к контроллерам устройств отображения и может быть использовано для управления дисплеями различного типа.

В настоящее время построение конкурентоспособной электронной аппаратуры невозможно без применения графических цветных устройств отображения. Для управления устройствами отображения используются специализированные контроллеры. Основными функциями контроллеров являются: формирование требуемой последовательности управляющих сигналов; формирование на устройстве отображения символьной и графической информации в соответствии с перечнем команд; разгрузка центрального процессора от операций по обработке изображения. Последняя весьма важна, поскольку работа с графическими изображениями требует значительной вычислительной мощности. Реализация дополнительных функций обработки изображения контроллером устройства отображения позволяет разгрузить центральный процессор и использовать его для реализации других алгоритмов управления и обработки информации, либо использовать в составе системы менее производительные и, следовательно, более дешевые центральные процессорные устройства.

Одной из распространенных функций видеосистем является сдвиг части или всего изображения экрана. Практически каждый известный видеоконтроллер реализует функцию вертикальной прокрутки (скроллинга) экрана. В ряде применений, связанных, например, с отображением различных временных зависимостей, необходимо обеспечивать горизонтальную прокрутку изображения экрана или его части. В качестве областей применения такой функции видеосистем можно указать осциллографию, электрокардиографию, пульсоксиметрию, компьютерную анимацию и т.п.

Известные видеоконтроллеры содержат запоминающее устройство с произвольной выборкой для хранения информации о цвете пикселя (видеопамять); схему синхронизации для формирования сигналов строчной и кадровой развертки; схему управления для формирования требуемой последовательности управляющих сигналов; регистры для хранения адреса пикселя и кода цвета пикселя; интерфейсную схему для сопряжения с устройством отображения [1, 2]. Однако данные контроллеры не реализуют функцию прокрутки изображения экрана.

Устройства [3, 4] реализуют прокрутку статического изображения, однако они не реализуют функцию обновления освобождающейся при сдвиге строки или столбца окна прокрутки новой информацией. Эта функция необходима для отображения временных диаграмм сигналов в реальном масштабе времени, поскольку в освобождающуюся строку или столбец необходимо постоянно заносить новую информацию, поступающую от первичных преобразователей. Другим недостатком существующих видеоконтроллеров является отсутствие возможности независимой прокрутки изображения в нескольких областях экрана. Данная функция необходима, например, при одновременном отображении на экране монитора пациента нескольких временных зависимостей электрокардиограмм по разным отведениям, фотоплетизмограммы и временной зависимости содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе.

Наиболее близким к заявляемому видеоконтроллеру является устройство [5], в котором предложена схема для вычисления адреса видеопамяти. Прокрутка изображения реализуется путем вычисления адреса видеопамяти для текущей позиции пикселя экрана перед ее отображением на дисплее. Для этой цели устройство содержит регистры адреса видеопамяти, сумматоры для сложения текущего адреса видеопамяти со значением числа позиций прокрутки, схему синхронизации и видеопамять. Указанное устройство обладает следующими недостатками: отсутствует функция обновления освобождающейся при сдвиге строки или столбца в окне прокрутки новой информацией, отсутствует возможность независимой прокрутки изображения в нескольких областях экрана, отсутствует возможность прокрутки изображения по кольцу (изображение, выдвигаемое из первой строки или столбца окна прокрутки, отображается в последней строке или столбце). Данная функция важна при прокрутке циклических изображений, например, при отображении периодических зависимостей.

Целью разработки является - сокращение времени прокрутки изображения на экране дисплея, создание на экране нескольких прямоугольных окон произвольного размера с независимой прокруткой в каждом, обновление освобождающейся при сдвиге строки или столбца окна прокрутки новой информацией, реализация прокрутки изображения по кольцу и разгрузка центрального процессора от выполнения данных операций.

В прокручиваемом изображении имеется неизменяемая часть, которая уже хранится в видеопамяти. Такой частью является все изображение в окне прокрутки, кроме освобождающейся при сдвиге крайней строки (при вертикальной прокрутке) или крайнего столбца (при горизонтальной прокрутке). При прокрутке изображения по кольцу обновляемая часть изображения отсутствует, и все изображение полностью хранится в видеопамяти, необходимо только обеспечить отображение информации в нужных областях экрана.

Отображение графической информации на экране дисплея осуществляется путем вывода пикселя с кодом цвета, хранящимся в ячейке видеопамяти с адресом, соответствующим текущим адресам строки и столбца пикселя на экране. При попадании в окно прокрутки адрес текущего пикселя пересчитывается. Окно имеет прямоугольную форму и задается двумя углами - левым верхним и правым нижним. Ниже приводятся выражения для расчета адресов при различных вариантах сдвига. В этих выражениях приняты следующие обозначения:

AC - текущий адрес столбца экрана;

AR - текущий адрес строки экрана;

CP - значение счетчика позиций, на которые нужно осуществить сдвиг;

ACL - адрес столбца левого верхнего угла окна прокрутки;

ACR - адрес столбца правого нижнего угла окна прокрутки;

ARL - адрес строки левого верхнего угла окна прокрутки;

ARR- адрес строки правого нижнего угла окна прокрутки;

ACMR - адрес столбца в видеопамяти, по которому будет произведено чтение данных;

ARMR - адрес строки в видеопамяти, по которому будет произведено чтение данных;

ACMW - адрес последнего столбца в видеопамяти для записи новых данных в прокручиваемое окно;

ARMW - адрес последней строки в видеопамяти для записи новых данных в прокручиваемое окно.

Горизонтальная прокрутка справа налево.

Адрес строки не пересчитывается. Адрес столбца для окна прокрутки (ACL £ AC £ ACR и ARL £ AR £ ARR)

                  (4.1)

В выражении (4.1) необходимо иметь в виду, что счетчик позиций сдвига должен быть сброшен по достижении условия

CP=ACR-ACL+1                                                                             (4.2)

либо иметь соответствующий коэффициент пересчета.

Адрес последнего столбца для добавления новой информации в окно прокрутки

                                                    (4.3)

Горизонтальная прокрутка слева направо.

Адрес строки не пересчитывается. Адрес столбца для окна прокрутки (ACL £ AC £ ACR и ARL £ AR £ ARR):

                    (4.4)

В выражении (4.4) необходимо иметь в виду, что счетчик позиций сдвига должен быть сброшен по достижении условия (4.2)

Адрес последнего столбца для добавления новой информации в окно прокрутки

                                                    (4.5)

Вертикальная прокрутка снизу-вверх.

Адрес столбца не пересчитывается. Адрес строки для окна прокрутки (ARL £ AR £ ARR и ACL £ AC £ ACR):

                   (4.6)

В выражении (4.6) необходимо иметь в виду, что счетчик позиций сдвига должен быть сброшен по достижении условия

CP=ARR-ARL+1                                                                             (4.7)

Адрес последней строки для добавления новой информации в окно прокрутки

                                                    (4.8)

Вертикальная прокрутка сверху-вниз.

Адрес столбца не пересчитывается. Адрес строки для окна прокрутки (ARL £ AR £ ARR и ACL £ AC £ ACR):

                      (4.9)

В выражении (4.9) необходимо иметь в виду, что счетчик позиций сдвига должен быть сброшен по достижении условия (4.7).

Адрес последней строки для добавления новой информации в окно прокрутки

                                                     (4.10)

Структурная схема предлагаемого видеоконтроллера приведена демонстрационном чертеже ГУИР.403200.001 Э2.

Схема содержит шину данных 1 для приема видеоданных от центрального процессора; шину команд 2 для приема команд от центрального процессора; схему управления 3, представляющую собой синхронный автомат для выработки управляющих сигналов видеоконтроллера; схему синхронизации 4, предназначенную для генерации сигналов синхронизации; схему формирования сигналов синхронизации устройства отображения 5, предназначенную для формирования сигналов строчной и кадровой разверток и сигнала разрешения отображения данных; регистр состояния 6, предназначенный для хранения состояния видеоконтроллера; схему сопряжения с устройством отображения 7, предназначенную для реализации интерфейса данных конкретного типа устройства отображения; буфер ввода-вывода 8, предназначенный для подключения регистров видеоконтроллера к шине данных; регистр номера окна 9, предназначенный для хранения кода окна прокрутки и используемый при обновлении крайней строки или столбца соответствующего окна; входной регистр цвета 10, предназначенный для хранения кода цвета пикселя при записи в видеопамять; выходной регистр цвета 11, предназначенный для хранения кода цвета пикселя, считываемого из видеопамяти; счетчик текущего адреса столбца экрана 12, предназначенный для хранения и наращивания значения адреса текущего столбца пикселей экрана устройства отображения; счетчик текущего адреса строки экрана 13, предназначенный для хранения и наращивания значения адреса текущей строки пикселей экрана устройства отображения; N схем управления окном прокрутки 14 для N независимых окон прокрутки изображения, предназначенных для вычисления адреса видеопамяти в соответствующем окне, управления записью в крайний столбец (строку) окна, формирования сигналов попадания текущего адреса позиции экрана в окно прокрутки и завершения записи в видеопамять линии заданной длины; схему управления мультиплексором адреса видеопамяти 15; схему формирования сигналов записи/чтения видеопамяти 16; буфер ввода-вывода данных видеопамяти 17; мультиплексор адреса столбца видеопамяти 18; регистр адреса столбца видеопамяти 19; видеопамять 20; мультиплексор адреса строки видеопамяти 21; регистр адреса строки видеопамяти 22; шину управления видеоконтроллера 23, предназначенную для передачи сигналов управления видеоконтроллера. Для упрощения чертежа не показаны подключения некоторых блоков видеоконтроллера к шине управления.

Схема содержит шину адреса столбца экрана 24; шину адреса строки экрана 25; регистр-счетчик 26, предназначенный для хранения и инкрементирования адреса строки или столбца при операциях записи в крайний столбец (строку) окна прокрутки; регистр адреса столбца левого верхнего угла окна (ACL) 27; регистр адреса столбца правого нижнего угла окна (ACR) 28; регистр адреса строки правого нижнего угла окна (ARR) 29; регистр адреса строки левого верхнего угла окна (ARL) 30; счетчик позиций сдвига (CP) 31, предназначенный для хранения позиций сдвига и подсчета числа сдвигов; регистр направления 32, предназначенный для хранения кода направления прокрутки; счетчик длины 33, предназначенный для хранения и декрементирования количества пикселей одного цвета при операциях записи в крайний столбец (строку) окна прокрутки; первый сумматор 34; компаратор адреса 35, предназначенный для выработки сигнала попадания текущего адреса позиции экрана в окно прокрутки; пятый сумматор 36; второй сумматор 37; схему формирования сигнала сброса счетчика позиций 38; шестой сумматор 39; схему управления мультиплексорами 40; первый мультиплексор 41; второй мультиплексор 42; сумматор величины числа позиций прокрутки со значением адреса столбца 43; третий, четвертый, восьмой и седьмой сумматоры - соответственно 44, 45, 46 и 47; сумматор величины числа позиций прокрутки со значением адреса строки 48; мультиплексор адреса столбца 49; мультиплексор адреса строки 50. Схема управления окном прокрутки вырабатывает сигнал попадания адреса позиции экрана в окно прокрутки 51 и формирует адрес столбца видеопамяти 52 и адрес строки видеопамяти 53.

Устройство работает следующим образом. Центральный процессор устанавливает команду видеоконтроллера на шину команд 2. Если команда связана с передачей данных, то предварительно на шину данных 1 устанавливаются требуемые данные. Такими данными могут являться: код цвета, адрес столбца или строки, номер зоны и т.п. Схема управления 3 принимает команду и обеспечивает формирование требуемой последовательности управляющих сигналов в соответствии с частотой синхронизации, вырабатываемой схемой синхронизации 4. Видеоконтроллер постоянно, в соответствии с сигналами синхронизации, формируемыми схемой синхронизации устройства отображения 5, осуществляет чтение ячеек видеопамяти 20 и передачу кода, соответствующего цвету пикселя, на экран устройства отображения через буфер ввода-вывода 17, регистр цвета 11 и схему сопряжения с устройством отображения 7.

Предполагается, что циклы чтения/записи при работе с видеопамятью периодически чередуются: цикл чтения, цикл записи (возможно пустой при отсутствии необходимости записи в видеопамять), цикл чтения, цикл записи и т.д. Поэтому работа с памятью и при записи и при чтении осуществляется через один порт. В случае достаточно редких операций записи можно использовать запись только в конце каждой строки или в конце каждого кадра.

Для формирования адресов ячеек видеопамяти и позиций пикселей на экране используются счетчики адреса столбца 12 и адреса строки 13. Сигнал переноса счетчика адреса столбца 12 разрешает инкремент счетчика адреса строки 13. Работа счетчиков синхронизируется сигналами от схемы синхронизации 4 и схемы формирования сигналов синхронизации устройства отображения 5. При выполнении чтения из видеопамяти с последующим отображением пикселей на экране при отсутствии окон прокрутки имеет место равенство значений адресов столбца и строки пикселя на экране и адресов столбца и строки ячейки видеопамяти. При наличии окон прокрутки эти адреса должны быть пересчитаны в соответствии с выражениями (4.1), (4.4), (4.6) или (4.9) в зависимости от направления прокрутки. Данная функция реализуется с помощью введения схем управления окном прокрутки 14, мультиплексоров адресов столбца 18 и строки 21 ячейки видеопамяти и схемы управления мультиплексорами адресов ячейки видеопамяти 15. При необходимости организации N независимых окон прокрутки необходимо иметь N схем управления окном прокрутки и N-входовые мультиплексоры адресов столбца и строки видеопамяти. Для корректной прокрутки изображения окна не должны перекрываться. Каждая схема управления окном прокрутки формирует на своем выходе адрес столбца, адрес строки, сигнал попадания позиции пикселя на экране в зону прокрутки (сигнал зоны) и сигнал завершения записи линии заданной длины. Адресные сигналы подаются на соответствующие мультиплексоры, сигнал зоны подается на схему управления мультиплексорами адреса строки и столбца видеопамяти, что позволяет передать адреса с соответствующих входов мультиплексоров на регистры адреса строки 22 и столбца 19 и далее на адресные входы видеопамяти 20. При отсутствии окон в регистрах адреса запоминается адрес, поступающий с первой схемы управления окном прокрутки.

Для выполнения операции записи код цвета пикселя заносится в входной регистр цвета 10 и с помощью схемы формирования сигналов чтения/записи 16 обеспечивается подача требуемых управляющих сигналов на видеопамять 20. При необходимости записи в крайний столбец (строку) окна прокрутки перед командой записи предварительно в регистр номера окна 9 должен быть занесен код требуемого окна, что позволит с помощью схемы управления мультиплексорами 15 и через мультиплексоры 18, 21 подать на входы регистров адреса строки 22 и столбца 19 необходимые адреса видеопамяти. Запись в крайний столбец (строку) осуществляется в виде линий заданного цвета определенной длины. Для прекращения операции записи в видеопамять каждая из схем управления окном прокрутки формирует сигнал завершения записи линии заданной длины. Этот выход каждой схемы управления окном прокрутки подключается к шине управления.

Для организации окна прокрутки необходимо с помощью соответствующих команд контроллера занести в регистры 27-30 значения адресов столбца и строки левого верхнего угла и правого нижнего угла окна: в регистр 27 - адрес столбца левого верхнего угла окна; в регистр 28 - адрес столбца правого нижнего угла окна; в регистр 29 - адрес строки правого нижнего угла окна; в регистр 30 - адрес строки левого верхнего угла окна. При последовательном сканировании адресов позиций пикселей на экране с помощью счетчиков 12 и 13 их содержимое через входы 24, 25 будет поступать на компаратор адреса 35 и сравниваться с адресами окна прокрутки. В случае попадания текущего адреса пикселя в зону прокрутки компаратор адреса 35 выработает сигнал зоны 51, который далее будет подан на соответствующий вход схемы управления мультиплексорами 15. Число сдвигов, на которые необходимо произвести прокрутку, хранится в счетчике позиций 31. Для увеличения содержимого счетчика на единицу используется команда видеоконтроллера «Сдвиг». Для определения направления прокрутки необходимо в регистр направления 32 занести требуемый код.

Рассмотрим процесс вычисление адреса для случая горизонтальной прокрутки справа налево. В этом случае первый сумматор 34 обеспечивает вычисление величины , выходной код сумматора 34 подается на вход сумматора 37 для вычисления значения  и на вход схемы сброса счетчика позиций 38. Схема 38 обеспечивает сброс счетчика 31 при достижении условия (4.2). Выходной сигнал сумматора 37 подается на мультиплексор 41. Одновременно на остальные входы мультиплексора 41 подается логический ноль и выходной код счетчика позиций 31. Выходной сигнал мультиплексора 41 подается на вход сумматора 43, на другой вход сумматора подается код адреса столбца AC. Таким образом, в зависимости от кода на выходе мультиплексора 41 сумматор 43 реализует вычисление выражения (4.1). В случае, если формируемое изображение находится за пределами окна прокрутки, на выходе мультиплексора 41 появляется логический нуль и, соответственно, на выходе сумматора 43 - значение адреса, равное текущему адресу столбца экрана. Проверку условий выражения (4.1) и управление мультиплексором 41 реализует схема 40. Значение логического нуля на входе мультиплексора 41 необходимо для случая выхода текущего адреса пикселя за пределы зоны прокрутки. Для обнаружения этого факта на один из входов схемы 40 подается сигнал зоны 51. Вычисленный адрес столбца через мультиплексор 49 подается на выход 52 и далее через мультиплексор 18 подается на вход регистра адреса столбца видеопамяти. При таком виде сдвига адрес строки остается без изменений. Этот адрес через вход 25 поступает на сумматор 48, где складывается с константой равной нулю. Константа формируется на выходе мультиплексора 42. Мультиплексор управляется от схемы 40 аналогично управлению мультиплексором 41. Выходной адрес строки видеопамяти через мультиплексор 50, выход 53 и мультиплексор 21 подается на вход регистра адреса строки 22. Управление мультиплексорами 49 и 50 осуществляется в зависимости от кода, хранящегося в регистре направления и наличия команды записи в видеопамять.

При определении адреса столбца ячейки видеопамяти в случае горизонтального сдвига слева направо с помощью сумматоров 34, 37, 43 и мультиплексора 41 реализуется вычисление по выражению (4.4). Адрес строки определяется аналогично рассмотренному выше.

Для вычисления адресов строки в случае вертикальной прокрутки используются сумматоры 36, 39, 48 и мультиплексор 42. Они реализуют вычисления в соответствии с выражениями 4.6 или 4.9. Вычисления организуются аналогично рассмотренному выше.

Таким образом, схема управления окном прокрутки 14 автоматически формирует требуемый адрес видеопамяти для своего окна с учетом числа сделанных сдвигов. Это позволяет организовать сдвиг на произвольное число позиций и сдвиг по кольцу. При использовании N схем управления окном прокрутки получаем N независимых прямоугольных окон прокрутки на экране.

В режиме прокрутки изображения с записью в крайний столбец (строку) окна реализована аппаратная поддержка вычисления требуемого адреса для записи в видеопамять. Для этой цели используются сумматоры 44, 45, 46 и 47, с помощью которых вычисляются адреса по выражениям (4.3), (4.5), (4.10), (4.8). Для упрощения чертежа не показана схема проверки условия CP¹0 и мультиплексоры для выбора одной из двух альтернатив выражений (4.3), (4.5), (4.8), (4.10). Указанные выражения позволяют рассчитать адрес крайнего столбца или строки. Рассмотрим пример записи в последний столбец окна при горизонтальной прокрутке справа налево. В этом случае с помощью сумматора 44 по выражению (4.3) вычисляется адрес последнего (правого) столбца. Изображение столбца формируется путем записи в видеопамять вертикальных линий заданного цвета и длины по вычисленному адресу. Для этого во входной регистр цвета 10 предварительно заносится требуемый цвет, в счетчик длины 33 заносится длина линии в пикселях, а в регистр-счетчик 26 адрес первой строки в последнем столбце, с которой начинается рисование. Адрес первой строки может быть занесен в регистр счетчик 26 от центрального процессора через шину данных 1, либо получен автоматически путем записи в регистр-счетчик 26 значения из регистра адреса строки левого верхнего угла окна прокрутки (для упрощения чертежа эта связь не показана). Перебор адресов строк последнего столбца реализуется путем инкрементирования содержимого регистра-счетчика 26, выходной код которого через мультиплексор адреса строки 50 подается на выход 53 при одновременном формировании сигнала записи с помощью схемы 16 и декрементировании счетчика 33. Признак завершения процедуры рисования вертикального отрезка - обнуление счетчика длины 33. При этом адрес столбца остается неизменным. После записи вертикальной линии заданной длины, при необходимости, изменяется цвет пикселей (код в регистре 10), задается новая длина линии и процесс записи продолжается до тех пор, пока не будет сформирован последний столбец окна. При выводе строки необходимо осуществлять последовательный перебор адресов столбцов, что обеспечивается мультиплексором 49 путем передачи содержимого регистра-счетчика 26 на выход адреса столбца 52.

Все указанные функции реализуются аппаратно в самом видеоконтроллере, что позволяет разгрузить центральный процессор от операций управления видеосистемой и увеличить скорость выполнения указанных функций.

В качестве примера реализуемости заявляемого устройства можно привести разработанный авторами заявки видеоконтроллер монитора пациента. Видеоконтроллер позволяет осуществить аппаратную прокрутку окна экрана произвольного размера справа налево в соответствии с приведенными выражениями, прокрутку по кольцу и аппаратную поддержку записи в последний столбец окна. Видеоконтроллер реализован на базе FPGA XC2S100 семейства Spartan II фирмы Xilinx и управляет LCD TFT матрицей TORISAN TM150XG-26L06. Данная матрица имеет разрешение 1024х768 и интерфейс LVDS.

видеодисплейный монитор пациент компьютерный

5. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

Основой системы является процессорный модуль. Его функциональное назначение заключается:

-     в визуализации получаемой информации от периферийных модулей, непосредственно обрабатывающих информацию, получаемую с датчиков;

- в организации интерактивного диалога с оператором с целью задания режимов и параметров работы системы;

  в установлении связи с центральным компьютером лечебного учреждения;

  в организации всей работы в целом.

Ядром процессорного модуля является микроЭВМ, выполненная на базе RISC процессора AVR фирмы ATMEL. МикроЭВМ предназначена для конфигурации структуры и настройки остальных компонентов, входящих в процессорный модуль, визуализации информации, полученной от периферийных ЭВМ, накопления информации в пакеты долговременного хранения, а также для обеспечения связи с внешним персональным компьютером или устройствами, такими как внешние накопители данных или стандартные устройства ввода-вывода.

До включения питания микроЭВМ ATMEGA конфигурирует коммутационный процессор, выполненный на базе FPGA XILINX. Коммутационный процессор образует среду для управления микроЭВМ, FLASH-памятью, предназначенной для накопления данных, поступающих непосредственно с периферийных процессоров, либо после обработки их с помощью процессора цифровой обработки сигналов DSP фирмы ANALOG DEVICES. Также посредством коммутационного процессора, образуется мост между микроЭВМ и процессором DSP. Во-первых, микроЭВМ конфигурирует DSP путем загрузки в него программ для обработки данных, во-вторых, управляет работой процессора DSP. Процессор DSP также образует интерфейс RS232, с помощью которого можно подключать к нему также внешние устройства. В основном, это связано с возможностью включения различных внешних устройств, например запоминающего устройства архивного хранения данных. Коммутационный процессор образует интерфейс для подключения периферийных процессоров. Используется синхронный интерфейс с распределением потока данных по времени.

Для отображения (визуализации) информации используется специализированный видеоадаптер, подключенный к микроЭВМ. Специализированный видеоадаптер позволяет на аппаратном уровне ускорить некоторые операции по визуализации графической информации, полученной от периферийной ЭВМ. Видиоадаптер выполнен на базе FPGA фирмы XILINX и обладает открытой архитектурой, позволяющей настраивать его на конкретное применение. Видеоадаптер также конфигурируется с помощью микроЭВМ. Для подключения дополнительных устройств, имеющих служебный характер, и устанавливающихся в процессорный модуль опционно, микроЭВМ образует шину I2C, к которой подключаются цифровые преобразователи, датчик температуры, часы реального времени и конфигурационное последовательное запоминающее устройство. В конфигурационном последовательном запоминающем устройстве хранятся программы процессора DSP и структуры коммутационного процессора и видеоадаптера. Часы реального времени предназначены для получения реального времени для синхронизации процессов наблюдения. Датчик температуры предназначен для измерения температуры внутри прибора. Цифроаналоговые преобразователи служат для формирования опорных технологических сигналов для автоматических регулировок. Также к микроЭВМ подключается функциональная клавиатура. На демонстрационном чертеже ГУИР.403200.001 Э3 представлена схема электрическая принципиальная модуля отображения информации Монитора пациента.

Отдельные устройства процессорного модуля выполнены на следующих микросхемах.

1.   МикроЭВМ AVR - ATMEGA 103 (DD3).

2.          Процессор DSP - ADSP - 2188M (DD1) с питанием на микросхеме ADP 3335 (DD11).

. Коммутационный процессор выполнен на микросхеме XILINXXC25200(U1) с питанием на микросхеме ADP 3335 (DD18).

4.          FLASH - память емкостью 32 Мб выполнена на четырех микросхемах AT45DB642 (DD12, DD13, DD14, DD15).

. Два интерфейса RS232 выполнены на микросхеме ADM 1385 (DD10).

. Цифроаналоговые преобразователи выполнены на микросхеме AD7303 (DD9).

. Часы реального времени выполнены на микросхеме DS 1307 (DD17).

. Датчик температуры выполнен на микросхеме DS 1820 (DD14).

. Конфигурационное ПЗУ выполнено на микросхемах AT24LC256 (DD6, DD7, DD8, DD19).

. Видеоадаптер выполнен на микросхеме XILINXXC25200 (DD23) с питанием на микросхеме ADP 3335 (DD20), с использованием памяти AS7C34096 (DD24 и DD25) и формирователя LVDS DS90C385 (DD22).

В состав монитора пациента в базовой конфигурации входят: канал измерения электрокардиограммы (по 3 отведениям), канал измерения температуры (2 первичных преобразователя), канал измерения насыщенности крови кислородом (SPO2), канал измерения углекислого газа (CO2) в выдыхаемом воздухе, канал измерения артериального давления, канал измерения частоты дыхания.

6. ДИЗАЙНЕРСКАЯ ПРОРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Конструирование как мысленное представление будущего объекта занимает центральное место в процессе производства изделия.

Задачи конструирования тесно взаимосвязаны с другими процессами технической подготовки производства, такими, как, например, технологическая подготовка.

Конструкторская подготовка производства является частью технической подготовки. Этот процесс охватывает все мысленные, ручные и машинные операции, необходимые для предварительной проработки изделия, целью которых является получение на основе задачи конструирования описания изделия, достаточного для его производства и эксплуатации.

Поэтому процесс конструирования оказывает решающее влияние на потребительскую стоимость самого изделия, а также экономичность его производства и эксплуатации. Исследования показали, что на 75 % стоимость изделия определяется в ходе конструкторской подготовки производства. Эта доля возрастает с увеличением степени разделения труда и уровня технической оснащенности, что требует от конструктора соответствующих приемов работы.

В процессе разработки должны мысленно «проигрываться» все фазы эксплуатации изделия. Необходим выбор не только конструкторского решения, но и пути этого решения.

Неопределенность при разработке может быть снижена итерационной (пошаговой) обработкой информации, объем которой в процессе конструирования постоянно растет, а также использованием уже существующих решений, предварительным продумыванием решений или их элементов и сознательным возвращением к исходной ситуации для сравнения полученной структуры с требуемой.

Поиск решений обеспечивается при дополнении неполных данных, касающихся задачи конструирования, и выделении в ней главного.

Структуру процесса конструкторской подготовки производства можно представить в виде таблицы 6.1.

При проведении конструкторской подготовки производства благодаря применению методов, программ и вспомогательных технических средств отпадает необходимость выполнения повторяющихся работ.

Таблица 6.1 - Основная структура процесса конструкторской подготовки производства

Важнейшим направлением существенного повышения производительности процесса разработки изделий является применение современных программных продуктов - идеологии и систем проектирования с использованием параметрического моделирования.

Повысить конкурентные преимущества выпускаемой продукции при одновременном сокращении расходов невозможно без качественного преобразования всех этапов производства. На этапе конструкторско-технологической разработки - это, безусловно, применение систем автоматизированного проектирования (САПР) хорошего уровня.

Существующие в настоящее время САПР классифицируются на системы «нижнего», «среднего» и «верхнего» уровня. К системам младшего класса («нижнего уровня») можно отнести AutoCAD, VersaCAD, CADKEY. Они сравнительно недороги, но хороши только для решения определенного круга проблем и малоэффективны с точки зрения средних и крупных компаний, деятельность которых далеко выходит за рамки черчения, пусть даже и с расширенными возможностями трехмерного моделирования.

Более развитые CAD-системы старшего класса, как, например, EDS Unigraphics, Pro/ENGINEER, CATIA или CADDS представляют собой очень большие программные комплексы, в состав которых входит несколько десятков крупных функциональных модулей. Благодаря чему эти системы обладают достаточно большими функциональными возможностями, но вместе с тем требуют мощного оборудования и сами по себе весьма дорогие (от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч долларов).

Поэтому широкого распространения такие системы для массового проектирования не получили. Они использовались лишь в областях, где без них проектирование было практически невозможно. Состояние коренным образом изменилось с появлением персональных компьютеров с процессором Pentium, обладающих производительностью, достаточной для выполнения основных операций трехмерного моделирования.

Мощность и быстродействие современных персональных компьютеров позволяют решать им задачи, еще несколько лет назад являвшиеся исключительной прерогативой дорогостоящих рабочих станций. В процессе разработки требуется комплексное решение ряда проблем проектирования. К ним относятся моделирование изделий, их расчет и разработка технологического процесса изготовления.

Системы 3D моделирования на персональных компьютерах могут применяться для разработки примерно 90-95 % деталей узлов и механизмов на предприятиях, а, следовательно, позволяют постепенно перейти от двухмерного к полностью трехмерному проектированию.

Одной из крупнейших в мире компаний, разрабатывающих CAD/CAM/CAE-системы "высокого" уровня, является американская компания Parametric Technology Corporation (PTC). Основная разработка компании система Pro/ ENGINEER. Начиная с 1988 года, компания ежегодно выпускает две новых версии Pro/ ENGINEER.

В общем случае процесс проектирования изделия с использованием современных программных средств включает в себя трехмерное моделирование, оптимизацию конструкции, подготовку рабочей конструкторской документации, а в некоторых случаях и определение процессов изготовления (создание программ для станков с числовым программным управлением). Эффективное сочетание всех этих процессов значительно уменьшает время выхода изделий на рынок.

6.1 Программное обеспечение для моделирования Монитора пациента

При работе над проектом совместно применялись два программных продукта: Pro/ENGINEER и T-FLEX CAD 2D.

Концептуальное трехмерное моделирование монитора, включая выработку общего дизайна, поиск оптимальной и рациональной внутренней компоновки, осуществлялось с использованием Pro/ENGINEER. По полученной трехмерной модели автоматически создавалась геометрия будущих чертежей. Далее осуществлялся экспорт файла в DWG-формат с последующим импортом в T-FLEX CAD. После чего в этой системе выполнялась конструкторская документация в полном соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД).

Pro/ENGINEER - это, прежде всего, система трехмерного проектирования, как твердотельного, так и поверхностного. Она имеет очевидные преимущества перед традиционным в прошлом двухмерным проектированием:

-     наглядность представления проектируемой модели позволяет избежать ошибок, связанных с тем, что при двухмерном проектировании конструктору трудно представить трехмерную модель, имеющую сложную геометрию;

- оперирование геометрией на уровне объектов инженерных элементов значительно упрощает и ускоряет процесс проектирования. Ядро Pro/ENGINEER использует уникальную по своим возможностям технологию Proven Technology, основанную на граничных представлениях. Основное отличие Proven Technology от известных технологий трехмерного проектирования ACIS, Parasolid, используемых в конкурирующих продуктах (UNIGRAPHICS, I-DEAS, CADDS, EUCLID), жесткие требования к проектируемой геометрии (геометрия должна быть определена однозначно). Такие ограничения не требуют от конструкторов лишних усилий при проектировании, но позволяют достичь полного соответствия геометрии заданным размерам, что важно при дальнейшей работе (изготовление технологической оснастки, подготовка программ для обработки на станках с ЧПУ и т.д.).

Основные преимущества Pro/ENGINEER заключаются в следующем:

-   объектно-ориентированное параметрическое моделирование.

Моделирование в Pro/ENGINEER основано на "примитивах", таких как фаски, ребра, скругления, оболочки и другие, что позволяет создавать геометрию любой сложности. Наряду с информацией об их местоположении и связях с другими объектами, "примитивы" содержат негеометрическую информацию, например - процесс изготовления и связанные с ним расходы. Для размещения "примитивов" нет необходимости в координатной системе, так как они напрямую связываются с существующей геометрией. Вследствие этого все изменения осуществляются быстро и просто, и отвечают оригинальному конструкторскому замыслу. Особенностью "примитивов" является то, что, кроме данных о геометрии, они содержат всю информацию о топологии построения, включая историю создания, связи исходных и зависимых объектов, и могут быть изменены «предсказуемо». Все это позволяет вносить изменения в конструкцию, не прибегая к перестроению объектов.

-   Единая информационная модель изделия.

Данные Pro/ENGINEER содержатся в единой базе данных, что дает возможность нескольким группам проектировщиков одновременно работать над одним и тем же изделием. Отсутствует процесс трансляции данных между различными модулями Pro/ENGINEER, и гарантируется полное соответствие геометрии исходному замыслу.

-   Параметризация.

Все данные Pro/ENGINEER (не только геометрические) являются параметрами - доступными в любой момент для изменения величинами. Модифицируя эти параметры, можно легко генерировать различные варианты изделия. Это уникальное свойство Pro/ENGINEER позволяет оперировать геометрией на недоступном для других систем уровне.

-   Полная (двусторонняя) ассоциативность.

Pro/ENGINEER основан на единой структуре данных с возможностью делать изменения непосредственно в системе. Система автоматически отслеживает любые изменения в рамках проекта, сделанные в каком угодно месте большого комплексного проекта на любой стадии его готовности. Таким образом, изменения, внесенные в какой-либо момент разработки, автоматически переносятся на все реализованные этапы конструкторского - технологического процесса. Это позволяет избежать ошибок; например, с изменением модели автоматически изменятся сборка, чертеж, оснастка и управляющая программа. Таким образом, обеспечивается параллельность разработки конструкторского и технологического процессов. Система, обладающая свойством двунаправленной ассоциативности, сокращает время и трудоемкость работ по серьезным изменениям конструкции. По разным оценкам, эта величина колеблется от 60 до 90%.

-   Повторное использование инженерных данных.

Достичь роста производительности и улучшения качества изделия невозможно без использования типовых деталей, узлов и конструкторско-технологических процессов. Этот подход известен как «повторное использование инженерных данных» (Engineering Data Reuse - EDR).

-   Параллельная работа над проектом.

Модуль управления проектами Pro/INTRALINK в силу его уникальной способности работать с инженерными данными Pro/ENGINEER, кроме стандартных функций ведения проектов, позволяет интегрировать изменения, проводимые различными инженерными, в одном проекте. Это значительно сокращает время разработки изделия и риск того, что внесенные изменения останутся неучтенными.

-   Независимость от платформы.

Pro/ENGINEER функционирует на всех платформах, работающих под управлением UNIX или WINDOWS NT. Пользователи могут выбирать наиболее экономичную конфигурацию платформы для своих нужд и сочетать любые конфигурации платформ. Pro/ENGINEER позволяет легко обмениваться информацией между платформами с любой архитектурой.

-   Сквозной цикл - «проектирование- производство».

Только Pro/ENGINEER обеспечивает сквозной цикл изготовления изделия: конструкторское проектирование - технологическое проектирование - инженерный анализ - управляющие программы.

Использование Pro/ENGINEER обеспечивает значительное сокращение цикла «проектирование-производство» за счет возможности сквозного параллельного процесса проектирования.

По данным международного института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology) использование сквозного параллельного проектирования позволяет достичь следующих результатов:

-        внесение изменений - на 65-90 % быстрее;

- время разработки - на 30-70 % меньше;

  выход продукта на рынок - на 20-90 % быстрее;

  качество продукта - на 200-600 % выше;

  затраты - на 5-50 % меньше;

  окупаемость - на 20-120 % быстрее.

Под повышением качества продукта здесь следует понимать значительное сокращение количества ошибок при проектировании. Они выявляются не в процессе изготовления и сборки изделия, а «на экране».

-   Модули Pro/ENGINEER .

Модульная структура программного комплекса позволяет пользователям подбирать оптимальную конфигурацию системы из нескольких десятков имеющихся сегодня специализированных функциональных модулей так, чтобы она соответствовала их прикладным задачам.

Pro/ASSEMBLY - параметрическая система управления сборкой, облегчающая задачу создания больших сложных узлов. Модуль поддерживает табличное создание деталей и узлов, и автоматическое замещение компонентов в узле. Pro/ASSEMBLY включает также возможности создания параметрических, основанных на объектах, деталей в режиме сборки, основываясь на геометрии других компонентов для определения размеров и места.

Рro/РDМ - модуль "менеджер проекта". Обеспечивает инструментарий для облегчения управления и координации работы группы конструкторов, занятых разработкой крупного проекта. Сюда включены центральный архив чертежей, контроль доступа к чертежам, регистрация произведенных изменений, проверка индексов контроля, обмен данными между разработчиками, запросы объектных связей и сведения о расходовании материала./PIPING - используя Pro/PIPING, конструктор может легко разработать трехмерную систему трубопроводов, состоящую из труб большого диаметра с арматурой, гнутыми трубопроводами и гибкими шлангами. Прокладка труб производится параллельно разработке всей остальной конструкции изделия, обеспечивая, таким образом, одновременную оптимизацию системы трубопроводов и изделия в целом./MANUFACTURING - основан на объектно-ориентированном подходе к моделированию производственных операций, необходимых для изготовления детали. По мере создания каждого объекта Pro/MANUFACTURING прослеживает необходимый путь инструмента и моделирует результаты воздействия производственной операции на заготовку. В дальнейшем данные о движении инструмента преобразовываются с целью формирования управляющих программ для обрабатывающих ЧПУ-станков./NC-CHECK - предоставляет графический интерфейс для имитации процесса удаления материала в процессе обработки на токарных, фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУ./CABLING - предлагает исчерпывающие возможности для разводки проводов в трехмерной модели с учетом их функциональной направленности, а также создания жгутов при сборке./MOLDESIGN - конструирует формообразующие части пресс-форм на основе отлитых деталей. Позволяет осуществлять имитацию заполнения пресс-форм. Дает возможность разрабатывать пресс-форму и саму деталь совместно./SHEETMETAL - расширяет возможности Pro/ENGINEER в области проектирования и производства изделий из листового металла./SURFACE - дополняет возможности Pro/ENGINEER в области решения сложных задач поверхностного моделирования./FEATURE - создает "пользовательские определенные" сложные конструкторские объекты, такие как структуры с изменяющимися профилями, оболочки, трехмерные объекты, сложные в геометрическом отношении детали./DESIGN - управляет проектированием сложных изделий "сверху-вниз", включая создание и передачу информации о проектировании сборки, генерацию вариантов проектирования и автоматическую сборку полностью взаимосвязанных компонентов проектируемой конструкции узла./PLOT - расширяет поддержку плоттеров для базового пакета программ Pro/ENGINEER и Pro/DETAIL. Поддерживает возможности вывода файлов в форматах HPGL и PostScript. Pro/PLOT совместим со стандартными форматами Calcomp, Gelber, HPGL2 и Versatec для более чем 100 патентованных плоттеров./DETAIL - обеспечивает проекционное черчение видов, сечений в Pro/ENGINEER. Модуль обладает обширными возможностями образмеривания, введения допусков и создания проекций. Он позволяет создавать производственные чертежи по трехмерной модели Pro/ENGINEER.

Среди модулей имеются также и некоторые другие, как, например, Pro/Animate (фотореалистическая анимация), Pro/Designer (быстрая проработка концептуального дизайна изделия), Pro/Detail (создание рабочих чертежей), Pro/Develop (средства создания дополнительных модулей), Pro/Interface (обмен данными с другими CAD-системами), Pro/Mesh (генерация сетки конечных элементов).

Далее в качестве примера приведена трехмерная модель монитора, представленной в виде разобранной сборки на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Трехмерная модель монитора (разобранный вид)

Система T-FLEX CAD 2D применяется для параметрического проектирования и оформления конструкторско-технологической документации в полном соответствии с ЕСКД и международными стандартами ISO, DIN, ANSI с возможностью быстрого изменения стандарта. В основе системы лежит параметрическое ядро.

Система достаточно эффективно применяется для вариантного проектирования, создания параметрических сборочных конструкций и для создания и оформления чертежной документации.

Основной отличительной особенностью T-FLEX CAD 2D по сравнению с известными и зарубежными системами является простое и удобное создание параметрических чертежей. Все параметры чертежа могут быть выражены с помощью переменных, рассчитаны с помощью формул, выбраны из баз данных.

Еще одной отличительной особенностью T-FLEX CAD 2D является создание параметрических сборочных чертежей. Созданные в системе параметрические чертежи можно соединять между собой и получать параметрические сборочные чертежи. Используя параметрические сборочные чертежи системы T-FLEX CAD, можно быстро и эффективно получать требуемые модификации сборок.

Далее в качестве примера приведен уменьшенный чертеж (рис. 6.1), выполненный в системе T-FLEX CAD. Представлен чертеж стенки - одной из деталей, входящих в конструкцию монитора. Эта деталь является несущей. На нее устанавливаются все внутренние компоненты.

6.2 Программирование микропроцессора ATMEGA128L

Изображение, отображаемое на экране прибора в основном режиме работы, представляет собой совокупность полей для отображения числовых значений и равномерно движущихся кривых (графиков). Данные, отображаемые в каждом из этих полей, меняются независимо друг от друга. Поэтому с точки зрения построения изображения на экране, все данные, поступающие в прибор от датчиков и появляющиеся после их обработки, связываются с определенным графическим или цифровым полем.

Программа построения изображения состоит из двух независимых модулей. Один модуль предназначен для рисования участков кривых и сдвига участка изображения на экране. Этот модуль запускается строго периодически по прерыванию от таймера. Второй модуль предназначен для вывода цифровых данных. Он непрерывно просматривает состояние всех цифровых полей, и, если данные в каком-либо поле изменились, перерисовывает цифры. Алгоритмы вывода числовых данных и изображения аналоговых сигналов представлены на демонстрационном чертеже ГУИР.403200.001 ПД. Поскольку числовые данные изменяются медленно, то этот модуль не требует большой скорости перерисовки и может прерываться модулем вывода кривых и другими программами. Алгоритм вывода изображения кривой сводится к рисованию вертикальных фрагментов кривой в крайнем правом столбце соответствующей области экрана и сдвигу изображения кривой влево на одну точку.

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОНИТОРА ПАЦИЕНТА

7.1 Характеристика изделия

Целью разработки явилось создание медицинского прибора для мониторинга основных параметров состояния здоровья человека в условиях стационарного лечения и скорой помощи, экспрессной оценки физиологических функций лётных экипажей, самолетов, водителей транспортных средств, многопрофильного скрининга населения.

Прибор позволяет проводить: регистрацию электрокардиограммы в реальном масштабе времени по трем отведениям, измерения артериального кровяного давления, частоты сердечных сокращений, температуры в локальной области кожного покрова и внутриполостную температуру, измерение CO2 на выдохе и SpO2. Новым в исследовании и разработке прибора явилось расширение возможностей мониторинговой аппаратуры для диагностики заболеваний по методике Захарьина-Геда, совершенствование аналого-цифровых измерительных блоков и методов обработки измерительной информации. Применена оригинальная система сохранения результатов измерений для их экспертной оценки.

Новая техника, внедряемая в производство, должна быть не только технически совершенной, но и экономически выгодной. На основе экономической оценки новой техники принимается решение об инвестициях в данный проект.

Экономическая целесообразность инвестиций в производство нового изделия осуществляется на основе расчета и оценки следующих показателей:

чистая дисконтированная стоимость (ЧДД);

срок окупаемости инвестиций (ТОК);

рентабельность инвестиций (Ри).

Для оценки экономической эффективности инвестиционного проекта по производству нового изделия необходимо [14]:

. рассчитать результат (Р) от производства нового изделия, который включает чистую прибыль и амортизационные отчисления;

. рассчитать инвестиции, необходимые для производства нового изделия;

. рассчитать показатели эффективности инвестиционного проекта по производству нового изделия.

7.2 Расчет стоимостной оценки результата

.2.1 Определение себестоимости и отпускной цены изделия

Результатом (Р) от производства нового изделия является прирост чистой прибыли, полученной от его реализации.

Для определения чистой прибыли необходимо рассчитать себестоимость и отпускную цену нового изделия.

1. Расчёт затрат по статье “Сырьё и материалы”

В эту статью включается стоимость основных и вспомогательных материалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленным нормам.

Расчет затрат на материалы представлен в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Расчёт затрат на материалы

. Расчет затрат по статье «Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера»

В эту статью включаются затраты на приобретение в порядке производственной кооперации готовых покупных изделий и полуфабрикатов, используемых для комплектования изделий или подвергающихся дополнительной обработке на данном предприятии для получения готовой продукции (радиоэлементы, микросхемы и пр.).

Результаты расчета затрат представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Расчёт затрат на комплектующие изделия и полуфабрикаты

3. Расчет затрат по статье «Основная заработная плата производственных рабочих»

В эту статью включаются расходы на оплату труда производственных рабочих, непосредственно связанных с изготовлением продукции, выполнением работ и услуг.

Расчёт основной заработной платы представлен в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Расчет основной заработной платы производственных рабочих

Результаты расчета остальных статей затрат, себестоимости и отпускной цены представлены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции

5. Отчислении на социаль-ные нужды (отчисления в фонд социальной защиты населения и обязательное страхование)   РСОЦ                   34 721,66 ,

8. Коммерческие расходы          РКОМ       375 107,59                

7. Плановая прибыль на единицу продукции            ПЕД          1 969 314,84              ,

7.2.2 Расчет чистой прибыли

На основе маркетинговых исследований и заказов потребителей был определен плановый объем реализации изделия, который составил 100 нат. ед.

Чистая прибыль рассчитывается по формуле:

Пч = N * П ед (1- Нп/100)                                                              (7.1)

где N - годовой объем выпуска продукции, нат. ед.;

П ед - прибыль, приходящаяся на единицу изделия, ден. ед.;

Нп - ставка налога на прибыль, 24 %.

Пч = 100 * 1 969 314,84 (1 - 24/100) = 149 667 927,84 руб.

Так, объем производства по годам не изменяется, чистая прибыль по годам имеет одинаковое значение.

7.3 Расчет инвестиций в производство нового изделия

Инвестиции в производство нового изделия включают:

1.  инвестиции на разработку нового изделия (Иразр);

2.          инвестиции в основной и оборотный капитал.

Инвестиции на разработку нового изделия согласно смете разработчика составляют 10 000 000 руб.

Производство продукции предполагается осуществлять на действующем оборудовании на свободных производственных мощностях, поэтому инвестиции в основной капитал не требуются.

Для производства нового вида продукции требуется прирост инвестиций в собственный оборотный капитал в размере 30-40% общей годовой потребности в материальных ресурсах.

Годовая потребность в материалах определяется по формуле:

                                                                                      (7.2)

Пм = 6 953,364 * 100 = 695 336,4 руб.

где  - материальные затраты на единицу продукции, ден. ед. (см. таблицу 7.1).

Годовая потребность в комплектующих изделиях определяется по формуле:

                                                                                       (7.3)

Пк = 7 188 742 * 100 = 718 874 200 руб.

где  - затраты на комплектующие изделия на единицу продукции, ден. ед. (см. таблицу 7.2).

Инвестиции в прирост собственного оборотного капитала составят

Иоб = 0,4 * (Пм + Пк)                                                                                (7.4)

Иоб = 0,4 * (695 336,4 + 718 874 200) = 287 827 814,56 руб.

Таким образом, инвестиции в производство нового изделия составят

И = Иразр + Иоб                                                                            (7.5)

И = 10 000 000 + 287 827 814,56 = 297 827 814,56 руб.

7.4 Расчет показателей экономической эффективности проекта

При оценке эффективности инвестиционных проектов необходимо осуществить приведение затрат и результатов, полученных в разные периоды времени, к расчетному году, путем умножения затрат и результатов на коэффициент дисконтирования , который определяется следующим образом:

                                                                            (7.6)

где  - требуемая норма дисконта, 15%;

 - порядковый номер года, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году;

 - расчетный год, в качестве расчетного года принимается год вложения инвестиций, = 1.

Расчет чистого дисконтированного дохода за четыре года реализации проекта и срока окупаемости инвестиций представлены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Экономические результаты работы предприятия

Рассчитаем рентабельность инвестиций (РИ) по формуле

                                                                              (7.7)

Ри = 149 667 927,84/297 827 814,56* 100% = 50 %

где  - среднегодовая величина чистой прибыли за расчетный период, ден. ед., которая определяется по формуле

                                                                              (7.8)

Псчр = 449 003 783,52/3 = 149 667 927,84 руб.

где  - чистая прибыль, полученная в году t, ден. ед.

В результате технико-экономического обоснования инвестиций по производству нового изделия были получены следующие значения показателей их эффективности.

.Чистый дисконтированный доход за четыре года производства продукции составит 193 561 926,12 рублей.

. Все инвестиции окупаются на третий год.

. Рентабельность инвестиций составляет 50%

Таким образом, производство данного нового вида изделия является эффективным и инвестиции в его производство целесообразны.

8 .ОХРАНА ТРУДА. БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРСОНАЛА И ПАЦИЕНТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ И ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Проектируемая система Монитор пациента предназначена для мониторинга основных параметров состояния здоровья человека в условиях стационарного лечения и скорой помощи, экспрессной оценки физиологических функций лётных экипажей самолетов, водителей транспортных средств, многопрофильного скрининга населения.

Монитор пациента универсален, может комплектоваться дополнительными блоками и датчиками в соответствии с требованиями медицинских учреждений; в своем составе содержит высокопроизводительный процессор, позволяющий совершенствовать диагностику заболеваний, адаптировать прибор к конкретным условиям эксплуатации. Настройка прибора производится при включенном питании сети 220 В 50 Гц.

При проведении наладочных работ и измерении физиологических параметров на человека возможно влияние следующих опасных и вредных производственных факторов [12]: повышенная или пониженная температура воздуха в помещении, повышенный уровень шума, электрическая опасность, недостаточная освещенность монитора, электромагнитные излучения.

Приведем нормативные значения этих факторов, как одно из средств обеспечения безопасности. В теплый период года необходимо обеспечить следующие параметры микроклимата (класс работ 1б): температура воздуха в рабочей зоне 22 - 24 °С; допустимый уровень шума 60 дБА [14]; величина относительной влажности не более 60%; освещенность на поверхности стола в зоне размещения монитора должна быть 400 лк (люминесцентное освещение), 200 лк (лампы накаливания), на экране монитора соответственно 200 и 100 лк, местное освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк; уровни напряженности электрического поля тока промышленной частоты 50 Гц, создаваемые монитором и изделием в целом не должны превышать 0,5 кВ/м; уровни напряженности электростатического поля, создаваемые монитором, и изделием в целом не должны превышать 15,0 кВ/м; интенсивность ультрафиолетового излучения от экрана видеомонитора не должна превышать 0,0001 Вт/м2 в диапазоне 280 - 315 нм и 0,1 Вт/м2 в диапазоне 315 - 400 нм. Излучение в диапазоне 200 - 280 нм не допускается.

Система должна использоваться в помещении, удовлетворяющем вышеприведенным требованиям. Далее остановимся подробнее на опасности поражения персонала и пациентов при проведении наладочных и измерительных работ.

Возникновение электротравмы в результате воздействия электрического тока может быть связано со случайным прикосновением человека к токоведущим неизолированным частям блока питания при проведении наладки и ремонта. Это может быть при поврежденной изоляции при проведении наладочных и ремонтно-профилактических работ со снятым корпусом при случайном прикосновении к клеммам питания, имеющим напряжение 220 В и частоту 50 Гц.

Параметры прибора по электробезопасности соответствуют требованиям МС МЭК 601-1-88 (ГОСТ Р50267.0-92) к изделиям класса II, типа CF, а также к изделиям с внутренним источником питания.

Согласно СанПиН 9-80 РБ 98 [13] нормирование микроклимата в рабочей зоне производится в зависимости от периода года, категории работ по энергозатратам, избытка явного тепла. В данном случае работу с Монитором пациента по интенсивности общих энерготрат можно отнести к категории Iб.

В СанПиН установлено два периода года: холодный, теплый. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10°С и выше; холодный период - ниже +10°С в течении пяти суток.

Приведем нормативные значения этих факторов, как одно из средств обеспечения безопасности. В теплый период года необходимо обеспечить следующие параметры микроклимата. Согласно СанПиН 9-80 РБ 98 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений», устанавливающим оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха для помещений, предназначенных для работы с контрольно-измерительной техникой. Согласно категории работ Iб оптимальные значения температуры воздуха составляют 22 - 24°С. Рекомендуемая относительная влажность воздуха - 50%. Скорость движения воздуха не должна превышать 0,1 м/с.

Для обеспечения требуемых микроклиматических параметров воздушной среды в рабочем помещении, где выполняются наладочные и измерительные работы, необходимо применять общеобменную искусственную вентиляцию в сочетании с системами кондиционирования воздуха. Основной задачей кондиционирования является поддержание параметров воздушной среды в допустимых пределах. Система управления кондиционерами обеспечивает работу, определяемую температурой и относительной влажностью воздуха в помещении.

Для отопления помещений используется водяное центральное отопление. Система центрального водяного отопления гигиенична, надежна в эксплуатации и обеспечивает возможность регулирования температуры в широких пределах.

Для снижения потенциально опасного излучения монитора целесообразно предпринимать специальные меры защиты от низкочастотных полей: пользователям следует находиться не ближе чем на 1,2 метра от задних или боковых поверхностей соседних терминалов.

В связи с повышенной нагрузкой на орган зрения персонала важное место среди мероприятий по гигиене их труда занимает работа, направленная на изучение оптимальной световой среды, т.е. организация комфортного и гигиенически естественного и искусственного освещения рабочих мест и помещений.

Анализ нормативных требований к освещённости рабочих мест персонала показывает, что уровень горизонтальной освещённости должен быть 400 лк, а коэффициент пульсации освещённости не более 5% при искусственном освещении [13].

Для освещения рабочих мест персонала используется комбинированное освещение (общее + местное). Предпочтительным, по субъективным оценкам работающих, является общее освещение, так как оно не даёт большого перепада яркостей на рабочем месте и в помещении, как при использовании светильников местного освещения.

Для общего освещения рекомендуется использовать в основном потолочные или встроенные светильники с люминесцентными лампами. Применяются источники света нейтрально-белого «тёмного» белого света с индексом цветопередачи не менее 70. Допустимый показатель дискомфорта от осветительных установок для этих помещений равен 40.

Для исключения засветок экранов прямыми световыми потоками светильники общего освещения располагаются сбоку от рабочего места, параллельно линии зрения оператора.

Таким образом, в ходе проделанной работы по обеспечение безопасных условий труда при проведении наладочных и измерительных работ Монитора пациента, были выявлены следующие опасные факторы: микроклимат в производственном помещении и опасность поражения электрическим током, и выполнены вышеуказанные меры защиты для предотвращения травматизма человека.

Для снижения фактора риска производить техническое обслуживание источника питания не реже одного раза в год. Требуется периодически осматривать электрическую изоляцию токоведущих проводов для своевременного обнаружения дефектов и повреждений (периодичность проверки не реже одного раза в год).

Перед началом работы с приборами их нужно осмотреть и проверить состояния изоляции питающих проводов, наличие и исправность заземления приборов.

В проектируемой системе основной мерой защиты от поражения электрическим током является изоляция питающих проводов.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что большинство случаев поражения человека электрическим током связано с неаккуратным обращением с токоведущими частями электроустановок, находящимися под напряжением, а также износу электроизоляции. Для устранения этих причин электропоражений весь персонал, осуществляющий свою работу в непосредственной близости от электроустановок, контрольно-измерительных приборов должен быть ознакомлен с правилами техники безопасности (вводный инструктаж, первичный инструктаж, периодический инструктаж, теоретическая подготовка персонала). Плановые проверки технического состояния Монитора пациента позволяют вовремя заменить износившиеся элементы изоляции, что также снижает вероятность поражения человека электрическим током.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Монитор пациента представлялся в качестве экспоната на международной выставке по медицинской технике и вызвал большую заинтересованность в нем со стороны практикующих врачей: поступили запросы с 432-го военного госпиталя Министерства обороны РБ, городской больницы скорой медицинской помощи г. Минска и Белорусского Государственного Медицинского Университета поставить им прибор для опытной эксплуатации.

Дополнение разработанных ранее измерительных систем спроектированным интерфейсом для просмотра накопленных в процессе мониторинга данных сообщает прибору новые качества в наблюдении за состоянием пациентов и удобства для работы медицинского персонала.

Структурная организация прибора, быстродействие процессорного блока и резерв оперативной и постоянной памяти (предусмотрена возможность установки на печатной плате дополнительных микросхем) позволяют в перспективе расширять функциональные возможности прибора в плане диагностики и специализации.

Электронные схемы информационно-измерительных систем Монитора, как и монитор в целом выполнены на уровне изобретений. Проектирование осуществлено на высоком уровне с применением современных программных средств автоматизации и компьютерного проектирования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1] Портативный прибор для неинвазивного измерения параметров функционирования состояния пациентов (Монитор пациента) / Технический отчет по проекту В-371 МНТЦ. - М. : 2002. - 132 с.

[2] ГОСТ 21829-76 Система «человек-машина». Кодирование зрительной информации. Общие эргономические требования.

[3] Ломова, Б. Основы инженерной психологии / Б. Ломова. - М. : Высшая школа, 1986. - 448 с.

[4] Контроллер дисплея - Класс 6G09G 5/06, JP2983579 B2 4021893A, Изобретения стран мира, Выпуск 96, МПК G 09, 2000, №12, 28 с.

[6] Графический дисплей - Класс 7G09G 5/34, JP 3226939 B2, Изобретения стран мира, Выпуск 96, МПК G 09, 2002, №11, 38 с.

[7] Устройство для частичной прокрутки изображения на экране дисплея - Класс 7G09G 5/34, JP 3196848 B2, Изобретения стран мира, Выпуск 96, МПК G 09, 2002, №8, 35 с.

[8] Схема для вычисления адреса памяти - Класс 7G09G 5/34, JP 3124166 B2 7199901 A от 28.12.1993, Изобретения стран мира, Выпуск 96, МПК G 09, 2002, №1, 38 с.

[9] Павлов, С. П. Охрана труда в приборостроении : учебник для вузов / С.П. Павлов, З.И. Губонина. - М. : ВШ, 1986. -215 с.

[10] СанПиН 9-80 РБ 98.

[11] СН 9-86 РБ 98

[12] Прикроватный монитор «Тритон» для системы централизованного мониторинга - [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://ekoholding.ru/index.php?page=text&url=monitors#monitoring SCM/

[13] Монитор HEWLETT PACKARD Viridia M3 - [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://www.8a.ru/print/12271.php/

[14] Старова, Л. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов: Метод, пособие для студ. всех спец. БГУИР дневной и заочной форм обучения : в 4 ч. Ч. 3. Методика расчета экономической эффективности инновационных технологий / Л. Старова. - Мн.: БГУИР, 2004. - 64 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Фрагмент программы для вывода числовых данных

.DSEG

;******************************************************

CurrFont: .BYTE 22 ;Текущий шрифт: .BYTE 1 ;Ширина символов шрифта: .BYTE 1

;Числовые каналы (смещения):

.EQU NumYb = 0        ;Координата верхней строки (2 байта)

.EQU NumYbH = 1 ;Координата верхней строки (старш. байт)

.EQU NumXb = 2        ;Координата правого столбца (2 байта)

.EQU NumXbH = 3 ;Координата правого столбца (старш. байт)

.EQU NumData = 4 ;Выводимые данные (2 байта)

.EQU NumDataH = 5 ;Выводимые данные (старш. байт)

.EQU NumColor = 6 ;Цвет символов

.EQU NumFont = 7 ;Шрифт

.EQU NumFormat = 8 ;Формат вывода (LEFT/RIGHT|ZEROS/NOZRS)

.EQU LEFT = 0b01 ; Выравнивание влево

.EQU RIGHT = 0b00 ; Выравнивание вправо

.EQU ZEROS = 0b10 ; Писать незначащие 0

.EQU NOZRS = 0b00 ; Не писать незначащие 0

.EQU NumDig = 9 ;Количество цифр (100 - 3,10 - 2)

.EQU NumStatus = 10 ;Состояние канала (1-требуется перерисовка)

.EQU NUM_DAT_CH = 8 ;Количество каналов

.EQU BYTE_DAT_CH = 12 ;Количество данных/канал: .BYTE NUM_DAT_CH*BYTE_DAT_CH ;область данных каналов

;-----------------------------------------------------------

.CSEG:: DrawAllNumsloop1

;Подпрограмма перерисовки числовых каналов.

DrawAllNums:

push r0r2r3r4r5r6r7r8r9r10r16r17YLYH

YL,low(NumChanals) ;Y - 1-й каналYH,high(NumChanals)r17                ;Номер канала

:ldd r16,Y+NumStatusr16skipNum

r0,Y+NumFontLoadFont        ;Загрузка шрифта

r2,Y+NumDigr3,Y+NumFormatr4,Y+NumDatar5,Y+NumDataHr6,Y+NumXbr7,Y+NumXbHr8,Y+NumYbr9,Y+NumYbHr10,Y+NumColorPrintDigit           ;Вывод числаr16Y+NumStatus,r16:YL,BYTE_DAT_CHr17r17,NUM_DAT_CHnxtNum

YHYLr17r16r10r9r8r7r6r5r4r3r2r0

;------------------------------------------------------

;Подпрограмма вывода числа

;r5:r4 - число

;r2 - колич-во разрядов (100-три, 10-два)

;r3 - выравнивание (бит 1: 1-влево,0-вправо)

; - незначащие 0 (бит 2: 1-писать,0-не писать)

;r7:r6 - коорд. левого столбца (Xleft)

;r9:r8 - коорд. верхней строки (Ytop)

;r10 - цвет (COLOR):XleftHXleftr19r18r17r16r1 r0

mov r17,r2 ;Делительr1                     ;Кол-во пробелов после:clr r0                   ;Счетчик-цифра

movw r18,r4

lp1:       sub r18,r17r19,0PrChr4,r18r0lp1:r0                      ;Цифра - 0?

brne cnt1r3,1    ;Писать незнач.0?cnt2         ;Писать!r3,0   ;Писать пробел?NPr ;Не писать!

ldi r16,10

mov r0,r16

rjmp cnt2

NPr:inc r1NoPrn         ;Пропустить вывод:ldi r16,0b10     ;Начать писать нули

or r3,r16:PrintCharr16,CurrFontCX ;Нов. координаты симвXleft,r16r16,0XleftH,r16:r17,100div10r17,10NxtDig

:cpi r17,10div1r17,1

jmp NxtDig

:;Дописать пробелы

ldi r16,10

mov r0,r16:tst r1retnr1

PrintCharr16,CurrFontCX ;Нов. координаты симвXleft,r16r16,0XleftH,r16

nxtSp

:pop r0r1r16r17r18r19Xleft XleftH

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Фрагмент программы для вывода изображения аналоговых сигналов

.DSEG

;------------------------------------------------------------: .BYTE 1 ;Для подсчета тактов таймера на один сдвиг: .BYTE 1 ;Для указания на кривые

;Графические каналы:

.EQU ChYb = 0 ;Координата верхней строки (2 байта)

.EQU ChYbH = 1 ;Координата верхней строки (старш. байт)

.EQU ChData = 2        ;Выводимые данные (0-255)

.EQU ChPreY = 3 ;Предыдущая координата Y'(2 байта)

.EQU ChPreYH = 4 ;Предыдущая координата (старш. байт)

.EQU ChPre1Y = 5 ;Препредыдущая координата Y"(2 байта)

.EQU ChPre1YH = 6 ;Препредыдущая координата (старш. байт)

.EQU ChColor = 7 ;Цвет канала

.EQU ChStatus = 8 ;Состояние канала (0-норма;1-вывод сообщения; 2-ничего)

.EQU ChFlags = 9 ;Флаги

.EQU ChMsg = 10 ;Номер сообщения для канала

.EQU ChMsgCnt = 11 ;Счетчик выведенных столбцов сообщения

.EQU CH_SZ_Y = 128 ;(Ширина каналов - 128 точек)

.EQU NUM_FLD_CH = 5 ;Количество каналов

.EQU BYTE_FLD_CH = 12 ;Количество данных/канал: .BYTE NUM_FLD_CH*BYTE_FLD_CH ;область данных каналов

;******************************************************

.CSEG

;****************************************************

;Подпрограмма отрисовки канала.

;Параметры:

.def CHAN_NUM = r2 ;Номер отрисовываемого канала

DrawChanal:YHYLr25r24r16r11r10r9r8r7r6r5r4r3r2r1r0

YL,low(Chanals) ;Y - 1-й каналYH,high(Chanals)r16,BYTE_FLD_CHCHAN_NUM,r16YL,r0YH,r1 ;Y - CHAN_NUM-й канал

r16,Y+ChStatusr16,0DrawChsDrawMsg

:

;Вычисление координат последней точки:

; ChPreY = ChYb+CH_SZ_Y-ChData/2

ldd r4,Y+ChYbr5,Y+ChYbH

movw r0,r4                  ;Рисование верхней координатной линии

ldi r16,SetLineFromVideoServicer16,1r0,r16r1r16,0b00010101r2,r16r16,DrawLineToVideoService;--------------------------------r16,CH_SZ_Yr4,r16r16,0r5,r16 ;ChYb+CH_SZ_Y

movw r0,r4                  ;Рисование нижней координатной линии

ldi r16,SetLineFromVideoServicer16,1r0,r16r1r16,0b00010101r2,r16r16,DrawLineToVideoService;--------------------------------r3,Y+ChDatar3 ; ChData/2r4,r3         ;младш.байт Yr16,0r5,r16 ;старш.байт Y

r6,Y+ChPreY ;Y'r7,Y+ChPreYH

r8,Y+ChPre1Y ;Y" r9,Y+ChPre1YH

;Формирование флагов отношений

movw r0,r8      ;Y"<Y'r0,r6r1,r7geM0r16,0b100:r0,r6           ;Y'<Yr0,r4r1,r5geM1r16,0b010:r0,r8         ;Y"<Yr0,r4r1,r5geM2r16,0b001

geM2:

;Выбор начала линии

mov r3,r16

andi r16,0b011r16,0nxtCpir24,r4      ;Начало - Y

;adiw r24,1SetBeg:mov r16,r3r16,0b110r16,0b010nxtCpi2r24,r6 ;Начало - Y'SetBeg:movw r24,r8         ;Начало - Y"

;adiw r24,1

:movw r10,r24

movw r0,r24

r16,SetLineFrom ;Установить начало линии

rcall VideoService

;Выбор конца линииr16,r3r16,0b011r16,0b011nxtCpi3r24,r4     ;Конец - Y

;sbiw r24,1SetEnd:mov r16,r3r16,0b110r16,0b100nxtCpi4r24,r6 ;Конец - Y'SetEnd:movw r24,r8         ;Конец - Y"

;sbiw r24,1

:sub r24,r10     ;Длина линии (Кон-Нач)

sbc r25,r11r24,2ncorr

ldi r24,2 ;Если длина<2,то увелич до 2

clr r25:  movw r0,r24r2,Y+ChColor ;цвет линииr16,DrawLineTo ;Отрисовать линиюVideoService

Y+ChPreY,r4   ;Y'=YY+ChPreYH,r5Y+ChPre1Y,r6 ;Y"=Y'Y+ChPre1YH,r7

:pop r0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r16r24r25YL YH

ret

;---------------------------------------------

.EQU TAKT_SHIFT = 1        ;На сколько тактов таймера один сдвиг

;Обработка прерывания от таймера

TimerInt:

push r0r1r2r3r16YLYHZLZH

YL,low(Chanals) ;Y - 1-й каналYH,high(Chanals)

;ldi r16,BYTE_FLD_CH

;mov r0,r16

;clr r1

r2,SignCounterr3ZL,low(Sign1<<1)ZH,high(Sign1<<1)ZL,r2 ZH,r3r16,Z ;Загрузка из прогр-й памяти кривойY+ChData,r16 ;Данные 1-го канала

;add YL,r0

;adc YH,r1

adiw YL,BYTE_FLD_CHZL,low(Sign2<<1)ZH,high(Sign2<<1)ZL,r2 ZH,r3r16,Z ;Загрузка из прогр-й памяти кривойY+ChData,r16 ;Данные 2-го канала

adiw YL,BYTE_FLD_CHZL,low(Sign1<<1)ZH,high(Sign1<<1)ZL,r2 ZH,r3r16,Z ;Загрузка из прогр-й памяти кривойY+ChData,r16 ;Данные 3-го канала

adiw YL,BYTE_FLD_CHYL,BYTE_FLD_CHZL,low(Sign3<<1)ZH,high(Sign3<<1)ZL,r2ZH,r3

lpm r16,Z ;Загрузка из прогр-й памяти кривойY+ChData,r16 ;Данные 5-го канала

lds r16,SignCounterr16r16,100lbl11r16:      sts SignCounter,r16

r2,TaktCounterr2TaktCounter,r2NShiftr16,TAKT_SHIFTTaktCounter,r16r16,ShiftArea ;Сдвинуть областьVideoService

r16,low(ShftYdn-ShftYup)r0,r16r16,high(ShftYdn-ShftYup) r1,r16r2                 ;цвет линииr16,DrawLineTo ;Отрисовать черную линию

rcall VideoService

r16:mov CHAN_NUM,r16DrawChanalr16r16,NUM_FLD_CHDrAllCh

: pop ZHZLYHYLr16r3r2r1 r0i