АП 75

АННОТАЦИЯ

Выпускная квалификационная работа содержит: 62 страниц, 12 таблиц,

• формул, 25 иллюстраций, 17 источников литературы.

Цель выпускной квалификационной работы является создание устройства для самоконтроля состояния организма, по регулярным записям трех отведений ЭКГ.

Результаты: разработан оригинальный прототип, корпус, печатная плата, чертежи, рассчитаны надежность, геометрических параметров печатного монтажа, частоты собственных колебаний, стоимость устройства, оценка качества. Устройство – специализированный малогабаритный кардиограф с сенсорным дисплеем, записывающий отведения ЭКГ, может применяться для диспансеризации населения со ІІ группой здоровья, в домашних условиях.

ABSTRACT

The final qualifying work contains: 62 pages, 12 tables, 26 formulas, 25 illustrations, 17 literature sources.

The purpose of the final qualification work is to create a device for self-monitoring of the state of the body, according to regular records of three ECG leads.

Results: an original prototype, a case, a printed circuit board, and drawings were developed, reliability, geometric parameters of printed wiring, frequencies of natural oscillations, cost of the device, and quality assessment were calculated. The device is a specialized small-sized cardiograph with a touch display that records ECG leads, can be used for medical examination of a population with the II health group, at home.

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ........................................................................................................................... 7

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................... 8

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ..................................................................................................................................... 10

1.1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ РАЗВИТИЯ..................................................................................................................................... 10

1.2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ........................................................................................................................................ 11

1.3. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ...................................................................................................................... 12

• РАЗРАБОТКА НАСТОЛЬНОГО ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА ДЛЯ

ПЕРСОНАЛЬНОГО САМОКОНТРОЛЯ................................................................................................................ 14

2.1. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ И СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 14

2.2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ.......................................................................................................................... 16

3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ УСТРОЙСТВА.......................................................................................................................... 26

3.1. РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА УСТРОЙСТВА.............................................................................................................................. 26

3.2. СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ПО НА ARDUINO...................................................................................................................................... 30

3.3. РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УСТРОЙСТВА.............................................................................................................................. 30

3.4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПО УСТРОЙСТВА.............................................................................................................................. 32

4. АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННОГО УСТРОЙСТВА.......................................................................................................................... 33

4.1. РАСЧЕТ НАДЁЖНОСТИ............................................................................................................................ 33

4.2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА.................................................................................................................................... 37

4.3. РАСЧЕТ ЧАСТОТЫ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ................................................................................................................................ 41

4.4. РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ПОКУПНЫХ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ....................................................................................................................................... 42

4.5. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА.................................................................................................................................... 45

• РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА НАСТОЛЬНОГО КАРДИОГРАФА ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ............................................................................................................. 49

5.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ УСТРОЙСТВА.............................................................................................................................. 49

5.2. СХЕМА ТЕХПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА УСТРОЙСТВА............................................................................................................................. 49

5.3. РАЗДЕЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НА ГРУППЫ ПО СПОСОБУ ПРОИЗВОДСТВА........................................................................................................................ 50

5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАЖДОЙ ДЕТАЛИ И

ИСПОЛЬЗУЕМОГО МАТЕРИАЛА................................................................................................................................ 50

5.5. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ ПРОИЗВОДСТВА УСТРОЙСТВА.............................................................................................................................. 51

5.6. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА УСТРОЙСТВА

……………………………………………………………………………57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................ 59

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................................................................................................... 61

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ГОСТ - государственный общесоюзный стандарт; ТУ – технические условия; ЭКГ - электрокардиограмма;

FDM - (Fused Depsition Modelling) технология трехмерной печати, при которой построение объекта идет за счет расплавления нити пластика, которая через экструдер подается на рабочую поверхность;

IDE – (Integrated Development Environment) система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения; SPI – (Serial Peripheral Interface) последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии.

ВВЕДЕНИЕ

По данным официальной медицинской статистики, сердечно-сосудистые заболевания – главная непосредственная причина инвалидности и смертности населения во всех странах мира. Особенно подвержены кардиологическим заболеваниям лица среднего и пожилого возраста, чаще мужчины. Современные приборы и методы для наблюдения и регистрации болезней сердца доступны не всем из-за их дороговизны.

Поэтому актуальной проблемой в последнее время становится разработка прибора с малыми размерами, высокой надежностью и доступной для большинства населения ценой. Такой прибор должен соответствовать следующим требованиям:

• управление с помощью сенсорного дисплея;
• малые габариты и вес;
• запись ЭКГ на переносной носитель информации;
• элемент питания – батарейка крона 9В;
• наработка на отказ не менее – 10 000 часов;
• условия производства – мелкосерийное;
• условия эксплуатации: помещения с регулируемой температурой и влажностью.

Соблюдение этих требований позволит пользователю измерять ЭКГ и

при необходимости сразу же обращаться к лечащему врачу. Основной задачей прибора является запись и хранение ЭКГ с последующей возможностью передачи записанных ЭКГ на рассмотрение врачу.

Цель данной работы является разработка настольного кардиографа для персонального использования. Для достижения данной цели необходимо решать следующие задачи:

• Разработка структурной и функциональной схемы
• Разработка электрической принципиальной схемы

• Разработка корпуса устройства;
• Разработка печатной платы;
• Разработка интерфейса устройства;
• Разработка алгоритма работы устройства;
• Проведение расчета надёжности устройства;
• Проведение расчета геометрических параметров печатного монтажа печатной платы;
• Проведение расчета частоты собственных колебаний;
• Проведение расчета стоимости покупных комплектующих изделий;
• Проведение оценки качества устройства;
• Разработка технологического процесса производства устройства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы была разработана конструкция устройства для применения в стационарных условиях. Разработана печатная плата, интерфейс,

программный код устройства и разработаны соответствующие чертежи.

Рассчитанные показатели надежности:

• наработка на отказ: 71 620,93 ч;
• вероятность безотказной работы за время tp=10000ч: 0.986;
• гамма - процентная наработка до отказа при γ=98,6%: 1009 ч.

Определен класс точности печатной платы, который соответствует 2 классу по ГОСТ 53429-2009 [17].

Произведена оценка качества конструкции: комплексный показатель качества конструкции равен 2,86, что означает высокое качество проектирования данного устройства.

Проведен расчет стоимости комплектующих с учетом транспортно-заготовительных расходов: 4197,15 руб.

Создан интерфейс устройства взаимодействующий с программой написанной для микроконтроллера.

Дополнительно к БТС была разработана технологическая карта производства устройства.

Процесс включает в себя:

а) Производство печатной платы – 70,5 мин;

б) Производство корпуса - 40 мин;

в) Сборка электронного блока – 30 мин;

г) Сборка устройства - 24 мин.

Общее время производства устройства заняло 164,5 минуты или 2 часа 44 минут. Так же были определены сборочные единицы устройства, классифицированы по способу производства.

• результате проделанной работы можно сделать вывод, что биотехническая система настольного электрокардиографа для персонального самоконтроля полностью соответствует заданным в ТЗ требованиям.