เน็กส์โปรเจ็ค.เน็ต

เครื่องวัดความดัน วัดอุณหภูมิ และตรวจนับการเต้นของชีพจร 2/2

---

อัปเดท : 18 พฤษภาคม พ.ศ.2546 , แสดง : 71,001 , ความคิดเห็น : 33

---

การออกแบบ การสร้างและการทำงาน คุณสมบัติ และการทำงาน เครื่องวัดความดันโลหิต ตรวจจับการเต้นของชีพจร และวัดอุณหภูมิร่างกายระบบดิจิตอล (Digital Blood Pressure, Pulse OXI and Thermometer) เป็นเครื่องวัดที่สามารถใช้งานได้อย่างสะดวก และรวดเร็ว ซึ่งสามารถวัดได้ทั้งความดันโลหิต การเต้นของชีพจรและอุณหภูมิร่างกาย ซึ่งเราจะเห็นว่าในการวัดทั้ง 3 อย่างนั้นเป็นข้อมูลขั้นพื้นฐานที่ใช้ในการรักษาพยาบาลทั่วไป ซึ่งเรานำมารวมกันในอุปกรณ์เดียวกัน ทำให้มีความสะดวก และประหยัดเวลามากขึ้นไม่ต้องเสียเวลามาก

1. คุณสมบัติ

เครื่องวัดนี้มีการแสดงผลการทำงานอยู่ในระบบดิจิตอล คือ แสดงในรูปแบบของตัวเลข 7 ส่วน ทำให้ง่ายในการอ่านค่า และเกิดความผิดพลาดในการอ่านได้น้อยเราสามารถสรุบคุณสมบัติของเครื่องได้ดังนี

ตาราง คุณสมบัติของเครื่องวัดความดันโลหิต ตรวจจับการเต้นของชีพจร และวัดอุณหภูมิร่างกายระบบดิจิตอล

คุณสมบัติ	ขอบเขตการทำงาน
ค่าความดันสูงสุดที่วัดได้	250 มิลลิเมตรปรอท
ค่าความผิดพลาดการวัดความดันโลหิต	+-5%
การอ่านค่าชีพจรสุงสุด	400 ครั้ง
ค่าความผิดพลาดการวัดการเต้นของชีพจร	+-5%
ย่านการวัดอุณหภูมิ	-55 ถึง 125 องศาเซลเซียส
ค่าความผิดพลาดอุณหภูมิ	0.5 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิในการทำงาน	25 - 40 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิในการเก็บรักษา	0 - 60 องศาเซลเซียส
แหล่งจ่ายกำลังไฟ	220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์
ฟิวส์	2 แอมป์
การแสดงผล	ตัวเลขแบบ 7 ส่วน (LED)
น้ำหนัก	2 กิโลกรัม
ขนาด	8.5 x 10 x 3 นิ้ว
สี	ดำ

2. การทำงานและผังการทำงาน

การทำงานของเครื่องวัดความดันโลหิต ตรวจจับการเต้นของชีพจร และวัดอุณหภูมิร่างกายระบบดิจิตอล สามารถอธิบายการทำงานในแต่ละส่วนได้ดังต่อไปนี้ เริ่มจากส่วนของการตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟเราจะใช้ตัวทรานสดิวเซอร์แปลงค่าสัญญาณทางกลที่ได้ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสัญญาณทางกลในที่นี้คือ เสียงดังนั้นเราจึงใช้คอนเดนเซอร์ไมโครโฟนเป็นทรานสดิวส์เซอร์เพื่อตรวจจับเสียง โดยเราจะนำสัญญาณเสียง ครอทคอฟที่ตรวจจับได้แปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อมาทำการควบคุมการแสดงผลควาวมดันด้านต่ำ และความดันด้านสูงแทนการใช้หูฟังแบบแอนะลอก เมื่อได้สัญญาณซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าแล้ว ซึ่งเป็นสัญญาณที่มีขนาดเล็กมากดังนั้นเราจึงต้องทำการขยายสัญญาณเพื่อให้ความแรงของสัญญาณมากขึ้นพอที่จะแยกแยะสัญญาณออกเป็นระดับๆ ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นจากนั้นสัญญาณที่ถูกขยายนี้ก็จะถูกส่งไปกรองเอาเฉพาะความถี่ที่ต้องการเพื่อกำจัดสัญญาณที่ไม่ต้องการทิ้งไปเอาเฉพาะสัญญาณเสียงครอทคอฟจริงๆ ซึ่งในที่นี้จะใช้วงจร กรองความถี่ต่ำผ่าน (Low Pass Filter) เมื่อได้สัญญาณที่ต้องการแล้วก็จะนำสัญญาณที่ได้ไปทำการผลิตสัญญาณพัลส์เพื่อควบคุมการแสดงผลแบบตัวเลขโดยผ่านวงจรควบคุมการทำงานให้สัมพันธ์กันโดยใช้ วงจร Latch และ D Flipfiop เพื่อแยกแยะค่าความดันโลหิตด้านสูงและด้านต่ำ ซึ่งการทำงานทั้งหมดนี้ต้องสัมพันธ์กันในทุกส่วน และสัญญาณพัลส์อีกส่วนหนึ่งจะนำไปเป็นสัญญาณในการประมวลเพื่อการตรวจนับชีพจร จากการทำงานดังกล่าวสามารถเขียนผังการทำงานของเครื่องวัดความดันโลหิต ตรวจจับการเต้นของชีพจรและวัดอุณหภูมิร่างกายระบบดิจิตอล สามารถเขียนได้ดังนี้

รูป ผังการทำงานในส่วนของการวัดความดันโลหิต และตรวจจับการเต้นของชีพจร

รูป ผังการทำงานในส่วนของการวัดอุณหภูมิร่างกาย

ในส่วนของชุดแสดงผลนั้นเริ่มจากการที่ตรวจจับสัญญาณการเปลี่ยนแปลงสัญญาณเชิงกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าเช่นเดียวกันแต่ในที่นี้สัญญาณเชิงกล คือแรงดันลมซึ่งทำการตรวจจับโดย ทรานสดิวเซอร์วัดแรงดันของลมที่เรียกว่า Pressure เพื่อทำการแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณที่ได้นี้ จะมีขนาดเล็กเกินไปดังนั้นเราจึงต้องทำการขยายสัญญาณให้แรงขึ้นพอที่จะแยกแยะระดับสัญญาณได้โดยใช้วงจรขยายสัญญาณ เมื่อได้สัญญาณที่มีขนาดความแรงตามต้องการแล้วก็จะนำไปแปลงเป็นสัญญาณดิจิตอลเพื่อใช้แสดงผลได้โดยใช้วงจรแปลงสัญญาณแอนะลอกเป็นดิจิตอล (Analog To Digital) จากนั้นนำสัญญาณไปใช้ร่วมกับสัญญาณที่ได้จากการวงจรคอนโทรลในส่วนของการตรวจจับเสียงครอทครอฟเพื่อควบคุมการแสดงผล จากนั้นก็นำสัญญาณที่ได้ไปแสดงผลในรูปของตัวเลข 7 ส่วน

3. วงจรอิเล็กทรอนิกส์และการทำงาน

ในส่วนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องวัดความดันโลหิต ตรวจจับการเต้นของชีพจร และวัดอุณหภูมิร่างกายระบบดิจิตอลสามารถแยกเป็นส่วนได้ดังนี้

1. ทรานสดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟ
ตัวทรานสดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟแสดงได้ดังรูป

รูป ตัวทรานสดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟ

เราจะใช้คอนเดนเซอร์ไมโครโฟนเป็นตัวตรวจจับสัญญาณเสียงเนื่องจากมีความไวในการตรวจจับเสียงและตรวจจับความถี่ที่อยู่ในย่านความถี่เสียงได้ซึ่งย่านความที่เสียงที่มนุษย์ได้ยินมีค่าประมาณ 20 เฮริตซ์ ถึง 20 กิโลเฮริตซ์ ซึ่งเราจะนามาดัดแปลงให้สะดวกและเหมาะสมกับการใช้งานเราจะนำสัญญาณที่ได้ไปขยายในวงจรขยายสัญญาณเสียงครอทครอฟดังจะอธิบายในหัวข้อต่อๆ ไป

2. ทรานสดิวเซอร์ตรวจจับการเต้นของชีพจร
เราจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Pressure เป็นอุปกรณ์ทรานสดิวเซอร์เพื่อตรวจจับความดันลมที่มาเข้าตัวอุปกรณ์ ซึ่งมันจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานทางกลให้เป็นพลังงานทางไฟฟ้า ซึ่งตัว Pressure จะใช้เบอร์ MPX2100GVP โดยจะมีแท่งรูรับลมเพื่อเข้ามาเปรียบเทียบ 1 แท่ง และขาใช้งานอีก 4 ขา ทำงานโดยใช้ไฟทั้งบวก และลบ ตัวทรานสดิวเซอร์ตรวจจับอัตราการเต้นของชีพจรแสดงได้ดังรูป

รูป ทรานสดิวเซอร์ตรวจจับการเต้นของชีพจร

วงจรนับการเต้นของชีพจรใช้ไมโครคอลโทรลเลอร์ MCS-51 ในการควบคุมการนับโดย ในส่วนแสดงผล จะส่งข้อมูลออกทาง พอร์ต 0 ทั้ง 7 เส้น โดยมีพอร์ต 3.2, 3.3 และ 3.5 ในการ ควบคุมการแสดงผลแต่ละหลัก โดยส่วนแสดงผลจะไปควบคุม การทำงานของ ไอซี 74373 ทำ หน้าที่แล็ตซ์ข้อมูล ทั้งนี้เพื่อให้ไมโครคอลโทรลเลอร์ควบคุมในส่วนของเวลาและการนับเพียงอย่างเดียว ไม่ต้องมาประมวลผลในส่วนของการแสดงผล โดยวงจรจะต่อสัญญาณเข้าทาง ขา T0 หรือพอร์ต 3.4 ของไมโครคอลโทรลเลอร์ ในส่วนของโปรแกรมจะใช้ไทเมอร์/เคาน์เตอร์ 0 ในการทำงานโดยกำหนดการทำงานเป็นเคาน์เตอร์โหมด 2 ซึ่งเป็นเคาน์เตอร์ขนาด 8 บิตโดยใช้หลักการการนับความถี่ของพัสล์ เทียบต่อเวลา 10 วินาที ทำได้โดยตั้งช่วงเวลาในเปิดเกตการนับเป็นเวลา 10 วินาที โดยเซตบิต TR0 ในรีจีสเตอร์ TCON แล้ววนลูปเป็นเวลา 10 วินาที จากนั้นก็ปิดเกตการนับ นำค่าที่ได้มาคำนวณ โดย นำมา หาร 2 ก่อน ทั้งนี้เพราะการเต้น 1 ครั้ง จะมีสัญญาณ 2 ครั้ง จากนั้นนำค่าที่ได้มาคูณ 6 อีกครั้ง เพื่อเทียบเวลาเป็น 1 นาที นำค่าที่ได้มาแสดงผลออกทาง 7 SEGMENT

3. วงจรตรวจจับอุณหภูมิร่างกาย

เราจะใช้ไอซีที่มีระบบการสื่อสารข้อมูลอนุกรมแบบหนึ่งสายซึ่งถือได้ว่าเป็นระบบที่มีความชาญฉลาดและใช้จำนวนสายสัญญาณเพียง 1 เส้นเท่านั้น โดยไม่ต้องมีสายสัญญานนาฬิกามาควบคุมจังหวะการถ่ายทอดข้อมูลเหมือนกับระบบสื่อสารข้อมูลอนุกรมในแบบอื่นซึ่งก็คือ ไอซี DS1820
นั่นเองโดยเราสามารถควบคุมการรับส่งข้อมูลได้โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เข้าควบคุมคือ ใช้ MCS 51ในการควบคุมโดยผ่านการโปรแกรมการทำงานของการสื่อสารข้อมูลเข้าไป ซึ่งเราจะใช้อุปกรณ์ภายนอกต่อร่วมอีกเพียงไม่กี่ตัวดังรูป

รูป วงจรตรวจจับอุณหภูมิร่างกาย

1) หลักการเบื้องต้นของไอซี DS1820

ไอซี DS1820 เป็นไอซีที่มีระบบการสื่อสารข้อมูลอนุกรมแบบหนึ่งสายซึ่งถือได้ว่าเป็นระบบที่มีความชาญฉลาด และใช้จำนวนสายสัญญาณเพียง 1 เส้นเท่านั้น โดยไม่ต้องมีสายสัญญานนาฬิกามาควบคุมจังหวะการถ่ายทอดข้อมูลเหมือนกับระบบสื่อสารข้อมูลอนุกรมในแบบอื่น สายข้อมูลจะทำหน้าที่เสมือนเป็นสายสัญญาณนาฬิกาในตัว ส่วนค่าของข้อมูลจะพิจารณาจากลักษณะของรูปสัญญาณที่ปรากฏบนสายสัญญาณในแต่ละช่องของเวลาซึ่งเรียกว่า ไทม์สล็อต (Time Slot) โดยคาบเวลาต่ำสุดและสูงสุดของสถานะต่าง ๆ ในการสื่อสารข้อมูลในแต่ละไทม์สล็อตมีการกำหนดขอบเขตไว้อย่างชัดเจนการถ่ายทอดข้อมูลจะเกิดขึ้นในแต่ละไทม์สล็อดนั้น รูปแบบการถ่ายทอด ข้อมูลจะเป็นแบบอะซิงโครนัสในระดับบิต ไม่มีการกำหนดความยาวของข้อมูลเป็นระดับไบต์ระบบสื่อสารแบบนี้เหมาะที่จะใช้ในการสื่อสารข้อมูลระหว่างไอซีแผงวงจรเดียวกัน

2) การอินเตอร์เฟสผ่านสายเส้นเดียว

การเชื่อมต่อหรือการอินเตอร์เฟส (Interface) ระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์กับอุปกรณ์ภายนอก โดยใช้จำนวนสายสัญญาณให้น้อยที่สุดได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องจากหลายบริษัท ผู้ผลิต เช่น การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงแบบอนุกรม (Serial Peripheral Interface, SPI) ในไมโคร-คอนโทรลเลอร์ 68HC1 ของโมโตโรลา การเชื่อมต่อแบบ SPI นี้ช่วยให้ ไมโครคอนโทรลเลอร์แลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์ต่อพ่วงได้ด้วยความเร็วถึง 1 ล้านบิตต่อวินาที โดยใช้สายรับส่งสัญญาณเพียง 3 หรือ 4 เส้น รวมกับสายกราวด์อีกหนึ่งเส้น

3) คุณสมบัติ

3.1) DS1820 สามารถ Interface โดยใช้สายสัญญาณเพียงเส้นเดียว
3.2) DS1820 เพียงตัวเดียว สามารถวัดอุณหภูมิไดโดยไม่ต้องต่ออุปกรณ์ร่วม
3.3) DS1820 มีย่านวัดอยู่ที่ +125 ถึง -55 C
3.4) DS1820 มีความละเอียดในการวัดได้ 0.5 C

อุปกรณ์ที่สนับสนุนระบบบัสเพียงเส้นเดียวจะมีสายสัญญาณเพียง 2 เส้นเท่านั้นคือสายกราวด์และสายสัญญาณ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า สาย DATA สายนี้จะจัดการเกี่ยวกับทั้งสัญญาณข้อมูลและสัญญาณนาฬิกาที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูล สาย DATA นี้จะเป็นชนิด Open Drain ดังนั้นในการออกแบบวงจร จะต้องออกแบบให้มีตัวต้านทานมาพูลอัพสาย DATA นี้ด้วยให้ดูรูปแผนผังแสดงการต่อระบบบัสของ 1 – Wire Bus ดังรูป

รูป แผนผังของระบบบัสแบบ 1- Wire Bus

จากการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์กับอุปกรณ์ที่ใช้ 1 – Wire Bus นี้ไม่ได้ง่าย ๆ เหมือนกับการส่งข้อมูลผ่านทางบัสแบบ SPI เพราะในระบบ 1 – Wire Bus นั้นสาย DATA จะต้องจัดการเกี่ยวกับจังหวะเวลา (Timing) ระดับสัญญาณ (Level) และทิศทาง (Direction)ของข้อมูลทั้งหมด ทำให้การเขียนซอฟท์แวร์ของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ติดต่อกับอุปกรณ์พวกนี้ต้องมีความซับซ้อนมากขึ้น ในสภาวะพัก (Quiescent State) อุปกรณ์ที่ใช้บัสแบบ 1 – Wire Bus จะทำให้สาย DATA อยู่ในสภาวะลอย (float) ทำให้ขานี้มีแรงดันเท่ากับแรงดันพูลอัพ (Vcc) ซึ่งปกติก็คือ 5 โวลต์นั้นเอง ส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์ก็จะปล่อยให้ขาเอาต์พุตที่ใช้ติดต่อกับขา DATA นี้อยู่ในสภาวะ ความต้านทานสูง (High-Impedance State) เช่นกัน เมื่ออุปกรณ์ทั้งสองชนิดนี้ปล่อยให้ขา DATA อยู่ในสภาวะลอยแล้วนี้ความต้านทานพูลอัพก็จะช่วยรักษาระดับแรงดันไฟเลี้ยงที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ที่ใช้บัสแบบ 1 – Wire Bus นี้ได้อย่างสม่ำเสมอเพราะอุปกรณ์ที่ใช้บัสแบบ 1 – Wire Bus นี้จะใช้พลังงานในการทำงานน้อยมาก ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลกันไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์ที่ใช้บัสแบบ 1 – Wire Bus จะต้องดำเนินการอย่างระมัดระวังตามลำดับขั้นตอนในการทำให้สาย DATA มีลอจิกเป็น ’low’ ปล่อยให้สาย DATA กลับมามีลอจิกเป็น ‘high’ และตรวจจับการตอบรับกับอุปกรณ์อีกด้านหนึ่ง ช่วงจังหวะเวลาที่ใช้ในกระบวนการนี้จะถูกกำหนดโดยข้อกำหนดเฉพาะของระบบ 1 – Wire Bus นี้ซึ่งต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีการตอบสนองได้อย่างรวดเร็วด้วย ดังนั้นเราจะต้องตรวจสอบความสามารถของระบบให้ดีเสียก่อนที่จะใช้ระบบบัสแบบ 1 – Wire Bus นี้ จากสภาวะพักข้างต้นการแลกเปลี่ยนข้อมูลจะเริ่มขึ้นด้วยการที่ไมโครคอนโทรลเลอร์กระทำกระบวนการรีเซ็ต (Reset Sequence) ซึ่งทำได้โดยการทำให้สาย DATA มีลอจิก ‘low’ เป็นเวลาอย่างน้อย 480 ไมโครวินาที แล้วจึงปล่อยให้กลับมาอยู่ในสภาวะ ‘high’ อีกครั้งหนึ่ง ดังรูป

รูป จังหวะเวลาในการทำกระบวนการตรวจสอบว่ามีอุปกรณ์อยู่บนบัส

เมื่ออุปกรณ์ที่ใช้บัสแบบ 1 – Wire Bus นี้ตรวจพบสภาวะ RESET นี้ มันก็จะตอบสนองด้วยการส่งพัลส์กลับไปเพื่อบอกให้ไมโครคอนโทรลเลอร์รู้ว่าบนสายบัสนี้มีอุปกรณ์แบบ 1 – Wire Device กำลังทำงานอยู่ โดย อุปกรณ์แบบ 1 – Wire Device จะปล่อยให้สาย DATA อยู่ในลอจิก ‘high’ อย่างน้อย 15 ไมโครวินาที แต่ไม่เกิน 60 ไมโครวินาที จากนั้นมันก็จะให้สาย DATA ลงมามีลอจิกเป็น ‘low’ ในช่วงเวลาประมาณ 60-240 ไมโครวินาที แล้วจึงปล่อยให้กลับไปมีลอจิก ‘high’เช่นเดิม ช่วงเวลานี้มีชื่อเรียกกันหลายชื่อเช่น ช่วงเวลาเริ่มติดต่อ (Initialization) หลังจากอุปกรณ์ 1 – Wire Device ปล่อยให้สาย DATA กลับมาอยู่ในลอจิก ‘high’ แล้ว ไมโครคอรโทรลเลอร์จะต้องปล่อยให้สาย DATA อยู่ในลอจิกนี้นานอย่างน้อย 240 ไมโครวินาที ต่อไปจากนั้นไมโครคอนโทรลเลอร์ก็จะส่งคำสั่งเริ่มต้น (Initial Command) ขนาด 1 ไบต์ไปยังอุปกรณ์ 1 – Wire Bus ซึ่งคำสั่งนี้อาจจะเป็นคำสั่งอะไรก็ได้ ไมโครคอนโทรลเลอร์จะส่งบิตของ คำสั่งนั้นออกไป โดยการเปลี่ยนสถานะของสาย DATA กลับไปกลับมาโดยตอนแรกจะให้เป็น ลอจิก ‘low’ แล้วจึงกลับมาเป็น ‘high’ ตามช่วงจังหวะเวลาที่เหมาะสม ช่วงเวลานานที่ ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำให้สาย DATA มีลอจิก ‘low’ จะเป็นตัวแยกแยะว่าบิตไหนที่มีลอจิกเป็น ‘1’ บิตไหนมีลอจิกเป็น ‘0’ ให้ดูแผนภูมิเวลาในการเขียนบิต ‘1’ หรือ ‘0’ ดังรูป

รูป จังหวะเวลาที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้เขียนข้อมูล ‘0’ หรือ ’1’ไปยังอุปกรณ์บนบัส

ช่วงเวลาระหว่าง 15-120 ไมโครวินาที หลังไมโครคอนโทรลเลอร์ทำให้สาย DATA มี ลอจิก ‘low’ ในตอนนี้จะเรียกว่าช่วงการอ่านสถานะบิตข้อมูล (Sampling Window)

รูป จังหวะเวลาที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้อ่านบิตข้อมูล ‘0’ หรือ ’1’ จากอุปกรณ์บนบัส

ในการอ่านบิตข้อมูลจากบัสแบบ 1-Wire Bus ตอนแรกไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องทำให้สาย DATA มีลอจิก ‘low’ เป็นเวลานานไม่เกิน 15 ไมโครวินาทีแล้วจึงปล่อยให้สาย DATA กลับมามีลอจิก ‘high’ เช่นเดิมจากนั้นอุปกรณ์ 1 – Wire Device ก็จะเข้าควบคุมสาย DATA แทนโดยจะส่งบิต ‘0’ โดยการทำให้สาย DATA มีลอจิกเป็น ‘low’ และส่งบิต ‘1’ โดยการปล่อยให้สาย DATA กลับมามีลอจิก ‘high’ ตามเดิม เมื่อส่งข้อมูลออกไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์เรียบร้อยแล้ว จะมีการพักอยู่ชั่วขณะหนึ่ง จากนั้นอุปกรณ์ 1 – Wire Device จะปล่อยการควบคุมจากสาย DATA ให้เป็นอิสระ และรอรับ คำสั่งการอ่านของข้อมูลครั้งต่อไป ถ้าอุปกรณ์ 1 – Wire Device ส่งบิต ‘0’ ออกไป ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็จะสามารถตรวจสอบจุดสิ้นสุดของลอจิก ‘0’ นี้ง่าย เพราะสาย DATA จะกลับมาอยู่ที่ลอจิก ‘high’ ตามเดิม แต่ถ้าตรวจสอบจุดสิ้นสุดของการส่งบิต ‘1’ ของอุปกรณ์ 1 – Wire Device จะต้องใช้เทคนิคมากกว่านี้ เพราะสาย DATA จะอยู่ที่ลอจิก ‘high’ อยู่แล้วนี่ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมจังหวะเวลาในการอ่านเขียนข้อมูลจึงเป็นเรื่องที่สำคัญมาก เมื่อจะอ่านบิต ‘1’ จากอุปกรณ์ 1 – Wire Device ไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องทำตามช่วงเวลาที่แสดงในแผนภูมิเวลาอย่างเคร่งครัด และต้องไม่ทำการอ่านลอจิกของบิตถัดมา จนกว่าจะผ่านเวลาไปแล้วอย่างน้อย 60 ไมโครวินาที

4. วงจรขยายสัญญาณ

วงจรขยายสัญญาณจะทำหน้าที่ขยายสัญญาณค่าความแตกต่างของศักดาไฟฟ้าที่เอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์ทั้งสองคือทรานดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทครอฟ และทรานสดิวเซอร์ตรวจจับความดันในส่วนของวงจรขยายจากทรานดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟสามารถอธิบายได้ดังนี้ เราสามารถใช้วงจรขยายกลับเฟสมาขยายสัญญาณ ซึ่งวิธีที่ใช้เป็นแบบลูปปิด เรียกว่าการป้อนกลับแบบลบ เราจะได้เอาต์พุตที่มีเฟสตรงกันข้ามกลับอินพุต

รูป วงจรขยายสัญญาณจากทรานสดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทคอฟ

รูปที่ 3.12 วงจรขยายสัญญาณจากทรานสดิวเซอร์วัดความดันลม

ในส่วนของวงจรขยายจากทรานสดิวเซอร์ตรวจจับความดันเราจะใช้วงจรขยายแบบไม่กลับเฟสโดยเราจะใช้ VR2 เป็นตัวกำหนดค่าอัตราการขยายของวงจรตามที่เราต้องการ

5. วงจรกรองความถี่ต่ำ

การทำงานในส่วนของเครื่องวัดความดันโลหิต หลังจากสัญญาณที่ได้จากการขยายให้มีค่าสูงขึ้นจากวงจรขยายสัญญาณแล้ว สัญญาณส่วนนี้ก็จะนำไปผ่านวงจรกรองความถี่ เพื่อกรองเอาเฉพาะความถี่ที่ต้องการไปใช้งาน ซึ่งในส่วนนี้จะอธิบายถึงวงจร กรองความถี่ดังนี้ วงจรกรองความถี่ต่ำ มีหน้าที่กรองเอาเฉพาะความถี่ต่ำ กว่าค่าความถี่คัทออฟจากการคำนวณไปใช้งาน และจะตัดความถี่ที่สูงกว่าทิ้งไปสามารถออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำได้ดังรูป

รูป วงจรกรองความถี่ต่ำ

จากวงจรเราจะอาศัยคุณสมบัติของวงจรขยายแบบไม่กลับเฟส โดยการนำเอาต์พุตที่ไม่กลับเฟสมาป้อนเป็นอินพุตอีกทีหนึ่ง ซึ่งจะทำให้วงจรภายในของออปแอมป์พยายามปรับเอาต์พุตจนกระทั่งความต่างศักย์ระหว่างอินพุทมีค่าเข้าใกล้ศูนย์ ซึ่งเป็นคุณสมบัติภายในตัวของออปแอมป์เอง ซึ่งสัญญาณที่เข้ามาจะถูกกรองเอาเฉพาะความถี่ที่เท่ากับหรือต่ำกว่า 500 เฮริตซ์ ผ่านเข้ามายัง วงจรขยายแบบไม่กลับเฟสทั้งนี้ขึ้นอยู่กับค่าของ R₂₀ , R₂₁ , C₆ , C₇ , C₈ , C₉ , C₁₀ , C₁₁ ตามสมการหาค่าความถี่คัออฟข้างต้น หลังจากที่ได้ความถี่ต่ำผ่านเข้ามาแล้วออปแอมป์ก็จะทำการขยายสัญญาณแล้วส่งออกไปยังส่วนของเอาต์พุตต่อไปเพื่อไปทำการเปรียบเทียบ

6. วงจรผลิตสัญญาณพัลส์

วงจรผลิตสัญญาณพัลส์เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ผลิตสัญญาณพัลส์เพื่อไปควบคุมการแสดงผลของการวัดความดันโลหิต และอีกส่วนหนึ่งจะนำไปเป็นสัญญาณอินพุตให้กับวงจรการตรวจนับการเต้นของชีพจรซึ่งเราจะใช้ ไอซีไทม์เมอร์ 555 ในการผลิตสัญญาณพัลส์ดังในรูปวงจรที่ 3.14

รูปที่ วงจรผลิตสัญญาณพัลส์

7. วงจรควบคุม

รูปวงจรควบคุม

วงจรควบคุมเป็นวงจรที่ทำหน้าที่ ควบคุมการแสดงผลความดันโลหิตด้านต่ำ และความดันโลหิตด้านสูง โดยจะไปทำการควบคุมการแลตช์ค่าการแสดงของส่วนแสดงผลด้านต่ำก่อน เมื่อมีสัญญาณพัลส์มา และเมื่อสัญญาณพัลส์หายไปก็ให้แลตช์ค่าของส่วนแสดงผลด้านสูงอีกทีหนึ่ง ซึ่งในวงจรนี้จะใช้ 7474 ซึ่งเป็น D – FlipFlop เป็นตัวควบคุม โดยเราจะต่อกราวด์เข้าที่ ขา DATA เพื่อ ส่งค่าลอจิก “0” ไปควบคุม

8. วงจรแปลงสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอล

วงจรแปลงสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอลจะทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าที่ถูกแปลงมาสัญญาณทางกลต่างๆ จากทรานสดิวเซอร์ชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าต่อเนื่องให้เป็นสัญญาณดิจิตอลเพื่อที่จะนำค่าของสัญญาณดิจิตอลไปแสดงผลในรูปของตัวเลข 7 ส่วนซึ่งการทำงานทั้งสองส่วนนี้เราสามารถให้ทำงานร่วมกันได้โดยใช้ ICL 7107

ซึ่งเราจะนำสัญญาณไฟฟ้าที่ถูกแปลงมาจากทรานสดิวเซอร์ทั้ง 2 ชนิด คือ ทรานสดิวเซอร์ตรวจจับสัญญาณเสียงครอทครอฟและในส่วนของการจับการเต้นของชีพจรเข้ามาสู่อินพุตของวง-จรนี้โดยแยกกันอย่างละชุดซึ่งสามารถต่อวงจรในแต่และส่วนได้ดังนี้ รูป วงจรเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอล เราจะเห็นว่าในส่วนของวงจรเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอล และวงจรแสดงผล ในส่วนของการวัดความดันโลหิต จะแบ่งการแสดงผลออกเป็น 2 ชุด คือ การแสดงผลสัญญาณความดันโลหิตด้านต่ำ และการแสดงผลสัญญาณความดันโลหิตด้านสูง ซึ่งเราจะใช้การ บัฟเฟอร์โดยใช้ ไอซี 7407 และการแลทช์ค่าโดยใช้ ไอซี 74373 เข้าช่วย ซึ่งควบคุมโดยสัญญาณที่ได้จากการเปรียบเทียบมาเข้าสู่วงจรคอนโทลที่ใช้ D FlipFlop ควบคุม ให้จำข้อมูลที่มีการ เปลี่ยนแปลงตามความดันลมให้เป็นไปตามลำดับ คือทำการแลทช์ค่าที่ทำการถูกทริกก่อนพร้อมกับแสดง จากนั้นก็ทำการแลทช์ค่าที่ทำการถูกทริกครั้งต่อมา (แสดงค่าความดันโลหิตด้านสูง) จากวงจรที่กล่าวมาข้างต้น จะมี ICL 7107 ซึ่งทำหน้าที่เป็นดิจิตอลโวลท์มิเตอร์ และรวมเอาวงจรในส่วนของการเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกให้เป็นสัญญาณดิจิตอลเข้าไว้ด้วยกันซึ่งเป็น วงจรเอนกประสงค์ที่สามารถประยุกต์ใช้งานได้อย่างกว้างขวาง สามารถดัดแปลงให้เป็น ตัว เชื่อมต่อได้ทั้งส่วนของวงจรการแปลงสัญญาณแอนะลอกเป็นดิจิตอลได้ ในวงจรแสดงผลค่าความดัน ซึ่งเราสามารถอธิบายการทำงานได้ดังต่อไปนี้ ICL 7107 ในวงจรนี้คือ IC3 ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับเอาต์พุต คือ ตัวเลขแบบ 7 ส่วนได้ 3 ตัว คือ แสดงผลได้ตั้งแต่ 0 – 999 ค่า โดยมีขา IN HI (ขา 31) และ IN LO (ขา 30) เป็นขาอินพุตและใช้ความต้านทาน R₁₃ ค่า (1MW ) ต่อไว้ที่ขา IN HI เพื่อจำกัดกระแสไม่ให้ไหลเข้าไปในอินพุตของ ไอซีมากเกินไป ทั้งยังทำหน้าที่กำหนดค่าความต้านทานอินพุตของวงจรด้วย ในขณะที่ C₄ ทำหน้าที่ลดสัญญาณรบกวนความถี่สูงที่ถูกปะปนมากับแรงดันที่ทำการวัดอ้างอิงที่ใข้ในการเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกไปเป็นสัญญาณดิจิตอลภายใน IC₄ กำหนดโดยความต้านทาน R₁₀ และ VR₃ โดยต่อที่เข้าที่ขา REF HI (ขา 36) และ REF LO (ขา 35) ซึ่งวงจรนี้กำหนดไว้ที่ 1 โวลต์ ตัวต้านทาน R₁₁ และตัวเก็บปะจุ C_1, C₂ จะต่อกันเป็นวงจรอินตริเกรทเข้าที่ ขา 27, 28 และ 29 เพื่อควบคุมให้วงจรนี้แสดงผล ‘000’ เมื่อไม่มีแรงดันอินพุตเข้ามาที่ขา IN HI และ IN LO โดยที่ค่าของ R₁₁ และ C₂ จะเปลี่ยนแปลงค่าของแรงดันอ้างอิงที่ใช้ในการเปลี่ยนสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอลภายใน IC ₄ ตัวต้านทาน R₁₂ และตัวเก็บประจุ C₃ ทำหน้าที่กำหนดความถี่ของวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้ในการแปลงสัญญาณแอนะลอกเป็นสัญญาณดิจิตอลภายใน IC₄ ซึ่ง IC₄ สามารถแสดงผลค่าการวัดที่ตัวแสดงผล 7 ส่วนแบบ แอโนดร่วมต่อใช้งานได้โดยตรงไม่จำเป็นต้องมีตัวต้านทานจำกัดกระแสให้แก่ตัวเลข 7 ส่วน ในส่วนของการแสดงจุดทศนิยมเราจะไม่ต่อใช้งานเพราะไม่จำเป็นต้องใช้ ส่วนทางด้านแหล่งจ่ายไฟของวงจรจะเป็นแหล่งจ่ายไฟที่มีทั้งไฟ +5 โวลต์ และไฟ – 5 โวลต์ ซึ่งเป็นวงจรเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แบบบริดจ์เรคติไฟเออร์

9. วงจรขยายสัญญาณเสียงการเต้นของชีพจร

วงจรขยายสัญญาณเสียงการเต้นของชีพจร เป็นวงจรที่ทำการขยายสัญญาณเสียงและส่งออกลำโพง เพื่อแสดงจังหวะการเต้นของชีพจร โดยจะนำสัญญาณพัลส์ที่ได้จากวงจรผลิตสัญญาณพัลส์มาทำการขยายสัญญาณให้แรงขึ้นโดยทรานซิสเตอร์ Q3 จากนั้นส่งเข้าวงจรกำเนิดเสียงโดยใช้ ทรานซิสเตอร์ Q1, Q2 ต่อร่วมกับ R และ C ซึ่งเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์สร้างความถี่เสียง

รูป วงจรขยายเสียงการเต้นของชีพจร

10. วงจรจ่ายแรงดันไฟฟ้า

ในส่วนของวงจรจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะใช้วงจรเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็น แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แบบบริดจ์เรคติไฟเออร์ จ่ายแรงดัน 2 ชุดให้แก่วงจรโดยมีขนาดของ แรงดัน +5 โวลต์ และ – 5 โวลต์ ซึ่งจะใช้ไอซีเรคกูเลเตอร์เบอร์ 7805 สำหรับจำกัดขนาดของแรง-ดัน +5 โวลต์ และเบอร์ 7905 สำหรับจำกัดขนาดของแรงดัน -5 โวลต์ ส่วนตัวเก็บประจุทำหน้าที่ในการกรองหรือปรับระดับแรงดันไฟตรงให้มีความเรียบยิ่งขึ้นเราสามารถทำการต่อวงจรภาคจ่ายไฟได้ดังรูป
 

รูป วงจรชุดแหล่งจ่ายไฟ

---

ผู้เขียน/อ้างอิง : จักรกฤษณ์ แร่ทอง

อื่น ๆ เกี่ยวกับไอ.ที.

• เมกะไบท์ กิกะไบท์ เทราไบท์ แล้วต่อไปจะเป็นอะไร ?

  เมกะไบท์ กิกะไบท์ เทราไบท์ แล้วต่อไปจะเป็นอะไร ?

• เทคโนโลยีบัสคอมพิวเตอร์ (Computer Bus Technology) 2/3

  Trend of technology จะพูดถึง แนวทางของ Bus ในอนาคต

• เทคโนโลยีบัสคอมพิวเตอร์ (Computer Bus Technology) 3/3

  Trend of technology จะพูดถึง แนวทางของ Bus ในอนาคต

• เครื่องวัดความดัน วัดอุณหภูมิ และตรวจนับการเต้นของชีพจร 2/2

  ครื่องวัดความดัน วัดอุณหภูมิ และตรวจนับการเต้นของชีพจร

• มาตรทางด้านสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์ด้าน IT

  คิดว่าหลายท่านที่ติดตามข่าวสารผ่านสื่อต่างๆ ในช่วงปีกว่ามานี้ คงจะได้ยินคำว่าสภาวะโลกร้อนหรือ Global Warming

• รู้จักกับความแตกต่างของจอแบบ CRT vs LCD

  จะเลือกจอ CRT หรือ LCD ดี? คำถามนี้อาจเป็นคำถามที่หลายๆคนถามหา เมื่อจะเลือกซื้อจอใหม่

• EPC : ELECTRONIC PRODUCT CODE (เลขรหัสสินค้าอิเล็กทรอนิกส์)

  การใช้งานเลขรหัสสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ ร่วมกับเทคโนโลยี RFID (Radio Frequency Identification) มีประสิทธิภาพสูง

• ระบบเสมือนจริง (Virtual Reality [[[[sys]]]]tem -VR)

  ระบบเสมือนจริงนับเป็นการใช้ประโยชน์จากการแสดงผลด้วยสื่อประสม สร้างภาพ 3 มิติที่สามารถมองเห็นเหมือนเป็นภาพที่เป็น 3 มิติ

• RAID:Redundant Array of Independent Disks

  เอาดิสก์หลายๆตัวมารวมกัน ประสิทธิภาพที่ได้จากการใช้งานจะมากกว่า

• Wi-Fi Internet Trend (แนวโน้มไวไฟ ในอนาคต)

  เทคโนโลยีสื่อสารไร้สาย แต่ในอนาคตอันใกล้นี้