Цифровий пристрій визначення показників артеріального тиску

Бондуровський, Ігор Юрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6298

Title:	Цифровий пристрій визначення показників артеріального тиску
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Бондуровський, Ігор Юрійович
Issue Date:	Jun-2023
Abstract:	Результати проведених досліджень та розробка системи тонометру на базі Arduino Uno підтверджують ефективність та можливості цього підходу до вимірювання артеріального тиску. Огляд способів вимірювання тиску та факторів, що впливають на його точність, допомагають вдосконалити техніку вимірювання та уникнути поширених помилок. Проектування та програмування системи тонометру з використанням відповідних компонентів та алгоритмів забезпечують надійні та точні результати вимірювання кров'яного тиску. Можна зробити наступні основні висновки: Вимірювання артеріального тиску є важливим для оцінки здоров'я серцево-судинної системи, і точні результати вимірювання є ключовими для правильної діагностики та моніторингу. Arduino Uno разом з певними компонентами, такими як датчик тиску, підсилювач сигналу, АЦП та інші, забезпечують зручну та ефективну платформу для створення власного тонометру. Розроблений алгоритм тонометра та використані бібліотеки дозволяють отримувати точні та достовірні вимірювання кров'яного тиску, а бездротовий модуль Bluetooth дозволяє передавати дані на зовнішні пристрої для моніторингу.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6298
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_151_2023_Бондуровський.pdf Restricted Access		1.3 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: ЦИФРОВИЙ ПРИСТРІЙ ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ
АРТЕРІАЛЬНОГО ТИСКУ

Виконав: студент 4 курсу, групи АКІТ-1909
спеціальності 151 Автоматизація та
комп’ютерно-інтегровані технології
Бондуровський І.Ю.
(прізвище та ініціали)
Керівник Рудаков К. С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2023 року

ЗМІСТ
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ.......................................... 4
ВСТУП ........................................................................................................................ 7
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ТА ЕЛЕКТРОННИХ ДЖЕРЕЛ .................. 9
1.1 Огляд способів вимірювання артеріального тиску, які застосовуються у
сучасних приладах для вимірювання артеріального тиску ..................................... 9
1.2 Огляд осцилометричного метода .................................................................... 11
1.3 Значення артеріального тиску ......................................................................... 14
1.4 Правила вимірювання АТ ................................................................................ 14
1.5 Фактори, що впливають на кров’яний тиск .................................................... 16
1.6 Огляд тонометрів .............................................................................................. 17
Висновок до розділу 1 ............................................................................................ 26
РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПІДСИСТЕМИ ПРИСТРОЮ ................... 28
2.1 Розробка функціональної схеми пристрою ..................................................... 29
2.2 Підбір компонентів пристрою ......................................................................... 29
2.3 Датчик тиску ..................................................................................................... 30
2.4 Підсилювач сигналу ......................................................................................... 32
2.5 Аналого-цифровий перетворювача ................................................................. 36
2.6 Компресор та клапан ........................................................................................ 38
2.7 Bluetooth-модуль .............................................................................................. 41
2.8 Рідкокристалічний екран ................................................................................. 43
Висновок до розділу 2 ............................................................................................ 45
РОЗДІЛ 3 СТВОРЕННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРИЛАДУ ............ 46
3.1 Створення алгоритму роботи приладу ............................................................ 46

ЧДТУ.185080.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Іванов Літ. Лист Листів
Пристрій обробки інформації
Перевір. Зубко У 2 83
на базі цифрового сигнального
Реценз.
процесора.
Н. Контр. ЧДТУ, СКС-157
Пояснювальна записка
Затверд. Лукашенко

3.2 Вибір бібліотек ................................................................................................. 49
3.3 Програмування мікроконтролеру Arduino Uno .............................................. 52
Висновок до розділу 3 ............................................................................................ 55
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 56
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................... 57
ДОДАТОК А .............................................................................................................. 59

ЧДТУ.185080.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Іванов Літ. Лист Листів
Пристрій обробки інформації
Перевір. Зубко У 2 83
на базі цифрового сигнального
Реценз.
процесора.
Н. Контр. ЧДТУ, СКС-157
Пояснювальна записка
Затверд. Лукашенко
7
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

АТ – артеріальний тиск;
LCD – liquid crystal display;
GND – ground (земля);
АЦП – аналого-цифровий перетворювач.

8
ВСТУП
У сучасному світі здоров'я та медичні технології є невід'ємною складовою
нашого життя. Збереження і підтримка здоров'я людей має велике значення для
забезпечення їхнього активного і продуктивного способу життя. Одним з
найважливіших показників стану здоров'я є артеріальний тиск, який відображає
роботу серця та стан кровоносних судин.
З метою визначення та контролю артеріального тиску було розроблено різні
методи та пристрої. Проте, існуючі традиційні методи вимірювання артеріального
тиску часто є не зручними, складними в застосуванні або вимагають спеціаліста для
їх проведення. Крім того, традиційні методи можуть бути обтяженими певними
факторами, такими як стрес або фізична активність, що може призвести до неточних
результатів вимірювань.
Однак, з розвитком сучасних технологій і поширенням цифрових пристроїв,
з'являються нові можливості для точного та зручного визначення показників
артеріального тиску. Цифрові пристрої визначення артеріального тиску стали одними
з найпоширеніших та ефективних засобів контролю стану здоров'я.
Дана кваліфікаційна робота спрямована на розробку цифрового пристрою
визначення показників артеріального тиску, який буде простим у використанні,
точним у вимірюваннях та зручним для користування. Цей пристрій буде базуватися
на передових технологіях і використовуватиме сучасні методи вимірювання
артеріального тиску, такі як метод осциляції або метод фотоплетизмографії.
Основна мета дослідження полягає в тому, щоб створити пристрій, який
забезпечить зручний та надійний спосіб вимірювання артеріального тиску, що може
бути використаний як медичними спеціалістами, так і самими пацієнтами в домашніх
умовах. Застосування цього пристрою має потенціал допомогти у зниженні витрат на
охорону здоров'я та поліпшенні якості життя людей, шляхом забезпечення доступної
та зручної медичної діагностики.
У ході виконання дослідження планується вивчити та порівняти різні методи
вимірювання артеріального тиску, а також розробити та випробувати прототип
цифрового пристрою визначення показників артеріального тиску. Для цього будуться
9
використовуватись передові технології, такі як сенсори тиску та оптичні датчики, які
забезпечать точні вимірювання і надійні результати.
Враховуючи значення артеріального тиску для здоров'я та діагностики різних
захворювань, важливо розвивати нові технології, які спростять та поліпшать процес
вимірювання цього показника. Ця кваліфікаційна робота має на меті приносити свій
внесок у розвиток медичних технологій та забезпечити доступніші та ефективніші
методи визначення показників артеріального тиску.
Окрім того, дослідження такого цифрового пристрою може мати потенціал для
розширення його функціональності та використання його в інших галузях медицини,
таких як моніторинг пацієнтів з серцево-судинними захворюваннями або в системах
телемедицини. Висновки, отримані в результаті цього дослідження, можуть бути
використані для подальшого вдосконалення та розробки цифрових пристроїв
визначення артеріального тиску, що сприятиме поліпшенню діагностики та контролю
стану здоров'я людей.

10
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ТА ЕЛЕКТРОННИХ ДЖЕРЕЛ
1.1 Огляд способів вимірювання артеріального тиску, які застосовуються
у сучасних приладах для вимірювання артеріального тиску
Сучасні прилади для вимірювання артеріального тиску використовують різні
методи і технології для отримання точних показників. Основними способами
вимірювання артеріального тиску є метод прямого тонометрії, метод непрямого
тонометрії (автоматичний тонометр), та методів постійного носіння артеріального
тиску (AMB – ambulatory blood pressure monitoring).
Метод прямої тонометрії: цей метод вимірювання використовується в
госпітальних умовах та передбачає введення катетера безпосередньо в артерію.
Катетер підключається до тонометра, який реєструє прямий артеріальний тиск. Цей
метод надає найточніші результати, але його застосовують рідко через інвазивний
характер процедури.
Метод непрямого тонометрії (автоматичний тонометр): широко
використовується в клінічній практиці та в домашніх умовах. Автоматичний
тонометр складається з манжетки, яка надягається на пацієнта, та електронного
пристрою для вимірювання тиску. Манжетка надувається до певного тиску, а потім
повільно спускається. Пристрій реєструє артеріальний тиск на основі коливань, що
виникають в артеріях при проходженні крові. Цей метод є зручним та неінвазивним,
але його точність може залежати від правильного використання приладу та деяких
факторів, таких як рух пацієнта або неправильне розташування манжетки.
Метод постійного носіння холтеру (рис. 1.1): дозволяє вимірювати
артеріальний тиск протягом тривалого періоду (зазвичай 24 години) під час
звичайних активностей пацієнта. Пацієнт носить портативний пристрій, який
автоматично вимірює тиск через певні інтервали. Дані збираються, і потім їх
аналізують для отримання інформації про артеріальний тиск протягом доби. Цей
метод дозволяє оцінити коливання тиску протягом дня та нічі, а також виявити
можливі аномалії, такі як гіпертензія або гіпотензія.
11

Рисунок 1.1 – Вимірювання тиску за допомогою холтеру
Метод осцилографії: використовується у деяких спеціалізованих медичних
приладах. Він базується на осцилографічному аналізі коливань артеріального тиску.
Процедура полягає у розміщенні сенсору на шкірі, зазвичай на пальці або вуху, який
реєструє пульсові коливання. Ці коливання аналізуються для визначення значень
систолічного та діастолічного тиску. Цей метод є швидким і зручним, але його
точність може залежати від якості сенсору та зовнішніх факторів, таких як шуми або
рухи пацієнта.
Метод пульсової тонометрії (рис. 1.2): використовується в деяких портативних
пристроях. Він базується на аналізі пульсових хвиль, що виникають при проходженні
крові через артерії. Пристрій розміщується на шкірі, зазвичай на зап'ясті або пальці, і
реєструє пульсові коливання. За допомогою алгоритмів обробки даних, пристрій
визначає значення систолічного та діастолічного тиску. Цей метод зручний для
домашнього вимірювання тиску, але його точність може бути вплинута факторами,
такими як положення руки або якість пристрою.
12

Рисунок 1.2 – Вимірювання тиску за допомогою пульсоксиметру
Ці методи вимірювання артеріального тиску використовуються в сучасних
приладах і дозволяють здійснювати точне вимірювання тиску для діагностики та
моніторингу артеріальної гіпертензії та інших серцево-судинних захворювань.
Завжди важливо слідкувати за інструкціями виробника та дотримуватись
рекомендацій медичних фахівців для отримання найточніших результатів.
1.2 Огляд осцилометричного метода
Осцилометричний метод (рис. 1.3) є одним з поширених способів вимірювання
артеріального тиску за допомогою автоматичних тонометрів. Цей метод базується на
вимірюванні пульсацій артерій, які виникають при проходженні крові через судини
під впливом серцевих скорочень [1].
Процедура вимірювання артеріального тиску за допомогою осцилометричного
методу зазвичай включає наступні кроки:
1. Пацієнт розміщує руку (зазвичай верхню кінцівку) в спеціальну манжетку,
яка надягається на плече або зап'ясток.
2. Манжетка поступово надувається до певного тиску, що призводить до
стиснення артерії.
13
3. Манжетка поступово спускається, дозволяючи крові протікати через
стиснену артерію. При цьому, коли кров проходить через артерію, виникають
пульсації, які реєструються приладом.
4. Автоматичний тонометр аналізує ці пульсації і визначає значення
систолічного та діастолічного тиску. Цей аналіз заснований на алгоритмах, що
враховують форму пульсацій та їх характеристики.
5. Результати вимірювання, включаючи значення артеріального тиску, можуть
бути відображені на дисплеї приладу або передані на зберігання для подальшого
аналізу.
Осцилометричний метод вимірювання артеріального тиску є неінвазивним і
зручним, оскільки не потребує введення катетера або використання стетоскопа. Він
широко використовується у клінічній практиці, включаючи домашні умови, і
дозволяє швидко отримати результати вимірювання. Важливо зазначити, що точність
результатів осцилометричного методу може бути під впливом різних факторів, таких
як рухи пацієнта, неправильне розташування манжетки або інші артефакти. Тому
важливо дотримуватись інструкцій виробника та звернутись до медичних фахівців у
разі необхідності.

Рисунок 1.3 – Процедура вимірювання тиску осцилометричним методом
Осцилометричний метод вимірювання артеріального тиску має свої переваги та
обмеження. Розглянемо деякі з них.
14
Переваги:
1. Неінвазивність: Осцилометричний метод не вимагає введення катетера або
перфузійної системи, що робить його менш неприємним для пацієнтів порівняно з
іншими методами вимірювання тиску.
2. Зручність: Вимірювання артеріального тиску за допомогою осцилометра є
швидким та простим процесом. Більшість осцилометрів призначені для використання
вдома, що дозволяє пацієнтам зручно вимірювати тиск самостійно.
3. Висока широта застосування: Осцилометричний метод може бути
використаний для вимірювання тиску в різних частинах тіла, включаючи верхні та
нижні кінцівки.
Недоліки:
1. Залежність від умов вимірювання: Результати осцилометричного методу
можуть бути спотворені факторами, такими як неправильне розташування манжетки,
рухи пацієнта або наявність артефактів. Це може призвести до неточностей
вимірювання.
2. Вплив шумів: Шуми, які присутні в навколишньому середовищі, такі як
шуми вентиляції або рухи пацієнта, можуть вплинути на точність результатів.
3. Обмежена точність: У деяких випадках осцилометричний метод може
показувати меншу точність порівняно з іншими методами вимірювання тиску,
зокрема у випадках з артеріальною жорсткістю або ніздряним диханням.
Незважаючи на обмеження, осцилометричний метод залишається широко
використовуваним та надійним способом вимірювання артеріального тиску, зокрема
в домашніх умовах та в клінічній практиці. При коректному застосуванні і врахуванні
обмежень цей метод може забезпечити цінну інформацію про стан серцево-судинної
системи пацієнта.

15
1.3 Значення артеріального тиску
Артеріальний тиск можна класифікувати залежно від його значень у покою.
Зазвичай використовується класифікація, запропонована Всесвітньою організацією
охорони здоров'я (ВООЗ). Діагноз артеріального тиску має встановлювати лікар на
підставі комплексного оцінювання пацієнта, включаючи його історію, фізичний
огляд та додаткові обстеження [2].
Нормальний артеріальний тиск:
– Систолічний тиск (верхній показник) менше 120 мм рт. ст.
– Діастолічний тиск (нижній показник) менше 80 мм рт. ст.
Попередній артеріальний тиск (підвищений тиск):
– Систолічний тиск між 120-129 мм рт. ст.
– Діастолічний тиск менше 80 мм рт. ст.
Стадія 1 гіпертонії:
– Систолічний тиск між 130-139 мм рт. ст.
– Діастолічний тиск між 80-89 мм рт. ст.
Стадія 2 гіпертонії:
– Систолічний тиск 140 мм рт. ст. або вище
– Діастолічний тиск 90 мм рт. ст. або вище
Кризовий артеріальний тиск:
– Систолічний тиск понад 180 мм рт. ст.
– Діастолічний тиск понад 120 мм рт. ст.
1.4 Правила вимірювання АТ
Осцилометричний метод вимірювання артеріального тиску є одним із
найпоширеніших та зручних методів, які використовуються у медицинських
пристроях, таких як автоматичні тонометри та електронні манометри. Нижче
наведено загальний опис правил вимірювання артеріального тиску осцилометричним
методом:
16
Перед вимірюванням артеріального тиску (рис. 1.4) важливо забезпечити
спокійне та комфортне середовище для пацієнта. Він повинен сидіти або лежати з
розслабленими м'язами. Рекомендується залишатися в спокої протягом 5-10 хвилин
перед вимірюванням [3].

Рисунок 1.4 – Вимірювання тиску автоматичним тонометром
Манжета тонометра повинна бути правильно розміщена на плечі пацієнта, над
артерією. Зазвичай манжета розміщується на лівій руці ближче до серця. Манжета
має бути достатньо піджатою, щоб запобігти просочуванню повітря. Рекомендована
ширина манжети повинна відповідати розміру плеча пацієнта.
Після правильного розміщення манжети, потрібно запустити процес
вимірювання на тонометрі. Процедура вимірювання зазвичай автоматизована, і
пристрій автоматично виконує надування манжети до певного рівня тиску.
Після надування манжети до певного тиску, пристрій регулює тиск в манжеті в
малих інтервалах, дозволяючи крові протікати через артерію. Під час проходження
крові через артерію виникають осциляції, які реєструються тонометром. Пристрій
аналізує ці осциляції та обчислює значення артеріального тиску на основі алгоритмів.
17
Після завершення процесу вимірювання, на дисплеї тонометра відображаються
результати артеріального тиску, зазвичай представлені числовим значенням для
верхнього (систолічного) тиску, нижнього (діастолічного) тиску та пульсового тиску.
Важливо дотримуватися правильної техніки під час вимірювання артеріального
тиску осцилометричним методом. Це допоможе забезпечити надійні та точні
результати.
1.5 Фактори, що впливають на кров’яний тиск
Кров'яний тиск – це сила, з якою кров тисне на стінки кровоносних судин. Він
залежить від декількох факторів, які можуть впливати на його значення. Основні
фактори (рис. 1.5), що впливають на кров'яний тиск, включають [4]:
– Серцева діяльність: робота серця є одним з ключових факторів, що
впливають на кров'яний тиск. Високий серцевий викид (кількість крові, яку серце
виштовхує за одне скорочення) та швидкість серцевих скорочень збільшують
кров'яний тиск, тоді як слабка серцева діяльність може призвести до зниження тиску.
– Об'єм крові в організмі також впливає на кров'яний тиск. Збільшений об'єм
крові, наприклад, при перевищенні рідини в організмі або підвищеному зворотному
всмоктуванні натрію, може підвищити тиск. Недостатній об'єм крові, як наприклад
при дегідратації, може спричинити зниження тиску.
– Стан і еластичність артерій і вен впливають на опір кровотоку та регуляцію
тиску. Стягнуті артерії та затверділі судини можуть підвищити тиск, тоді як
розширені артерії та еластичні судини дозволяють зниження тиску.
– Гормони, такі як адреналін та альдостерон, мають вплив на регуляцію
кров'яного тиску. Наприклад, підвищення рівня адреналіну може збільшити сили
серцевих скорочень і звуження судин, що призводить до підвищення тиску.
– Нирки грають важливу роль у регуляції кров'яного тиску шляхом контролю
за вмістом рідини та солей в організмі. Вони виробляють речовину, відому як ренін,
яка впливає на судинний тонус і об'єм крові.
18
– Фізична активність та стрес можуть тимчасово підвищити кров'яний тиск.
Під час фізичного навантаження серце працює інтенсивніше, щоб забезпечити
доставку крові до м'язів, що призводить до збільшення тиску. Стрес також може
спричинити зміни у гормональному рівноважі та вплинути на тиск.

Рисунок 1.5 – Фактори, що визначають артеріальний тиск
1.6 Огляд тонометрів
AND UA-777 – це популярна модель тонометра, що використовується для
вимірювання артеріального тиску. Вона входить до лінійки медичних пристроїв,
вироблених компанією AND Medical [5].
Тонометр UA-777 має функцію автоматичного надування манжетки навколо
вашого плеча, а потім контрольованого випускання повітря, що дозволяє точно
виміряти артеріальний тиск. Це забезпечує швидки та зручні вимірювання без
необхідності ручного надування.
Великий дисплей: тонометр оснащений чітким і легкочитаємим дисплеєм, на
якому можна побачити результати вимірювання. Він відображає числові значення
артеріального тиску, а також іншу інформацію, таку як пульс.
Ця модель тонометра зазвичай має вбудовану пам'ять, яка дозволяє зберігати
результати вимірювання. Це дозволяє вам відстежувати зміни вашого тиску з часом
та ділитися даними зі своїм лікарем.
19
AND UA-777 (рис. 1.6) зазвичай має простий та інтуїтивно зрозумілий
інтерфейс, що робить його дуже зручним у використанні. Він часто постачається з
м'якими манжетками різних розмірів для комфорту пацієнта. AND UA-777 є
високоякісним медичним пристроєм, який відповідає стандартам точності та
надійності. Однак, для забезпечення найкращих результатів, важливо дотримуватися
інструкцій виробника та правильно виконувати процедуру вимірювання.

Рисунок 1.6 – Тонометр AND UA-777
Деякі моделі тонометра AND UA-777 можуть мати додаткові функції, такі як
виявлення нерегулярного серцевого ритму або індикатор рівня ризику гіпертонії. Ці
функції можуть допомогти виявити потенційні проблеми зі здоров'ям і звернутися за
медичною допомогою вчасно.
Тонометр може живитися від батарейок або акумулятора. Важливо перевірити
живлення перед використанням, щоб упевнитися, що пристрій готовий до
вимірювання.
20
Портативність: багато моделей цього тонометра мають компактний та легкий
дизайн, що дозволяє легко переносити їх з собою в дорогу або використовувати в
будь-якому зручному для вас місці.
Інструкції та безпека: перед використанням тонометра AND UA-777 потрібно
ретельно ознайомитись з інструкціями, наданими виробником. Вони містять важливі
вказівки щодо правильного використання, очищення та зберігання пристрою. Також
важливо знати, що результати вимірювання можуть бути вплинуті зовнішніми
факторами, такими як фізична активність, стрес, споживання їжі або напоїв, тому
важливо дотримуватися рекомендацій щодо підготовки до вимірювання.
Загалом, тонометр AND UA-777 є надійним та зручним пристроєм для
вимірювання артеріального тиску вдома або в медичних установах. Він допомагає
контролювати ваше здоров'я та сприяє вчасному виявленню можливих проблем з
тиском.
Omron M6 Comfort (рис. 1.7) – один із популярних електронних тонометрів,
розроблений компанією Omron Healthcare. Цей тонометр призначений для
вимірювання артеріального тиску і пульсу в домашніх умовах [6].
Однією з ключових особливостей M6 Comfort є інтелектуальна манжета Intelli
Wrap. Ця манжета забезпечує точні і надійні виміри незалежно від положення
манжети навколо плеча. Вона охоплює 360 градусів навколо плеча, що дозволяє
уникнути похибок, пов'язаних з неправильним розміщенням манжети.
Технологія IntelliSense: M6 Comfort використовує технологію IntelliSense для
автоматичного надування і розмитнення манжети. Це забезпечує комфортне і швидке
вимірювання без болю або дискомфорту.
Тонометр оснащений великим дисплеєм, на якому можна легко прочитати
виміри артеріального тиску і пульсу. Дисплей також має підсвітку, що дозволяє
зручно вимірювати значення навіть в умовах недостатнього освітлення. Тонометр має
пам'ять для збереження результатів вимірювань. Вона здатна запам'ятовувати останні
виміри для двох користувачів і показувати середні значення артеріального тиску
протягом 7 днів.
21
Підключення до смартфона: деякі моделі M6 Comfort оснащені функцією
Bluetooth, що дозволяє підключати тонометр до смартфона і синхронізувати дані
вимірювань з додатком для здоров'я. Це дозволяє зручно вести журнал вимірювань і
відстежувати динаміку змін артеріального тиску.

Рисунок 1.7 – Тонометр Omron M6 Comfort
Тонометр оснащений індикатором неправильного вимірювання, що допомагає
виявити будь-які помилки під час вимірювання. Якщо вимірювання було здійснено з
помилкою, тонометр повідомить вас про це, щоб могти повторити вимірювання.
22
Індикатор аритмії: M6 Comfort також має функцію виявлення аритмії серця. Він
може сповістити вас про нерегулярний ритм серця під час вимірювання, що може
бути корисним для виявлення потенційних проблем з серцево-судинною системою.
Батарейки та живлення: тонометр працює від батарейок. Зазвичай, Omron M6
Comfort використовує чотири батарейки типу AA, які забезпечують довгий час
роботи перед їх заміною. Також є функція автоматичного вимкнення, що допомагає
зберегти заряд батарейок.
Гарантія: Omron зазвичай надає гарантію на свої тонометри. Тривалість гарантії
може варіюватися залежно від країни та місця придбання, тому рекомендується
перевірити цю інформацію при придбанні тонометра.
Зважаючи на його характеристики, Omron M6 Comfort є популярним вибором
серед багатьох користувачів завдяки своїм функціям, точності і зручності в
використанні. Важливо користуватися тонометром згідно з інструкціями виробника
та регулярно перевіряти його калібрування, щоб забезпечити надійність та точність
вимірювань.
Gamma plus (рис. 1.8) – прилад для вимірювання внутрішньоочного тиску
(ВОТ), тобто тиску рідини всередині ока. Вимірювання ВОТ є важливим
діагностичним інструментом при глаукомі – групі захворювань очей, які викликають
пошкодження зорового нерва через підвищення ВОТ [7].
Тонометр Gamma Plus використовує невеликий датчик, який торкається
поверхні ока, щоб виміряти силу, необхідну для сплощення частини рогівки, що може
вказувати на зміни ВОТ. Процедура зазвичай безболісна і займає всього кілька секунд
на кожне око.
Варто зазначити, що на ринку доступні різні типи тонометрів, включаючи
безконтактні та аплікаційні тонометри. Безконтактні тонометри використовують
вдування повітря або відбиття світла для вимірювання ВОТ без прямого контакту з
оком, в той час як аплікаційні тонометри мають прямий контакт з оком за допомогою
рухомого датчика.
23

Рисунок 1.8 – Тонометр Gamma Plus
На відміну від традиційних тонометрів, які вимагають фізичного контакту з
оком, тонометр Gamma Plus використовує ближнє інфрачервоне світло для виявлення
змін у відбитті, викликаних змінами внутрішньоочного тиску. Відсутність прямого
контакту з оком робить вимірювання швидким, простим і практично безболісним для
пацієнта.
Простота використання: тонометр Гамма Плюс простий в експлуатації і не
вимагає мінімальної підготовки. Просто розташуйте датчик під потрібним кутом
відносно центру зіниці, натисніть кнопку, щоб розпочати цикл вимірювання, і
24
перегляньте показання на екрані дисплея. Компактний розмір і портативність
приладу дозволяють лікарям проводити обстеження швидко і ефективно.
Точність: клінічні дослідження показують, що тонометри Gamma Plus дають
результати вимірювань, які можна порівняти з результатами, отриманими за
допомогою класичних інструментів. Усереднюючи декілька показників, отриманих
протягом короткого періоду часу, оператори можуть отримати точну оцінку ВОТ, не
покладаючись на суб'єктивні спостереження. Крім того, вбудовані алгоритми
враховують відмінності в товщині і кривизні рогівки, зменшуючи кількість помилок.
Покращений профіль безпеки: безконтактна тонометрія усуває потенційні
ризики, пов'язані з методами індентування, коли фізичний тиск безпосередньо на
рогівку може травмувати око. Крім того, на відміну від приладів старого покоління,
сучасні версії використовують високоінтенсивні світлодіодні джерела світла, які
становлять незначну небезпеку як для пацієнтів, так і для операторів.
Різноманітне застосування: оскільки тонометри Gamma Plus не потребують
анестезії або очних крапель, їх можна використовувати у пацієнтів у свідомості як у
звичайних, так і в екстрених ситуаціях. Вони добре підходять для вимірювання ВОТ
у дітей і дорослих, які відчувають занепокоєння, пов'язане зі звичайними
процедурами.
Отже, тонометр Gamma Plus – це надійний інструмент, який широко
використовується медичними працівниками для оцінки рівня ВОТ. Якщо у вас є
занепокоєння щодо вашого зору або факторів ризику глаукоми, завжди бажано
проконсультуватися з офтальмологом, який може провести належну оцінку і
порекомендувати необхідні втручання.
Тонометр ProMedica Expert. ProMedica – бренд швейцарської компанії Medhaus
Schweiz (Медхауз Швайц). Ця компанія спеціалізується на розробці та виробництві
професійного медичного обладнання для моніторингу та контролю за станом здоров'я
[8].
Інноваційні технології від Medhaus Schweiz (Медхауз Швайц) гарантують, що
продукція ProMedica відрізняється найвищою точністю, надійністю та тривалим
терміном експлуатації.
25
Продукція ProMedica, зокрема тонометри, має високу якість та надійність, що
дозволяє надати гарантію тривалістю 10 років. В Україні існує найбільша мережа
Сервісних Центрів ProMedica, яка забезпечує професійне обслуговування техніки
даного бренду як під час гарантійного періоду, так і після його закінчення.
Тонометри ProMedica пройшли клінічні випробування, і їх точність вимірювань
відповідає Європейській директиві з медичного обладнання 93/42/ЕСС (MDD) – CE
0413. Якість продукції підтверджена відповідними європейськими та українськими
сертифікатами.
У 2022 році тонометри ProMedica отримали престижну премію "Вибір Країни",
що є додатковим підтвердженням довіри українських користувачів. Швейцарський
медичний бренд ProMedica – вигідний вибір для тих, хто цінує своє здоров'я.
Тонометр ProMedica Expert є найкращою моделлю серед усіх тонометрів цього
бренду. Він має розширену пам'ять для двох користувачів на 30 вимірювань для
кожного, манжету збільшеного розміру (22-42 см), великий екран і надає повний
набір інформації, необхідний для контролю артеріального тиску кожного з двох
користувачів.
Особливості ProMedica Expert:
– Великий LCD дисплей розміром 74х68мм з чіткими цифрами, що добре
підходить для людей з проблемами зі зором.
– Використання передової технології IHD для виявлення аритмії на ранній
стадії. Під час вимірювання індикатор "серце" показує будь-які порушення серцевого
ритму.
– Функція усереднення 3-х вимірювань (AVG технологія) для отримання
точного значення АТ. Лікарі рекомендують аналізувати середнє значення трьох
послідовних вимірювань, зроблених з інтервалами 2-3 хвилини. Ця функція
автоматично розраховує середнє значення вимірювань і зберігає їх у пам'яті
пристрою.
– Використання технології FUZZY LOGIC, яка інтелектуально керує процесом
вимірювання, враховуючи індивідуальні особливості кожного користувача. Вона
26
автоматично визначає оптимальний рівень накачування манжети, запобігаючи її
надмірному накачуванню, і забезпечує максимальний комфорт і швидкість виміру.
– Індикатор «Світлофор» класифікує результат вимірювання згідно з нормами
ВООЗ. Швидкий та зрозумілий аналіз для миттєвої оцінки стану користувача.
Результат відображається у вигляді кольорової шкали по лівому боці екрану.
– Звуковий сигнал повідомляє про завершення вимірювання і відображає
частоту серцевих скорочень користувача під час процесу вимірювання, що дозволяє
контролювати ритм пульсу.
– Манжета має конусоподібну форму і розмір 22-42 см. Універсальна манжета
підходить більшості користувачів. Камера манжети розрахована на максимальний
тиск, вона еластична і довговічна. На текстильній стороні манжети нанесено
рекомендації для правильної фіксації та розташування на руці.

Рисунок 1.9 – Тонометр ProMedica Expert
27
Висновок до розділу 1
В даному розділі розглянуто різні аспекти вимірювання артеріального тиску,
які застосовуються у сучасних приладах. Огляд осцилометричного методу дозволяє
отримати достовірні результати вимірювання тиску шляхом реєстрації коливань
стінок артерій під час кровотоку.
Артеріальний тиск є важливим показником здоров'я серцево-судинної системи.
Значення артеріального тиску складається з двох показників - систолічного тиску
(верхній показник) і діастолічного тиску (нижній показник). Вимірювання
артеріального тиску відбувається в спокої, дотримуючись певних правил, що
забезпечують точність результатів.
Успішне вимірювання артеріального тиску може бути ускладнене різними
факторами, такими як фізична активність, емоційний стан, прийом їжі або напоїв, а
також помилки оператора. Дотримання правильної техніки вимірювання тиску та
усунення впливу цих факторів є важливим для отримання точних результатів.
Розглянутий огляд способів вимірювання артеріального тиску та факторів, що
впливають на кров'яний тиск, допоможуть удосконалити техніку вимірювання і
зменшити поширені помилки. Дана інформація має важливе значення для наступних
розділів даної роботи.

28
РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПІДСИСТЕМИ ПРИСТРОЮ
2.1 Розробка функціональної схеми пристрою
Функціональна схема пристрою є важливою складовою розробки будь-якого
електронного пристрою. Вона описує функціональні блоки, їх зв'язки та взаємодію
між ними, що дозволяє зрозуміти, як пристрій працює на високому рівні. Основним
завданням розробки функціональної схеми є визначення функцій, які повинен
виконувати пристрій, і подальша їх розбивка на окремі блоки. Кожен блок може мати
свою конкретну функцію або виконувати частину загальної функції пристрою [9].
При розробці функціональної схеми можуть використовуватися різноманітні
елементи, такі як мікропроцесори, мікросхеми, реле, сенсори, датчики, аналогові та
цифрові блоки тощо. Кожен блок має свої вхідні та вихідні параметри, які
визначаються його функціональним призначенням. Після розбиття функцій на блоки,
вони зв'язуються між собою за допомогою сигналів, які передаються з одного блоку
до іншого. Сигнали можуть бути аналоговими або цифровими, залежно від типу
пристрою та вимог до точності передачі даних.
Окрім самої функціональної схеми, розробка включає в себе також визначення
живлення пристрою, використовуваних інтерфейсів (наприклад, USB, HDMI,
Ethernet), а також внутрішнього зберігання і обробки даних (пам'ять, процесори).
Розробку функціональної схеми зазвичай виконують інженери-розробники,
використовуючи спеціалізовані програми для проектування схем, такі як CAD-
системи (Computer-Aided Design). Ці програми дозволяють візуалізувати
функціональну схему, створювати зв'язки між блоками, встановлювати параметри
сигналів та проводити симуляцію роботи пристрою перед фізичною реалізацією.
Важливим етапом розробки функціональної схеми є перевірка її працездатності
та відповідності поставленим вимогам. Це може включати математичний аналіз,
моделювання та симуляцію роботи схеми в різних умовах. Отже, розробка
функціональної схеми пристрою є складним процесом, який вимагає детального
аналізу функціональних вимог, вибору відповідних компонентів та налагодження
29
взаємодії між ними. Цей етап є важливим перед фізичною реалізацією пристрою та
подальшим тестуванням його роботи.
Для розробки такої схеми використано програму Proteus.
Proteus – це інтегроване середовище для проектування електронних схем та
симуляції пристроїв. Воно широко використовується інженерами та студентами для
розробки та валідації електронних пристроїв перед їх фізичною реалізацією. Proteus є
потужним інструментом для розробки електронних пристроїв, який дозволяє
інженерам виконувати віртуальне проектування, симулювати роботу схем та
перевіряти їх функціональність до фізичної реалізації.
Основні компоненти Proteus:
1. ISIS (Interactive Simulation Integrated Software): це модуль для розробки схем.
Він надає графічний інтерфейс, за допомогою якого можна створювати схеми,
вибирати компоненти з бібліотеки, з'єднувати їх за допомогою проводів та
налаштовувати їх параметри. ISIS також підтримує симуляцію роботи схеми для
перевірки її функціональності.
2. ARES (Advanced Routing and Editing Software) – модуль для проектування
печатних плат (PCB). Він дозволяє перенести схему з модулю ISIS на печатну плату,
розмістити компоненти, провести трасування з'єднань та згенерувати відповідні
файли для виробництва печатної плати.
3. VSM (Virtual System Modelling) – модуль для симуляції поведінки
мікроконтролерів та електронних пристроїв в реальному часі. Він дозволяє
виконувати програмний код, написаний для мікроконтролерів, і спостерігати за його
роботою, емулюючи реальне середовище пристрою.
4. Library. Proteus має велику бібліотеку електронних компонентів, таких як
мікросхеми, датчики, периферійні пристрої та інші. Це дозволяє користувачам легко
вибирати необхідні компоненти та використовувати їх у своїх проектах.
Proteus також підтримує візуалізацію результатів симуляції, включаючи зміну
значень сигналів, графіки, спектри частот та інші корисні інструменти для аналізу
роботи електронних пристроїв. Дане ПЗ має версії для Windows і пропонується в
різних пакетах, включаючи Proteus PCB Design Suite, Proteus Professional та Proteus
30
Starter. Кожен пакет надає певний набір функцій та можливостей в залежності від
потреб користувача.
Вирішено застосувати мікроконтролер Arduino Uno. Повна схема представлена
на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Функціональна схема розроблювального виробу
2.2 Підбір компонентів пристрою
Підбір компонентів для тонометру – це важливий етап розробки, що включає
вибір інтегральних схем, сенсорів, датчиків тиску, мікроконтролерів та інших
компонентів, необхідних для правильної роботи приладу. Основні критерії підбору
компонентів для тонометру включають такі фактори:
– У тонометрі точність вимірювання тиску є важливим параметром. Тому
потрібно підібрати компоненти, які забезпечують необхідну точність, наприклад,
високоточний датчик тиску.
31
– Для медичних пристроїв особливо важлива надійність компонентів, оскільки
вони повинні працювати бездоганно та точно протягом тривалого часу. Варто
вибирати компоненти від надійних виробників з відповідними сертифікатами.
– В залежності від використовуваного джерела живлення (батареї або
електричної мережі) важливо враховувати вимоги до споживаної потужності
компонентів. Наприклад, вибір енергоефективних мікроконтролерів може допомогти
продовжити тривалість роботи тонометра від батарейного джерела.
– Тонометр може вимагати підключення до зовнішніх пристроїв або передачі
даних через інтерфейси, такі як USB або Bluetooth. Вибір компонентів повинен
враховувати підтримку необхідних інтерфейсів для взаємодії з іншими пристроями
або системами.
– Вартість компонентів також є важливим фактором. При розробці тонометра
слід знайти баланс між якістю та вартістю компонентів, щоб забезпечити оптимальне
співвідношення витрат та функціональності.
2.3 Датчик тиску
Датчики тиску є пристроями, призначеними для вимірювання тиску в різних
середовищах. Вони широко використовуються в різних галузях, включаючи
автомобільну промисловість, медицину, промисловість, електроніку та інші сфери, де
точне вимірювання тиску є важливим.
Існує кілька типів датчиків тиску, і кожен з них має свої особливості та
принципи роботи. Деякі з найпоширеніших типів датчиків тиску включають:
П'єзорезистивні датчики: використовують зміну опору в напівпровідникових
матеріалах, що залежить від тиску. Вони працюють на принципі п'єзорезисторного
ефекту, де зміна тиску викликає зміну опору в датчику. П'єзорезистивні датчики
зазвичай мають високу чутливість та досить широкий діапазон вимірювання.
Капацитивні датчики: використовують зміну ємності між двома електродами,
що залежить від тиску. При зміні тиску відбувається зміна відстані між електродами,
32
що впливає на ємність. Капацитивні датчики можуть мати високу точність та
стабільність вимірювання.
П'єзоелектричні датчики: використовують матеріали, які мають п'єзоелектричні
властивості, тобто здатні змінювати електричний заряд при зміні механічного
напруження. При зміні тиску п'єзоелектричний матеріал генерує електричний сигнал,
який можна виміряти та інтерпретувати як значення тиску.
Терморезисторні датчики: використовують зміну опору в залежності від тиску,
що впливає на температуру датчика. Терморезисторні датчики вимірюють зміну
опору та використовують алгоритми для перетворення значень опору в тиск.
При підборі датчиків тиску слід враховувати такі фактори, як діапазон
вимірювання, точність, розміри, вартість та оточуюче середовище, в якому
працюватиме датчик.
BMP280 (рис. 2.2) – датчик тиску та температури, розроблений компанією
Bosch. Він є одним з популярних датчиків для вимірювання атмосферного тиску та
температури в різних пристроях, таких як мобільні телефони, планшети, годинники,
побутові електронні прилади та інші. BMP280 працює на основі принципу
компенсованого датчика тиску. Він містить у собі мембрану, що реагує на зміни
тиску, і п'єзорезистивний сенсор, який перетворює зміни тиску на електричний
сигнал. Датчик також має вбудований термометр для вимірювання температури.

Рисунок 2.2 – Датчик тиску BMP280
33
Основні характеристики BMP280 включають:
– Діапазон вимірювання тиску: від 300 до 1100 гектопаскалів (гПа).
– Діапазон вимірювання температури: від -40 до +85 градусів Цельсія.
– Висока точність вимірювання тиску: ±1 гПа.
– Висока точність вимірювання температури: ±1 градус Цельсія.
– Низьке споживання енергії: приблизно 2.7 мкА в режимі активного
вимірювання.
DS18B20 – цифровий температурний датчик, який виробляє компанія Maxim
Integrated. Він є одним з найпопулярніших та найвикористовуваніших датчиків
температури в проектах з мікроконтролерами та системами IoT.

Рисунок 2.3 – Датчик температури DS18B20
Основні особливості DS18B20:
– Цифрове підключення: DS18B20 використовує 1-дрововий інтерфейс (One-
Wire) для зв'язку з мікроконтролером або іншими пристроями. Це означає, що він
використовує лише один пін для передачі даних та живлення, що спрощує його
підключення та використання.
– Висока точність: DS18B20 здатен вимірювати температуру з точністю до ±0.5
градусів Цельсія в діапазоні від -10 до +85 градусів Цельсія.
34
– Розширена роздільна здатність: Він підтримує роздільну здатність 9, 10, 11
або 12 біт, що дозволяє отримувати більш детальну інформацію про температуру в
залежності від потреби проекту.
– Можливість паразитного живлення: DS18B20 може бути живлений від піна
даних, що дозволяє скоротити кількість необхідних пінів для підключення.
– Унікальні ідентифікатори: Кожен DS18B20 має унікальний 64-бітний
серійний номер, що дозволяє підключити багато датчиків до одного 1-дровового
інтерфейсу без конфліктів.
MPXA6115A6U – є одним з популярних датчиків тиску, вироблених компанією
NXP Semiconductors. Цей датчик має інтегрований сенсор тиску та схему обробки
сигналу, що дозволяє йому вимірювати абсолютний тиск з високою точністю.
Основні характеристики датчика MPXA6115A6U:
– Діапазон вимірювання: датчик здатен вимірювати абсолютний тиск у
діапазоні від 15 до 115 кПа (кілопаскалів). Він підтримує точність вимірювання на
рівні ±1,5% при номінальній температурі 25°C.
– Вихідний сигнал датчика є аналоговим та пропорційним до вимірюваного
тиску. Для зручності обробки сигналу, датчик використовує внутрішній
компенсаційний механізм для компенсації впливу зміни температури на точність
вимірювання.
– Стандартний аналоговий вихідний сигнал, який можна підключити до
аналогового вхідного каналу мікроконтролера або іншого пристрою для подальшої
обробки даних.
– Датчик працює з живленням 5 Вольт. Вбудований внутрішній регулятор
напруги дозволяє забезпечити стабільну роботу датчика при коливаннях живлення.
– Розміри: компактний корпус, що дозволяє легко вбудовувати його в
різноманітні пристрої.
Було вирішено використати датчик MPXA6115A6U (рис. 2.4) [10].
35

Рисунок 2.4 – Датчик тиску MPXA6115A6U
Цей датчик може бути використаний в різних застосуваннях, де вимірювання
абсолютного тиску є необхідним. Наприклад, він може бути використаний в
медичних пристроях, включаючи тонометри, а також в системах контролю і
вимірювання, автоматизованих системах регулювання, кліматичних системах та
інших промислових застосуваннях, де точне вимірювання тиску є важливим.
2.4 Підсилювач сигналу
Підсилювач сигналу, також відомий як підсилювач, є пристроєм або
електронною схемою, яка збільшує амплітуду вхідного сигналу, щоб його можна було
зручно обробляти або передавати на наступний етап схеми. Підсилювачі сигналу
використовуються в широкому спектрі електронних пристроїв і систем, включаючи
аудіо-, радіо-, телекомунікаційні, медичні, наукові та інші пристрої та системи.
36
Основна функція підсилювача сигналу полягає в збільшенні амплітуди вхідного
сигналу без значного спотворення. Підсилювачі можуть працювати з аналоговими
або цифровими сигналами залежно від свого призначення.
Підсилювач має вхідний термінал, до якого підключається слабкий вхідний
сигнал, і вихідний термінал, з якого можна отримати збільшений вихідний сигнал.
Існують різні типи підсилювачів, такі як підсилювачі потужності, які здатні
посилити сигнал з великою потужністю для драйву високоомних навантажень, і
підсилювачі напруги, які забезпечують збільшення амплітуди сигналу, не змінюючи
його потужності. Коефіцієнт підсилення вказує, наскільки сильно підсилювач
збільшує вхідний сигнал. Коефіцієнт підсилення може бути фіксованим або змінним,
залежно від типу підсилювача.
Підсилювачі можуть мати обмежений діапазон частот, в якому вони працюють
ефективно. Вони можуть бути спеціалізовані на низькочастотних, високочастотних
або широкосмугових сигналах, залежно від застосування. Хороший підсилювач має
бути мінімально спотворюючим, що означає, що вихідний сигнал повинен бути
вірним зображенням вхідного сигналу без додаткових спотворень.
Підсилювачі сигналу можуть мати різні топології і конфігурації, такі як
однотактні, двотактні, операційні підсилювачі та багато інших. Вибір підсилювача
залежить від потреби в збільшенні сигналу з певними вимогами до якості і
ефективності. Важливо пам'ятати, що використання підсилювача сигналу також може
супроводжуватися питаннями, які потребують уваги, такими як керування шумами,
стійкість до змін температури, впливи на споживання енергії та електромагнітну
сумісність.
В цій роботи використано AD620 (рис. 2.5) [11].
37

Рисунок 2.5 – Підсилювач сигналу AD620
Підсилювач AD620 є популярним інструментом в області точного підсилення
сигналів. Він є одним з продуктів компанії Analog Devices, яка відома своїми
високоякісними аналоговими пристроями.
Основні характеристики підсилювача AD620:
– Інструмент з низьким рівнем шуму, що дозволяє підсилити слабкі сигнали
без значного додавання шуму. Це особливо важливо в додатках, де точність та
чутливість є ключовими факторами.
– AD620 забезпечує високу точність підсилення та відмінну стабільність
параметрів протягом часу і температури. Це робить його корисним для
вимірювальних пристроїв та інших додатків, де потрібна висока точність.
– Великий діапазон підсилення, який може бути легко налаштований за
допомогою зовнішніх резисторів. Це дає можливість налаштувати підсилення згідно
з вимогами конкретного додатку.
– AD620 працює з одно- або двунаправленими живленнями в діапазоні від ±2,3
до ±18 В. Він має стандартні вихідні термінали, які дозволяють легко інтегрувати його
в системи зв'язку та контролю.
38
– Вбудовані захисні функції, такі як захист від перевантаження, захист від
зворотного підключення живлення та захист від ЕСП, що забезпечує надійну та
безпечну роботу пристрою. Він також має вбудовані фільтри, які допомагають
зменшити вплив шумів і спотворень.
Завдяки своїм характеристикам, AD620 знайшов широке застосування у
вимірювальних системах, медичних приладах, промислових контролерах, сенсорних
інтерфейсах та інших областях, де потрібна точна і надійна підсилювальна функція.
AD620 є високоякісним підсилювачем сигналу, який відповідає вимогам багатьох
додатків, що потребують точного і низькозшиваючого підсилення. Використання
AD620 допоможе забезпечити надійну та якісну обробку сигналів у системі.
Розводка цього підсилювача показана на рис. 2.6.

Рисунок 2.6 – Розводка підсилювача сигналу AD620

39
2.5 Аналого-цифровий перетворювач
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) є пристроєм, який приймає
аналоговий сигнал і перетворює його у відповідний цифровий формат, який може
бути оброблений цифровою електронікою. АЦП грає важливу роль у багатьох сферах,
включаючи електроніку, комунікації, медицину, автоматику та інші галузі.
АЦП приймає аналоговий сигнал, який називається зразком. Це може бути
напруга, струм, тиск або будь-який інший фізичний сигнал, який залежить від
вимірюваної величини. АЦП розбиває аналоговий сигнал на скінчену кількість рівнів
або квантів. Цей процес відбувається шляхом вимірювання значення сигналу і
призначення йому ближайшого можливого значення з певного набору значень.
Вибірка: після квантування АЦП вибирає послідовні значення сигналу з
розбитих рівнів. Цей процес виконується з визначеною частотою, яка визначає
частоту вимірювання сигналу.
Кодування: значення, отримані в результаті квантування і вибірки, кодуються в
цифровий формат. Це може бути бінарний код, де кожен рівень представлений
послідовністю бітів, або інший кодувальний формат, такий як двійковий десятковий
код (BCD) або код Грея. Отримані цифрові значення можуть бути використані для
обробки, зберігання, передачі або подальшого використання в системі.
Важливі характеристики АЦП:
– Роздільна здатність (бітовість): кількість бітів, використовуваних для
представлення кожного зразка сигналу. Вища роздільна здатність дозволяє отримати
більш точне представлення аналогового сигналу у цифровому вигляді.
– Швидкодія (частота дискретизації): кількість зразків, які АЦП може
вимірювати за одну секунду. Вона вимірюється в кількості зразків за секунду (семплів
на секунду або спс) і визначає максимальну частоту сигналу, яку АЦП може
правильно відтворити.
– Діапазон вимірювання: максимальне і мінімальне значення сигналу, яке АЦП
може виміряти без спотворень або втрати точності. Воно визначає межі, в яких АЦП
може працювати ефективно.
40
АЦП може бути вбудованим у мікроконтролери, датчики або інші пристрої, а
також може бути окремим компонентом, який використовується для конвертації
аналогового сигналу в цифровий формат. Вибір АЦП залежить від конкретних вимог
додатку, таких як роздільна здатність, швидкодія, діапазон вимірювання та інші
фактори, що впливають на точність та ефективність системи.
В роботі вирішено застосувати АЦП ADS1115 (рис. 2.7) [12].

Рисунок 2.7 – АЦП ADS1115
ADS1115 – це 16-бітний аналого-цифровий перетворювач, вироблений
компанією Texas Instruments. Це популярний інтегральний пристрій, який
використовується для точного вимірювання аналогових сигналів в системах з
обмеженим розширенням.
Основні характеристики ADS1115:
– Роздільна здатність: 16 біт, що дозволяє вимірювати сигнали з високою
точністю і деталізацією. Висока роздільна здатність дозволяє отримати більш точні
результати вимірювань.
– Швидкодія: від 8 до 860 зразків на секунду (SPS). Швидкодія визначає
частоту оновлення вимірювань і може бути налаштована залежно від вимог додатку.
– Діапазон вимірювання: від ±256 мВ до ±6,144 В. Це дозволяє пристрою
вимірювати сигнали різного рівня і адаптуватися до потреб конкретної системи.
41
– Вбудований мультиплексор: 4-канальний мультиплексор, що дозволяє
підключати до чотирьох аналогових джерел одночасно. Це спрощує зчитування даних
з кількох джерел за один цикл вимірювання.
– Інтерфейс: I2C для комунікації з мікроконтролером або іншими пристроями.
Це забезпечує легку інтеграцію з багатьма мікроконтролерними платформами.
– Ряд вбудованих функцій, таких як програмований поріг переривань,
внутрішній опорний резистор, функції усереднення та інші, які полегшують роботу з
пристроєм і додаткові обробки сигналів.
ADS1115 є дуже корисним АЦП для багатьох додатків, які вимагають високої
точності та роздільної здатності при вимірюванні аналогових сигналів. Він знаходить
широке застосування в автоматиці, вимірювальних системах, сенсорних інтерфейсах,
медичних приладах та багатьох інших областях.
2.6 Компресор та клапан
Компресори і клапани є важливими компонентами в системах, які
використовують стиснені гази або рідини. Компресори і клапани часто
використовуються разом у складних системах, де компресор забезпечує стиснення
речовини, а клапани контролюють потік і напрямок цієї речовини. Це дозволяє
регулювати тиск, потік та інші параметри в системі залежно від вимог та потреб
додатку.
Компресори – це пристрої, призначені для створення високого тиску шляхом
стиснення газу або рідини. Вони забезпечують потік робочої речовини з низьким
тиском до виходу з високим тиском. Компресори використовуються в різних галузях,
включаючи повітряне й газове забезпечення, виробництво холоду, холодильні
системи, пневматичні системи, вакуумні системи та багато інших. Існують різні типи
компресорів, такі як роторні, поршневі, відцентрові, вихрові тощо, кожен з яких має
свої особливості та застосування.
Клапани – це пристрої, призначені для контролю потоку речовини в системах.
Вони дозволяють регулювати або забезпечувати односторонній потік речовини і
42
контролюють відкриття та закриття каналів або отворів. Клапани використовуються
для різних цілей, включаючи регулювання тиску, вентиляцію, направлення потоку,
запобігання зворотного потоку, виключення газів чи рідини із системи тощо. Існує
багато типів клапанів, таких як шарові, затворні, кришталеві, дискові, мембранні,
голкові та багато інших, кожен з яких має свої особливості та використання в
залежності від потреб системи.
В системі було використано компресор KPM14A [13] з метою його
компактності, низького рівня шуму та низького рівня напруги живлення. Основні
технічні характеристики цього компресора наведено на рис. 2.8, а сам компресор
зображений на рисунку 2.9.

Рисунок 2.8 – Характеристики компресора KPM14A

Рисунок 2.9 – Компресор KPM14A
43
Крім компресора застосовано клапан JQF1 (рис. 2.10), що є компактним
компонентом, який використовується для керування потоком рідини або газу в
системах. Він має деякі характеристики, що роблять його привабливим для
використання в різних додатках. Важливі особливості та характеристики клапану
JQF1 [14]:
– Компактні розміри: невеликі габарити, що робить його зручним для
встановлення в обмежених просторових умовах.
– Низька напруга живлення, що дозволяє ефективно використовувати його в
різних електронних пристроях та системах.
– Точне керування сигналом забезпечує точне регулювання потоку рідини або
газу залежно від вхідного сигналу. Це дозволяє точну контрольовану роботу системи.
– Клапан має добру ізоляцію, що дозволяє ефективно утримувати тиск в
системі та запобігати його витоку.

Рисунок 2.10 – Клапан JQF1

44
2.7 Bluetooth-модуль
Bluetooth-модулі для Arduino є популярними компонентами, які дозволяють
бездротове з'єднання між Arduino та іншими пристроями, такими як смартфони,
ноутбуки, планшети та інші мікроконтролери. Ці модулі забезпечують можливість
обміну даними через Bluetooth, що дозволяє створювати різноманітні бездротові
проекти.
Найпоширенішим Bluetooth-модулем для Arduino є модуль HC-05 та HC-06, які
базуються на чіпі BC417 Bluetooth. Обидва модулі працюють на протоколі Bluetooth
2.0 і підтримують серійний порт (Serial Port Profile), що дозволяє зручно взаємодіяти
з Arduino через послідовний порт.
Для використання Bluetooth-модулів з Arduino потрібно підключити їх до
відповідних пінів. Зазвичай модулі мають чотири основних піни: VCC (живлення),
GND (земля), TX (вихідний сигнал передачі даних) та RX (вхідний сигнал прийому
даних). Залежно від моделі модуля, можуть бути додаткові піни для керування та
налаштування. Після підключення Bluetooth-модуля до Arduino можна
використовувати серійний порт для взаємодії з ним. Можна передавати дані з Arduino
на Bluetooth-пристрій або приймати дані з Bluetooth-пристрою на Arduino.
Наприклад, можна створити проект, в якому Arduino отримує дані з сенсорів, а
потім передає їх на смартфон або комп'ютер через Bluetooth. Також можна керувати
Arduino зі смартфона, надсилаючи команди через Bluetooth.
Для програмування Bluetooth-модулів на Arduino використовуються звичайні
команди послідовного порту. Можна використовувати бібліотеки, такі як
«SoftwareSerial» для створення додаткових послідовних портів для взаємодії з
Bluetooth-модулем.
Було вирішено використати модуль HC-06 (рис. 2.11).
HC-06 є одним з популярних Bluetooth-модулів для Arduino. Він базується на
чіпі BC417 Bluetooth і працює на протоколі Bluetooth 2.0. HC-06 є Bluetooth-модулем
«слейв», що означає, що він може бути підключений до іншого Bluetooth-пристрою,
який виступає в якості «мастера» [15].
45

Рисунок 2.11 – Bluetooth-модуль HC-06
Основні характеристики модуля HC-06:
– Інтерфейс: послідовний (UART) інтерфейс, що дозволяє зручно взаємодіяти
з Arduino через послідовний порт.
– Піни: чотири основних піни: VCC (живлення), GND (земля), TX (вихідний
сигнал передачі даних) та RX (вхідний сигнал прийому даних). Він також має
додаткові піни для керування та налаштування модуля.
– Швидкість передачі даних: до 115200 біт/с, що забезпечує швидку та
ефективну комунікацію з Arduino.
– Робоча напруга: 3,3 В, що робить його сумісним з більшістю
мікроконтролерів, включаючи Arduino.
– Два основних режими роботи: режим з'єднання та режим конфігурації. У
режимі з'єднання модуль встановлює з'єднання з Bluetooth-пристроєм, який виступає
в якості "мастера". У режимі конфігурації можна налаштувати параметри модуля, такі
як ім'я, пароль, швидкість передачі даних тощо.
– Простота використання: можна легко підключити до Arduino,
використовуючи послідовний порт, і він забезпечує зручний доступ до передачі та
отримання даних.
46
HC-06 може бути використаний для безлічі проектів, таких як керування
Arduino за допомогою смартфона, передача даних з сенсорів на комп'ютер через
Bluetooth, збір даних з інших Bluetooth-пристроїв тощо. Завдяки своїм простим у
використанні та надійним характеристикам HC-06 є популярним вибором для
бездротового з'єднання з Arduino.
2.8 Рідкокристалічний екран
Рідкокристалічний дисплей (LCD) є популярним типом дисплея для Arduino та
інших мікроконтролерних проектів. LCD дозволяє виводити текст, числа та графічні
зображення, надаючи можливість створювати інтерфейси користувача для ваших
проектів.
Більшість рідкокристалічних екранів для Arduino використовують матрицю
типу «характер-сегмент» (character-segment). Вони складаються з рядка символів
(characters), які відображають текст або числа, та сегментів, які відображають
графічні символи або індикатори. Існують також графічні LCD, які дозволяють
відображати більш складні графічні зображення.
Розмір рідкокристалічних екранів може варіюватись, починаючи від декількох
рядків по кілька символів до більших дисплеїв з більшою кількістю символів або
графічних зон. Роздільна здатність визначає кількість символів або графічних
пікселів, які можуть бути відображені на екрані.
Рідкокристалічні екрани зазвичай використовують контролери, такі як
HD44780, для управління дисплеєм. Ці контролери вбудовані в сам дисплей і
дозволяють легко взаємодіяти з Arduino за допомогою протоколу паралельного або
послідовного зв'язку.
Більшість рідкокристалічних екранів мають паралельний інтерфейс, який
вимагає багато пінів для підключення до Arduino. Однак, існують також модулі LCD,
які мають вбудований інтерфейс I2C або SPI, що дозволяє підключити їх до Arduino
за допомогою меншої кількості пінів.
47
Деякі рідкокристалічні екрани мають можливість регулювати контрастність,
щоб забезпечити чітке відображення тексту та графіки. Багато екранів також мають
вбудоване підсвічування, яке дозволяє використовувати їх в темряві.
Для роботи з рідкокристалічним дисплеєм на Arduino використовуються
спеціальні бібліотеки, які спрощують взаємодію з дисплеєм та надають функції для
виведення тексту, чисел та графіки на екран. Рідкокристалічні екрани є потужними
інструментами для створення інтерфейсів користувача та візуалізації даних в ваших
Arduino проектах. Вони забезпечують зручну та легку можливість виводу інформації
та забезпечують більшу гнучкість у порівнянні з простими LED індикаторами.
Для створення власного тонометру обрано дисплей LM016L, що є одним з
популярних рідкокристалічних екранів (LCD) типу «характер-сегмент» для Arduino
та інших мікроконтролерних проектів. Він відноситься до категорії 16-символьних,
2-рядкових дисплеїв (рис. 2.12) [16].

Рисунок 2.12 – Рідкокристалічний екран LM016L
Основні характеристики LM016L:
– Розмір та роздільна здатність: два рядки, кожен з яких може відображати до
16 символів. Кожен символ складається з 5x8 пікселів, що дозволяє відображати текст
та числа.
48
– Контролер: HD44780 або сумісний контролер, який вбудований в дисплей.
Цей контролер спрощує взаємодію з дисплеєм, оскільки має різноманітні команди для
керування текстом, позиціонуванням, курсором та іншими функціями.
– Інтерфейс: паралельний інтерфейс, що вимагає від Arduino підключити
багато пінів для забезпечення комунікації. Зазвичай використовуються 8 пінів для
передачі даних та керування дисплеєм.
– Контрастність та підсвічування: можливість регулювання контрастності за
допомогою потенціометра. Щодо підсвічування, цей дисплей не має вбудованого
підсвічування, тому потрібно додатково підключити зовнішнє світлодіодне
підсвічування.
– Використання бібліотеки: можна використовувати бібліотеку LiquidCrystal,
яка надає зручний інтерфейс для роботи з LCD дисплеями з контролером HD44780.
LM016L є простим у використанні і надійним дисплеєм для відображення
тексту та чисел у ваших Arduino проектах. Він може бути використаний для створення
простих інтерфейсів користувача, відображення даних з сенсорів або виведення
повідомлень.
Висновки до розділу 2
В даному розділі була спроектована система тонометру на базі Arduino Uno з
використанням різних компонентів. Було встановлено, що датчик тиску
MPXA6115A6U, підсилювач сигналу AD620 та АЦП ADS1115 забезпечують гарне
вимірювання тиску. Компресор KPM14A та клапан JQF1 використовуються для
регулювання тиску повітря, що передається до манжети. Bluetooth-модуль HC-06
забезпечує бездротову передачу даних між тонометром та зовнішнім пристроєм,
наприклад, смартфоном або комп'ютером. Рідкокристалічний екран LM016L
використовується для візуалізації виміряних даних та інтерфейсу користувача.

49
РОЗДІЛ 3 СТВОРЕННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРИЛАДУ
3.1 Створення алгоритму роботи приладу
Створення алгоритму для тонометра на платформі Arduino вимагає кількох
кроків. Ось загальна методика для створення алгоритму роботи такого приладу.
Перш за все, необхідно визначити, які функції повинен виконувати тонометр.
Наприклад, замір кров'яного тиску, відображення результатів на дисплеї, звукове
сповіщення про вимір, тощо. Виберіть основні функції, які потрібно реалізувати у
вашому проекті.
На початку програми потрібно ініціалізувати всі компоненти, налаштувати їх
піни та параметри роботи. Це може включати встановлення швидкості передачі даних
для зв'язку, налаштування роздільної здатності дисплея та інші налаштування,
необхідні для правильної роботи пристрою.
Зчитування даних: потрібно реалізувати код для зчитування даних з датчиків
тиску. Залежно від використовуваного датчика, може бути потрібно налаштувати і
калібрувати його. Зчитані дані можна зберігати в змінних або об'єктах для подальшої
обробки.
Обробка даних: дані, отримані з датчиків, можуть потребувати певної обробки
для отримання значень кров'яного тиску. Потрібно використати математичні
формули або алгоритми для перетворення сирого вимірювання в реальні значення.
Відображення результатів: дуде використовуватись LCD-дисплей для
виведення результатів вимірювання на екран. Потрібно налаштувати відображення
тексту, значків або графіки відповідно до потреб проекту.
Контроль та обробка результатів: програмно перевірити отримані результати на
відповідність заданим умовам. Наприклад, виявлення підвищеного або зниженого
кров'яного тиску та відповідне сповіщення користувача.
Керування взаємодією: реалізувати код для обробки взаємодії з користувачем.
Це можуть бути кнопки для запуску виміру, налаштування параметрів або інші опції
взаємодії.
50
Відладка та тестування: після написання алгоритму важливо відлагодити його
та перевірити, чи він працює правильно. Потрібно протестувати створений тонометр
на реальних даних і перевірте, чи отримуються очікувані результати.
Створення діаграм алгоритмів є важливим етапом проектування програмного
коду. Діаграми алгоритмів надають графічне візуальне представлення послідовності
кроків, які виконуються в процесі вирішення конкретної задачі. Це допомагає
програмістам краще розуміти логіку програми і виявляти можливі помилки або
неточності в алгоритмі [17].
Основними компонентами діаграм алгоритмів є блоки, зв'язки та вхідні/вихідні
дані. Основні типи блоків, які використовуються, включають:
1. Початковий/кінцевий блок: вказує початок і кінець алгоритму.
2. Процес: представляє конкретні операції або дії, які потрібно виконати.
3. Рішення: перевіряє певні умови і визначає, який шлях слід вибрати, залежно
від результату перевірки.
4. Введення/виведення: представляє вхідні або вихідні дані.
Зв'язки між блоками показують послідовність виконання кроків алгоритму.
Типові зв'язки включають стрілки, які вказують наступний блок виконання, та умовні
зв'язки, які показують, який шлях слід обрати в залежності від результату умови.
При створенні діаграм алгоритмів слід враховувати такі принципи:
1. Простота та зрозумілість: діаграми мають бути легкими для розуміння, навіть
для осіб, які не знайомі з програмою.
2. Чіткість та узгодженість: діаграми повинні бути чіткими, без суперечностей
або невідповідностей.
3. Структурованість: алгоритм слід поділяти на логічні блоки, щоб полегшити
розуміння та супроводження коду.
Створення діаграм алгоритмів може відбуватися за допомогою різних
інструментів, таких як блок-схеми, UML-діаграми або спеціальні програми для
створення алгоритмічних діаграм, наприклад, Flowgorithm, Lucidchart тощо.
Використання таких інструментів полегшує процес створення діаграм і дозволяє
зберегти їх у зручному для подальшого використання форматі.
51
Важливо зауважити, що діаграми алгоритмів не замінюють самого
програмування, а слугують виключно для уточнення та візуалізації логіки програми
перед переходом до розробки фактичного коду.
Механізм роботи приладу полягає в такому: повітря надходить до манжети і
продовжує надходити, поки тиск в манжеті не досягне 180 мм.рт.ст. При досягненні
цієї позначки, компресор припиняє накачування повітря в манжету. Потім повітря
періодично випускається через клапан, відкриваючись на 50 мс кожні 4 секунди.
Систолічним тиском вважається тиск, при якому кров в манжеті виявляє чіткі
осциляції. Після певного часу, коли осциляції повністю зникають, отримується
діастолічний тиск. Таким чином, отримуємо два показники – систолічний та
діастолічний тиск, які потім передаються кінцевому користувачу.
Отримані дані поступають до мікроконтролера, де вони записуються в базу
даних всіх вимірювань. Отримане значення порівнюється з іншими значеннями
тиску. Потім будується графік отриманого значення та максимального, середнього та
мінімального значень протягом цього періоду.
Алгоритм тонометра показано на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Алгоритм комплексу тонометра
52
3.2 Вибір бібліотек
Для створення програмного забезпечення контролера, вирішено застосувати
декілька бібліотек.
Бібліотека Wire.h є однією з важливих бібліотек для Arduino, яка
використовується для забезпечення зв'язку з пристроями через шину I2C (Inter-
Integrated Circuit). I2C є протоколом зв'язку, який дозволяє обмінюватися даними між
мікроконтролером Arduino та іншими пристроями, такими як датчики, екранні
модулі, EEPROM і багато інших.
Вона надає функції для ініціалізації та керування шиною I2C, передачі та
отримання даних через цю шину. Деякі з найбільш використовуваних функцій
бібліотеки Wire.h включають:
– Wire.begin(): Ця функція ініціалізує бібліотеку Wire.h та запускає шину I2C.
– Wire.beginTransmission(address): Ця функція встановлює початкову адресу
пристрою, з яким мікроконтролер Arduino хоче спілкуватися.
– Wire.write(data): Ця функція відправляє дані по шині I2C.
– Wire.endTransmission(): Ця функція завершує передачу даних через шину I2C.
– Wire.requestFrom(address, quantity): Ця функція запитує вказану кількість
байтів даних від пристрою з вказаною адресою.
– Wire.available(): Ця функція повертає кількість байтів, доступних для
отримання через шину I2C.
– Wire.read(): Ця функція отримує один байт даних з шини I2C.
Це лише кілька основних функцій, доступних у бібліотеці Wire.h. Вона також
містить інші функції, які дозволяють керувати настройками шини I2C, такі як зміна
швидкості передачі даних, встановлення режиму читання/запису та робота з
багатоканальними пристроями. Використання бібліотеки Wire.h дуже корисно при
роботі з датчиками та іншими пристроями, що підтримують шину I2C, оскільки вона
спрощує процес зв'язку та обміну даними з ними.
Бібліотека Adafruit_ADS1015.h є однією з багатьох бібліотек, доступних для
роботи з модулем ADS1015 на платформі Arduino. Модуль ADS1015 є 12-бітним
53
аналого-цифровим перетворювачем (ADC), який дозволяє Arduino зчитувати
аналогові сигнали з датчиків або інших джерел і перетворювати їх на цифрові
значення. Ця бібліотека надає простий і зручний спосіб керування модулем ADS1015
з Arduino. Вона містить набір функцій для ініціалізації модуля, встановлення
налаштувань перетворення, зчитування значень ADC та інших корисних операцій.
Основні функції, доступні у бібліотеці Adafruit_ADS1015.h, включають:
– Adafruit_ADS1015: Це конструктор, який ініціалізує об'єкт класу
Adafruit_ADS1015 та встановлює початкові налаштування.
– begin(): Ця функція ініціалізує модуль ADS1015 та налаштовує його
параметри, такі як розширення діапазону вимірювання, швидкість дискретизації
тощо.
– readADC_SingleEnded(channel): Ця функція зчитує значення аналогового
сигналу з вказаного вхідного каналу. Можливі значення каналу - від 0 до 3.
– readADC_Differential(channelDiff): Ця функція зчитує значення аналогового
сигналу з вказаної пари диференційних каналів. Можливі значення channelDiff - від 0
до 3, де 0 - канали 0 і 1, 1 - канали 0 і 3, 2 - канали 1 і 3, 3 - канали 2 і 3.
– setGain(gain): Ця функція встановлює підсилення (гайн) для модуля
ADS1015. Гайн впливає на діапазон вимірювання аналогових значень.
Це лише кілька основних функцій, доступних у бібліотеці Adafruit_ADS1015.h.
Вона також надає інші функції, які дозволяють керувати режимом роботи модуля,
налаштувати апаратну прерву та багато іншого. Використання бібліотеки
Adafruit_ADS1015.h дозволяє легко і зручно працювати з модулем ADS1015 на
Arduino, спрощуючи зчитування аналогових значень з датчиків та інших джерел.
Бібліотека LiquidCrystal.h є однією з найпопулярніших бібліотек для роботи з
рідкокристалічними дисплеями (LCD) на платформі Arduino. Вона надає функції для
керування символьними LCD-дисплеями з різними розмірами та конфігураціями.
Основна функціональність бібліотеки LiquidCrystal.h включає:
– LiquidCrystal(rs, enable, d4, d5, d6, d7): Це конструктор, який ініціалізує об'єкт
класу LiquidCrystal та встановлює піни для зв'язку з LCD-дисплеєм. Параметри rs,
54
enable та d4 до d7 вказують піни мікроконтролера Arduino, підключені до відповідних
пінів на LCD-дисплеї.
– begin(cols, rows): Ця функція ініціалізує LCD-дисплей з вказаною кількістю
колонок (cols) та рядків (rows).
– clear(): Ця функція очищає екран LCD-дисплея і повертає курсор у верхній
лівий кут.
– print(str): Ця функція виводить рядок (str) на LCD-дисплей.
– setCursor(col, row): Ця функція встановлює позицію курсора на LCD-дисплеї.
col вказує колонку (від 0 до cols-1), а row - рядок (від 0 до rows-1).
– createChar(location, charmap): Ця функція дозволяє створювати власні
спеціальні символи, які можна виводити на LCD-дисплей. location - номер
розташування символу (від 0 до 7), а charmap - масив байтів, що представляють
графічне зображення символу.
– write(byte): Ця функція виводить один символ, представлений виглядом
байту.
Бібліотека також надає інші функції для керування яскравістю,
включення/виключення курсора, встановлення спеціальних налаштувань та іншого.
Використання бібліотеки LiquidCrystal.h дозволяє легко і зручно виводити текст та
керувати LCD-дисплеями на платформі Arduino.
3.3 Програмування мікроконтролеру Arduino Uno
Для програмування мікроконтролера Arduino Uno зазвичай виконують в
Arduino IDE (Integrated Development Environment) [18], хоча також можна
використовувати інші середовища програмування, такі як PlatformIO або Arduino CLI.
Основні кроки для програмування мікроконтролера Arduino Uno наступні:
1. Встановити Arduino IDE: Завантажити та встановити Arduino IDE з
офіційного веб-сайту Arduino (https://www.arduino.cc/en/software, рис. 3.2). Arduino
IDE (рис. 3.3) є безкоштовним та підтримує Windows, Mac та Linux.
55

Рисунок 3.2 – Головна сторінка сайту Arduino IDE
2. Підключити Arduino Uno до комп'ютера: Використати USB-кабель, щоб
підключити Arduino Uno до комп'ютера.
3. Відкрити Arduino IDE: Запустити Arduino IDE після встановлення.
Побачити різні вкладки та меню в головному вікні Arduino IDE.
4. Вибрати правильну платформу та порт: У меню "Tools" (Інструменти)
вибрати "Board" (Плата) та обрати "Arduino Uno" для Arduino Uno. Далі, вибрати
відповідний порт у меню "Port" (Порт), який відповідає Arduino Uno.
5. Написати програму: У вікні Arduino IDE написати свою програму на мові
Arduino, яка базується на мові C/C++. Програми Arduino складаються з функцій
setup() (ініціалізація) та loop() (основний цикл). У функції setup() встановлювати
початкові налаштування, а функція loop() виконуватися постійно після завершення
функції setup().
6. Завантажити програму на Arduino Uno: Натиснути кнопку "Upload"
(Завантажити) або виконати "Sketch" -> "Upload" у меню Arduino IDE, щоб
завантажити свою програму на мікроконтролер Arduino Uno.
56

Рисунок 3.3 – Вигляд Arduino IDE
У мікроконтролері Arduino код виконується за принципом циклу безкінечного
виконання. Основна концепція виконання коду в Arduino базується на двох основних
функціях: setup() і loop(), що показано на рис. 3.4.
Функція setup(): Ця функція викликається один раз при запуску
мікроконтролера Arduino. Вона використовується для налаштування початкових
параметрів, ініціалізації пінів, налаштування з'єднань та інших необхідних
налаштувань перед початком виконання основного коду. Наприклад, в цій функції
можна налаштувати піни як вхідні або вихідні, налаштувати зв'язок з периферійними
пристроями, встановити швидкість передачі даних тощо.
Функція loop(): Ця функція викликається постійно після завершення функції
setup(). Вона представляє основний цикл програми, де розміщується свій код для
виконання потрібних дій. Код, розміщений у функції loop(), буде виконуватися у
безкінечному циклі, постійно повторюючись. Це дозволяє мікроконтролеру Arduino
виконувати різні завдання безперервно, наприклад, зчитування даних з сенсорів,
керування актуаторами або взаємодія з іншими пристроями.
Процес виконання коду в Arduino полягає в послідовному виконанні інструкцій
у функції setup() один раз під час запуску, а потім безкінечному виконанні інструкцій
57
у функції loop() у безкінечному циклі. Цей цикл буде тривати, поки живе живлення
мікроконтролера.
Окрім функцій setup() і loop(), можна використовувати й інші функції та
бібліотеки для виконання специфічних завдань або функцій. Проте основна ідея
полягає в тому, що основний код, який виконується на мікроконтролері Arduino, буде
розміщений у функції loop(), де можна контролювати потік програми та взаємодіяти
з різними пристроями і компонентами.

Рисунок 3.4 – Вигляд головних циклів програми для Arduino
Висновок до розділу 3
У розділі також було розгорнуто процес створення алгоритму роботи пристрою,
вибір необхідних бібліотек, таких як wire.h, Adafruit_ADS1015.h та LiquidCrystal.h, а
також програмування мікроконтролера Arduino Uno для забезпечення правильної
роботи тонометру.
В результаті виконаної роботи було успішно розроблено алгоритм тонометра,
який здатен вимірювати кров'яний тиск та передавати дані через Bluetooth.
Використання Arduino Uno та зазначених компонентів дозволяє отримати точні та
надійні вимірювання кров'яного тиску. Розроблений код є в додатку А.
58
ВИСНОВКИ
Отже, результати проведених досліджень та розробка системи тонометру на
базі Arduino Uno підтверджують ефективність та можливості цього підходу до
вимірювання артеріального тиску. Огляд способів вимірювання тиску та факторів, що
впливають на його точність, допомагають вдосконалити техніку вимірювання та
уникнути поширених помилок. Проектування та програмування системи тонометру з
використанням відповідних компонентів та алгоритмів забезпечують надійні та точні
результати вимірювання кров'яного тиску.
Можна зробити наступні основні висновки:
1. Вимірювання артеріального тиску є важливим для оцінки здоров'я серцево-
судинної системи, і точні результати вимірювання є ключовими для правильної
діагностики та моніторингу.
2. Arduino Uno разом з певними компонентами, такими як датчик тиску,
підсилювач сигналу, АЦП та інші, забезпечують зручну та ефективну платформу для
створення власного тонометру.
3. Розроблений алгоритм тонометра та використані бібліотеки дозволяють
отримувати точні та достовірні вимірювання кров'яного тиску, а бездротовий модуль
Bluetooth дозволяє передавати дані на зовнішні пристрої для моніторингу.
На основі цих висновків можна стверджувати, що розробка та використання
власного тонометру на базі Arduino Uno є перспективним напрямком для створення
пристрою з точними вимірюваннями артеріального тиску та можливістю
дистанційного моніторингу.

59
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Методи вимірювання артеріального тиску лікарями та пацієнтами. URL:
http://www.mif-ua.com/archive/article/45927 (дата звернення: 31.05.23).
2. Артеріальний тиск. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/Артеріальний_тиск (дата
звернення: 31.05.23).
3. Вимірювання артеріального тиску: алгоритм. URL:
https://medplatforma.com.ua/article/824-vimryuvannya-arteralnogo-tisku-pokrokoviy-
algoritm (дата звернення: 31.05.23).
4. КРОВ’ЯНИЙ ТИСК. URL:
https://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/3738/krov-yanij-tisk (дата звернення:
31.05.23).
5. Тонометр AND UA-777 автоматичний з мережевим адаптером. URL:
https://tabletki.ua/uk/AND-UA-777/1015222/ (дата звернення: 31.05.23).
6. Тонометр Omron M6 COMFORT (HEM-7360-Е) автоматичний. URL:
https://tabletki.ua/uk/Omron-M6-Comfort/1037790/ (дата звернення: 31.05.23).
7. Тонометр Gamma Plus автоматичний з мережним адаптером. URL:
https://tabletki.ua/uk/Gamma-plus/1015619/ (дата звернення: 31.05.23).
8. Тонометр ProMedica Expert автоматичний. URL: https://tabletki.ua/uk/ProMedica-
Expert/1034850/ (дата звернення: 31.05.23).
9. Розробка структурної схеми пристрою. URL:
https://studfile.net/preview/9547129/page:2/ (дата звернення: 31.05.23).
10. Датчик тиску MPXA6115A6U. URL: https://eu.mouser.com/ProductDetail/NXP-
Semiconductors/MPXA6115A6U?qs=N2XN0KY4UWUSO%2FP92Xs4hA%3D%3D
(дата звернення: 31.05.23).
11. АЦП AD620. URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-
sheets/ad620.pdf (дата звернення: 31.05.23).
12. ADS1115 16-Bit ADC - 4 Channel with Programmable Gain Amplifier - STEMMA
QT / Qwiic. URL: https://www.adafruit.com/product/1085 (дата звернення:
31.05.23).
60
13. Помпа KPM14A. URL: https://koge-europe.com/en/produkte/kpm14a/ (дата
звернення: 31.05.23).
14. Клапан JQF1 - електромагнітний для китичних і зап'ястних електронних
тонометрів, 3V. URL: https://mpr-med.com/ua/p926018681-klapan-jqf1-
elektromagnitnyj.html (дата звернення: 31.05.23).
15. Bluetooth модуль HC-06. URL: https://arduino.ua/prod241-bluetooth-modyl-hc-06
(дата звернення: 31.05.23).
16. Дисплей LM016L. URL: https://datasheetspdf.com/datasheet/LM016L.html (дата
звернення: 31.05.23).
17. ПОНЯТТЯ АЛГОРИТМУ. ВЛАСТИВОСТІ АЛГОРИТМІВ. ФОРМИ ПОДАННЯ
АЛГОРИТМУ. ВИКОНАВЕЦЬ АЛГОРИТМУ. URL: https://romanov.in.ua/11-3/
(дата звернення: 31.05.23).
18. Arduino Software. URL: https://www.arduino.cc/en/software (дата звернення:
31.05.23).

61
ДОДАТОК А

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>
#include <LiquidCrystal.h>

#define START_BUTTON_PIN 8
#define COMPRESSOR_PIN 9
#define MAIN_VALVE_PIN 10
#define EMERGENCY_VALVE_PIN 11

#define PRESSURE_SENSOR_PIN A0
#define ADS1115_ADDRESS 0x48
#define ADS1115_GAIN GAIN_ONE

#define SCREEN_COLUMNS 16
#define SCREEN_ROWS 2

LiquidCrystal lcd(0x27, SCREEN_COLUMNS, SCREEN_ROWS);

Adafruit_ADS1115 ads(ADS1115_ADDRESS);

bool isMeasuring = false;
int systolicPressure = 0;
int diastolicPressure = 0;

void setup() {
pinMode(START_BUTTON_PIN, INPUT);
pinMode(COMPRESSOR_PIN, OUTPUT);
pinMode(MAIN_VALVE_PIN, OUTPUT);
pinMode(EMERGENCY_VALVE_PIN, OUTPUT);

lcd.begin(SCREEN_COLUMNS, SCREEN_ROWS);
lcd.print(" Automatic");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" Sphygmomanometer");
62

ads.begin();
}

void loop() {
if (digitalRead(START_BUTTON_PIN) == HIGH && !isMeasuring) {
isMeasuring = true;
startMeasurement();
}
}

void startMeasurement() {
lcd.clear();
lcd.print("Inflating cuff...");

digitalWrite(COMPRESSOR_PIN, HIGH);

while (true) {
int pressure = readPressure();
if (pressure >= 150 && pressure <= 180) {
digitalWrite(COMPRESSOR_PIN, LOW);
digitalWrite(MAIN_VALVE_PIN, HIGH);
break;
}
}

lcd.clear();
lcd.print("Measuring...");

bool diastolicReached = false;
bool systolicReached = false;
bool emergencyValveOpened = false;

while (true) {
int pressure = readPressure();
63

if (pressure <= 50) {
digitalWrite(EMERGENCY_VALVE_PIN, HIGH);
emergencyValveOpened = true;
}

if (!diastolicReached && pressure <= 50) {
diastolicReached = true;
diastolicPressure = pressure;
}

if (!systolicReached && diastolicReached && pressure >= 50) {
systolicReached = true;
systolicPressure = pressure;
}

if (systolicReached && diastolicReached && emergencyValveOpened) {
break;
}
}

lcd.clear();
lcd.print("Systolic: ");
lcd.print(systolicPressure);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Diastolic: ");
lcd.print(diastolicPressure);

isMeasuring = false;
}

int readPressure() {
int rawValue = ads.readADC_SingleEnded(PRESSURE_SENSOR_PIN);
float voltage = (rawValue * 4.096) / 32767.0; // Convert raw value to
voltage (assuming 4.096V reference voltage)
64

// Convert voltage to pressure using the calibration values for
MPXA6115A6U sensor
float pressure = (voltage - 0.04) / 0.009;

return static_cast<int>(pressure);

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets