Автор работы: Пользователь скрыл имя, 04 Ноября 2012 в 16:18, курсовая работа
Заболевания сердца являются одними из распространенных смертельных заболеваний. Для своевременной постановки диагноза и выявлений нарушений деятельности миокарда, применяют различные методы исследования деятельности сердца. Самым распространенным и доступным методом исследования является электрокардиография.
Сигналы электрической активности миокарда, регистрируемые с помощью электродов, передаются в электрокардиограф. Для диагностики многих сердечных заболеваний требуется регистрация ЭКС в условиях отличных от стационарных: спортивная медицина, профессиональная сфера деятельности пациента (лётчки, операторы АЭС), проведение суточного мониторирования. Проводная передача ЭКС с электродов в регистрируемую аппаратуру представляется сложной, а в ряде случаев невозможной, т.к. провода ограничивают передвижение пациента, а перемещать за собой кардиограф нецелесообразно. Беспроводной способ передачи позволяет решить возникающие трудности.
Введение…………………………………………………………………………6
1. Основные биотехнические принципы биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала………………………….8
1.1 Физиологическая природа электрокардиосигнала…………………...8
1.2 Методы регистрации электрокардиосигнала…………………………..13
1.3 Особенности систем персонального мониторинга ЭКС………………22
1.4. Технические средства персонального мониторинга ЭКС…………….24
2. Разработка биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала…………………………………………………………...32
Разработка структурной схемы.............................................................32
2.2 Принципиальная схема биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнал…………………………………………….43
2.2.1 Расчет аналоговой части…………………………………………...43
2.2.2 Расчет цифровой части носимого блока…………………………..51
2.2.3 Расчет цифровой части стационарного блока…………………….63
2.3 Алгоритм работы биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала…………………………………………...72
3. Разработка конструкции биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала……………………………………………82
3.1 Конструкторско-технологический расчет. Расчет надежности……….82
3.2 Расчет вариантов компоновки носимого блока………………………..90
3.3 Разработка конструкции носимого блока………………………………94
4. Технико-экономическое обоснование проектирования биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала………………..96
4.1 Анализ недостатков существующих аналогов…………………………97
4.2 Анализ частных технических решений…………………………………98
4.3 Определение себестоимости нового изделия…………………………..99
4.4 Определение цены нового изделия…………………………………….102
4.5 Оценка потребительских качеств……………………………………..104
4.6 Оценка экономической эффективности изделия у потребителя…….107
4.7 Оценка экономического эффекта от производства новой продукции, у изготовителя…………………………………………………………………....111
4.8 Оценка трудоемкости разработки нового изделия…………………...112
4.9 Определение сметной стоимости ОКР………………………………...118
4.10 Маркетинговое исследование………………………………………...119
5. Экология и безопасность жизнедеятельности……………………………..120
5.1 Безопасность эксплуатации прибора “Кардио”………….………..120
5.2 Классификация медицинской аппаратуры с позиции электробезопасности…………………………………………………………...121
5.3 Оценка разрабатываемого устройства с позиции электробезопасности…………………………………………………………...126
5.4 Оценка экологической эффективности системы……………………...127
Заключение……………………………………………………………………...129
Список использованных источников……………………………………
Расчёт надёжности заключается в определении нормы надёжности на разрабатываемое устройство или оценке возможности выполнения показателей надёжности, определенных исходными данными.
1.Используем схему надёжности, состоящую из последовательно соединенных невосстанавливаемых элементов, и математическую модель надёжности, имеющую экспоненциальное распределение, формула (16).
Pi(t)=exp(- ) (16)
2.Определем интенсивности отказов элементов с учётом условий эксплуатации изделия, по формуле 17.
, (17)
где - номинальная интенсивность отказов, см. литературу [15].
- поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов;
- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры;
- поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха;
- поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки .
Поскольку условия эксплуатации “Кардио”-лабораторные, то k -k =1.
Коэффициент нагрузки Кн.тр. для транзисторов определяем, по формуле (18):
Кн.тр.= , (18)
где Рк – мощность, рассеиваемая на коллекторе
Коэффициент нагрузки Кн.д. для полупроводниковых диодов определяем, по формуле (19):
Кн.д.= , (19)
где Uo - обратное напряжение
Коэффициент нагрузки Кн.к. для конденсаторов определяем, по формуле (20):
Кн.к.= , (20)
где U – напряжение на обкладках
Коэффициент нагрузки Кн.р. для резисторов определяем, по формуле (21):
Кн.р. = , (21)
где Р – рассеиваемая мощность
Коэффициент нагрузки Кн.транс.
для трансформаторов
Кн.транс = , (22)
где Iн – ток нагрузки
Коэффициент нагрузки Кн.мс. для микросхем определяем, по формуле (23):
Кн.мс = (23)
Рассчитанные значения сведем в сводную таблицу 1 расчета результата надежности.
Таблица 1- сводная таблица результатов расчёта надёжности
Наименование и тип элемента |
Обозначение на схеме |
ni |
λ0i 10 ,1/ч |
Кнi |
Ti, |
ai |
λ i 10 ,1/ч |
Pi(t) |
Конденсаторы К10-47 Н50 25В |
C1…С5 |
5 |
0,15 |
0,12 |
20 |
0,001 |
0,00015 |
0,999985 |
К50-6 10В |
C6,C7 |
2 |
0,035 |
0,3 |
20 |
0,0023 |
0,000080 |
0,999992 |
К10-17 П33 25В |
C8…C10, C13…C18, C21…C38 |
27 |
0,15 |
0,12 |
20 |
0,001 |
0,00015 |
0,999985 |
К10-17 П33 25В |
C11,C12,C19,C20 |
4 |
0,15 |
0 |
20 |
0 |
0 |
1 |
Диоды кд5036 |
VD1…VD8 |
8 |
0,2 |
0,0002 |
20 |
0,001 |
0,0002 |
0,99998 |
Индуктивности |
L1,L2,L3 |
3 |
0,02 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,0002 |
0,99998 |
Антенна AN-433-01 |
SW2 |
1 |
0,36 |
0 |
20 |
0 |
0 |
1 |
Светодиоды |
VD9, VD10 |
2 |
0,2 |
0,0002 |
20 |
0,001 |
0,0002 |
0,99998 |
Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)
Наименование и тип элемента |
Обозначение на схеме |
ni |
λ0i 10 |
Кнi |
Ti, |
ai |
λ i 10 |
Pi(t) |
Резисторы МЛТ 0,125 |
R1,R8,R9,R5 |
4 |
0,03 |
0,072 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R2 |
1 |
0,03 |
0,0178 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R3,R4 |
2 |
0,03 |
0,0048 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R6,R7 |
2 |
0,03 |
0,000016 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R10 |
1 |
0,03 |
0,00072 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R11 |
1 |
0,03 |
0,036 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R12 |
1 |
0,03 |
0,00036 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R13,R16 |
1 |
0,03 |
0,00504 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R13 |
1 |
0,03 |
0,02 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 |
МЛТ 0,125 |
R14 |
1 |
0,03 |
0,128 |
20 |
0,01 |
0,0003 |
0,99997 |
МЛТ 0,125 |
R15 |
1 |
0,03 |
0,424 |
20 |
0,45 |
0,0135 |
0,998659 |
МЛТ 0,125 |
R17,R18,R19, R20 |
4 |
0,03 |
0,512 |
20 |
0,5 |
0,015 |
0,998511 |
Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)
Наименование и тип элемента |
Обозначение на схеме |
ni |
λ0i 10 |
Кнi |
Ti, |
ai |
λ i 10 |
Pi(t) |
Микросхемы INA 118 Texas Instruments |
DA1 |
1 |
0,015 |
0,06 |
20 |
0,001 |
0,000015 |
0,989985 |
OPA 4364 Texas Instruments |
DA2 |
1 |
0,015 |
0,35 |
20 |
0,1 |
0,0015 |
0,98501 |
MAX 1678 MAXIM |
DA3 |
1 |
0,010 |
0,33 |
20 |
0,3 |
0,033 |
0,987539 |
rfPIC12F675F Microchip |
DD1 |
1 |
0,015 |
0,616 |
20 |
0,7 |
0,105 |
0,980325 |
rfRXD0420 Microchip |
DD2 |
1 |
0,015 |
0,106 |
20 |
0,1 |
0,0106 |
0,989456 |
PIC16C745 Microchip |
DD3 |
1 |
0,015 |
0,166 |
20 |
0,1 |
0,0166 |
0,983537 |
Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)
Наименование и тип элемента |
Обозначение насхеме |
ni |
λ0i 10 |
Кнi |
Ti |
ai |
λ i 10 |
Pi(t) |
переключатель кнопочный |
SWM1 |
1 |
0,21 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,00021 |
0,999979 |
Гнёзда |
XS1…XS3 |
3 |
0,08 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,00008 |
0,999992 |
Провода соединительные |
8 |
0,015 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,000015 |
0,999985 | |
Места пайки навесного монтажа |
176 |
0,03 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,00003 |
0,999997 | |
Места пайки печатного монтажа |
87 |
0,01 |
0,05 |
20 |
0,001 |
0,00001 |
0,99999 |
интенсивность отказа системы *10 ,1/ч
среднее время наработки до отказа Т=1/ = 3889008 ч.
Вероятность безотказной работы, в течении 10 часов, равна : P= 0,963264697.
Вывод: среднее время наработки до отказа громадно – срок безотказной службы нашего изделия велико.
3.2 Расчет вариантов компоновки носимого блока.
Два варианта внешней компоновки приведены на рисунке 35
а)
Рисунок 35- Варианты внешней компоновки носимого устройства “Кардио”
На рисунке 35 а приведён первый вариант компоновки, а на рисунке 35 б – второй. Для сравнения этих вариантов заполним таблицу 2.
Таблица 2 - сравнение двух вариантов внешней компоновки.
Наименование параметра |
Весовой коэффициент Кi |
Вариант 1 |
Вариант 2 | ||
Значение Параметра |
Относительное значение параметра |
Значение Параметра |
Относительное значение параметра | ||
|
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,3 0,2 |
50мм 50мм 70мм 5 5 5 5 |
1 1 1 1 1 1 1 |
50мм 50мм 70мм 5 5 4 4 |
1 1 1 1 1 0,8 0,7 |
Вычислим значение функции цели для обоих вариантов внешней компоновки по формуле (24):
, (24)
где Кi - весовой коэффициент;
аi - относительное значение параметра.
Так как F1 > F2 , то первый вариант внешней компоновки наиболее предпочтителен.
На рисунке 36 представлены два возможных варианта внутренней компоновки носимого устройства “Кардио”.
а)
Рисунок 36- Варианты внутренней компоновки носимого устройства “Кардио”
На рисунке 36 а приведён первый вариант компоновки, а на рисунке 36 б – второй. Для сравнения этих вариантов заполним таблицу 4.
Таблица 4 - Сравнение двух вариантов внутренней компоновки.
Наименование параметра |
Весовой коэффициент Кi |
Вариант 1 |
Вариант 2 | ||
Значение Параметра |
Относительное значение параметра |
Значение Параметра |
Относительное значение параметра | ||
|
0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 |
50мм 50мм 70мм 4 5 5 5 |
1 1 1 1 1 1 1 |
50мм 70мм 70мм 4 5 4 4 |
1 0,71 1 1 1 0,8 0,8 |