Moin zusammen, mein Komilitone und ich bearbeiten aktuell ein Projekt zur Messung von Vitalparameter in der Medizin, das uns im Zuge einer Pflichtveranstaltung zugelost wurde. Vorne weg möchte ich euch um Nachsicht bei meinen Fragen bitten, da wir ein, für unseren Studiengang untypisches Thema, erhalten haben und somit in Sachen Schaltungsentwicklung und µP-Programmierung totale Neulinge sind. (Medizintechnik mit Schwerpunkt K&E) Aufgabe: Mit vorgegebenen Sensoren sollen Vitalparameter (Körpertemperatur, Atemzurvolumen) ermittelt und mittels des Siemens 80C517 µC ausgelesen/ weiterverarbeitet werden. Wir befinden uns aktuell in der Schaltungsentwicklung zur Temperaturmessung. vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C) mit folgender Kennlinie http://www.lkmelectronic.de/deutsch/downloads/pdf/Typ-J.pdf Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang. Nun stellen wir uns folgende Fragen: 1) ist der OPV richtig Dimensioniert? -> durch Recherchen und kleine Versuchsaufbauten ermittelt 2) ist der Spannungsteiler richtig Dimensioniert, auch mit Bezug zur Kennlinie? -> Wir haben den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt und die Wiederstandberechnung wie im .jpg durchgeführt. 3) kann der Spannungsteiler-Endwert UµC direkt mit dem µC weiter verarbeitet bzw. ausgelesen werden? -> das der µC über einen A/D-Wandler verfügt ist uns bewusst, uns geht es mehr um die Verbindung zwischen Schaltung und µC (Port auswahl)? 4) lässt sich die Spannungsversorgung der Schaltung mit dem µC realisieren? -> Vcc ausgang am µC ist mögliche Spannungsversorgung 0...5V? ->GND vorhanden.? ->Die Anleitung zum µC 80C517 wurde gelesen, jedoch fehlt uns in vielen Bereichen das genauere Grundwissen zum Thema. Deshlab erhoffen wir uns eure Hilfe, wobei mir nicht erwarten das uns die Antworten vorgekaut werden. Viel mehr sind wir an der Unterstützung zur Erarbeitung der Lösung interessiert, da wir lernbereit und interessiert sind. Vielen Dank im voraus und mögliche Fragen versuchen wir so gut es geht zu beantworten.
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David W. schrieb: > Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang. Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der Messschaltung nur 100 Ohm beträgt. Zitat dazu: "Die angeschlossenen Messgeräte müssen einen hohen Innenwiderstand haben, damit das Thermoelement möglichst nicht belastet wird," aus: http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/prak1.pdf Empfehlenswert. Georg
georg schrieb: > David W. schrieb: >> Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang. > > Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der > Messschaltung nur 100 Ohm beträgt. Zitat dazu: > > "Die angeschlossenen Messgeräte müssen einen hohen Innenwiderstand > haben, damit > das Thermoelement möglichst nicht belastet wird," > > aus: > http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/prak1.pdf > Empfehlenswert. > > Georg Hallo Goerg, vielen Dank für deine schnelle Antwort und den Link. Wenn wir den Zusammenhang richtig erkennen, empfiehlst du uns eine Erhöhung des Eingangswiderstands, was auch zu einer Zunahme des ersten Verstärkungsfaktors führen würde. Lässt sich dieser ermitteln oder handelt es sich um Erfahrungswerte? Oder würdest du in Richtung der im Link aufführten (Mehr-) leiterschaltung tendieren? lg Dave
Vor allen Dingen: Welcher OP verwendet ihr? Bei den uV die ein Thermoelement liefert bruacht man OPs die sehr kleine Offsetspannung haben. Freiwillig wuerde ich mir das bei den Temperaturen nicht antun wollen, besser man nimmt einen PT100. Ihr wisst auch das der OP bei der invertierten Schaltung eine negative Betriebsspannung braucht? Es gibt auch fertig Thermoelement IC bei den Herstellern. MAX31850 https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31850-MAX31851.pdf Das ist alles drin was ihr braucht + besseren ADC als der 80C517 drin hat.
georg schrieb: > Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der > Messschaltung nur 100 Ohm beträgt. Aaaah, wieder etwas gelernt ... Die Sache ist logisch, aber so weit hatte ich noch nie nachgedacht ... Zwischen + und - bilder sich ein virtueller Ground und da + auf GND liegt, liegt damit das Eingangssignal über 100Ohm an quasi-GND. Danke für die Erleuchtung!
karadur schrieb: > Schaut euch mal den AD596 und verwandte ICs an. Hallo karadur, Danke für diesen Tipp. Wir haben auf die Schnelle ein dazugehöriges Datenblatt überflogen. http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD596_597.pdf Gehen wir richtig der Annahme, dass unser bereits vorhandenes Thermoelement Typ J direkt mit dem AD596 verbunden werden kann und wir die erhaltenen Werte am µC auslesen können? LG Dave
David W. schrieb: > vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J Das ist blöd, ein Thermoelement kann nämlich keine Absolutwerte messen, sondern nur Differenzen. D.h. Ihr braucht in jedem Fall noch einen 2. anderen Sensor für Absolutwerte und der muß thermisch direkt mit der Kaltstelle gekoppelt sein, d.h. dort wo die Ausgleichsleitung in die Schaltung hinein führt. Die beiden Temperaturen werden dann in der Software addiert. In der Medizin braucht man aber nicht den hohen Meßbereich eines Thermoelements, dafür aber eine hohe Auflösung (0,1°C). Daher setzt man dort Widerstandssensoren oder Infrarotsensoren ein. Als IC mit genügend hoher Auflösung ist z.B. der AD7793 geeignet. An den 2. Eingang kommt dann der PT1000 zur Kaltstellenmessung siehe Datenblatt: "Figure 20. Thermocouple Measurement Using the AD7792/AD7793"
David W. schrieb: > empfiehlst du uns eine > Erhöhung des Eingangswiderstands, was auch zu einer Zunahme des ersten > Verstärkungsfaktors führen würde Nein, ich würde einen nichtinvertierenden OpAmp vorsehen, der +Eingang ist hochohmig. In beiden Fällen ist die Verstärkung frei wählbar. Und wie schon erwähnt, die Spannungen sind im µV-Bereich, daher werden höchst präzise Verstärker benötigt - ein Feld/Wald/Wiesen-OpAmp mit z.B. 1 mV Offset zeigt gleich mal um 20 Grad falsch an. Und eine Kaltstellenkompensation (googeln!) braucht man für Thermoelemente auch noch. Georg
Hallo und erst einmal vielen Dank an alle, wir haben uns nun mal die 3 vorgeschlagenen "Bauteile" angeschaut und verglichen. Dabei sind wir zu dem Entchluss gekommen uns näher mit diesen zu befassen, da es eine besser und aufgrund unserer mangelnden Kenntnisse einfachere Lösung darstellt. -http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD596_597.pdf -http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7792_7793.pdf -https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31850-MAX31851.pdf Nun sind folgende Fragen entstanden: 1) der Hauptunterschied vom AD596/MAX31850 zum AD7792 liegt darin, dass beim AD596/MAX31850 die Kaltstellenkompensation bereits vorhanden ist, wohingegen beim AD7792 ein zweiter externen Sensor angeschlossen werden muss? --> AD596 daher einfach umzusetzen und günstiger, jedoch größere Toleranz? --> Wir sind uns bewusst das Thermoelemente TypJ von Haus aus +-1.5°C abweichung besitzen, da dieser jedoch vorgegeben war bleibt uns keine andere Wahl als uns an diesen anzupassen. 2) Falls der obere Punkt zutrifft: Worin liegen die genauen Unterschiede zwischen dem AD596 und dem MAX31580? ->der AD596 ist bereits auf 60°C ausgelegt? ->und welcher eignet sich besser mit unserem Thermoelement TypJ und im Betrieb mit einem 80C517 µC? Dies konnten wir den Datenblättern leider nicht entnehmen.? LG und vielen DANK bisher Dave
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MAX31850 ist neuer und enthält einen AD-Wandler mit 1Wire-Bus. Mit dem MAX31850 wird die Schaltung kleiner und flexibler. Aufwand steckt in der Software für den Bus und die Konfiguration des ICs.
karadur schrieb: > MAX31850 ist neuer und enthält einen AD-Wandler mit 1Wire-Bus. > > Mit dem MAX31850 wird die Schaltung kleiner und flexibler. Aufwand > steckt in der Software für den Bus und die Konfiguration des ICs. Hallo karadur, vielen Dank für deine Hilfe. Kommt der µC 80C517 denn mit 1Wire-Bus klar? Besteht dort bereits die Möglichkeit zur Spannungsversorgung und Datenübertragung über nur einen Anschluss? (GND wird extra angeschlossen das weiß ich bereits) Laut unserem Professor sollte der Aufwand zur Programmierung möglichst gering ausfallen. Daher hört sich das ganze bisher eher nach dem AD596 an, oder gibt es gravierende Gründe diesen nicht zu wählen? LG Dave
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Ad596 geht. Software ist dann die AD-Wandlung und Anzeige. Dafür sollte es genug Programmbeispiele geben. 1wire ist nicht sehr schwierig, muss man sich aber einarbeiten. Nötig ist nur ein Pullup zur Versorgung und ein Opendrain Ausgang.
Hallo zusammen, Klasse, vielen Dank bis hier her, ihr wart uns eine große Hilfe! Am Freitag werde wir den Vorschlag unserem Professor vorstellen. Wenn es nicht an den Kosten scheitert, werden wir es so versuchen. Ansonsten würde ich gegebenenfalls nochmal auf den Aufbau mittels OPV zurück kommen. LG Dave
karadur schrieb: > Nötig ist nur ein Pullup zur Versorgung und ein Opendrain Ausgang. > >Der kann auch über einen speraten Pin versorgt werden.
Ich würde mal den Prof fragen ob solche Sachen wie die Kaltstellenkompensation gefordert werden oder ob nur eine prinzipielle Funktion vorhanden sein muß.... Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird schon länger nicht mehr gebaut.. Gruß, Holm
Holm T. schrieb: > Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird > schon länger nicht mehr gebaut.. 80C51 werden immer noch von vielen Herstellern produziert, z.B.: Microchip: AT89LP51RD2 Nuvoton: N76E885 Infineon: SAF-XC888 Silabs: EFM8 usw. usw.
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David W. schrieb: > Am Freitag werde wir den Vorschlag unserem Professor vorstellen. Dann fragt ihn bitte auch mal, wieso für die Messung von Vitalparametern ausgerechnet ein Thermoelement als Temperatursensor vorgeschrieben wird. Der Riesenvorteil von Thermoelementen ist der extrem große Messbereich, der Riesennachteil ist die extrem geringe Empfindlichkeit. Bei der Messung von Körpertemperaturen braucht man dagegen nur einen extrem kleinen Messbereich, aber eine hohe Empfindlichkeit wäre Günstig. Dafür ein Thermoelement zu nutzen ist ausgesprochen ungeschickt. Da wäre es wahrscheinlich günstiger, das Thermoelement wegzulassen und nur die Kaltstellenkompensation des AD596 zu nutzen (d.h. dessen Eingang thermospannungsfrei kurzuzuschließen und den AD596 selbst als Temperatursensor zu verwenden). Vielleicht ist es ja ein Test, ob euch das auffällt.
David W. schrieb: > vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C) Supi David W. schrieb: > den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt Wow ! David W. schrieb: > Vitalparameter (Körpertemperatur, Atemzurvolumen) Welche Vitalität soll der Körper bei 60 GradC noch haben ? In der Pfanne bruzzeln ? Auch bei 0 ist er nur noch 0 vital. Mir scheint, es fehlt euch massiv am medizinischen Grundlagen. Mehr als 25-45 wird niemand brauchen, und man nimmt natürlich NTC (billig) oder (auswechselbar) Pt100.
MaWin schrieb: > David W. schrieb: >> vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C) > > Supi > > David W. schrieb: >> den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt > > Wow ! > > David W. schrieb: >> Vitalparameter (Körpertemperatur, Atemzurvolumen) > > Welche Vitalität soll der Körper bei 60 GradC noch haben ? In der Pfanne > bruzzeln ? Auch bei 0 ist er nur noch 0 vital. > > Mir scheint, es fehlt euch massiv am medizinischen Grundlagen. Mehr als > 25-45 wird niemand brauchen, und man nimmt natürlich NTC (billig) oder > (auswechselbar) Pt100. Hallo, uns mangelt es nicht am Medizinischen Grundwissen. Diese Dinge wurden uns vorgeschrieben, ebenso wie das erwähnte Thermoelement. Wir würden es auch gerne ändern, weshalb wir auch das Gespräch mit dem Professor suchen.
Vielleicht will euer Prof ja die Vitalparameter seiner Heizung messen. ;-)
Nunja... Medizinische Sensoren/Elektronik muss schon einiges aushalten können. z.B. Sterilisieren, vielleicht sogar Gamma sterilisieren
Peter D. schrieb: > Holm T. schrieb: >> Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird >> schon länger nicht mehr gebaut.. > > 80C51 werden immer noch von vielen Herstellern produziert, z.B.: > Microchip: AT89LP51RD2 > Nuvoton: N76E885 > Infineon: SAF-XC888 > Silabs: EFM8 > usw. usw. Ja Peter, Du weißt das ich das weiß..warum postest Du das also? Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537. Gruß, Holm
Holm T. schrieb: > Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537 In wiefern? Der EFM8BB1 ist praktisch 1:1 ein LPC900 und somit fast gleich den SAB. Ausser bei Spezialitäten wie dem internen ADC muss da im Code nichts angepasst werden.
Lothar schrieb: > Holm T. schrieb: >> Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537 > > In wiefern? Der EFM8BB1 ist praktisch 1:1 ein LPC900 und somit fast > gleich den SAB. Ausser bei Spezialitäten wie dem internen ADC muss da im > Code nichts angepasst werden. Fast...entspricht er nun oder entspricht er nicht? Frage mich was die Diskussion soll.. Fakt ist doch das der Prof irgendwelche Experimentierboards herumliegen haben wird und das das selbe Gerät schon von ca. 320 anderen Studikern gebastelt worden ist weil der Kram halt mal angeschafft wurde und der Prof. den Prozessor kennt. Wenn man eine ernsthafte Anwednung entwicklen wollen würde stände da nicht 80C517. Gruß, Holm
@ David was mir noch eingefallen ist. Thermoelement ist nicht isoliert! Bei vielen Geräten im medizinischen Bereich werden die Sensoren mit Personenkontakt über DC/DC-Wandler mit hoher Isolation versorgt. Die Daten werden oft auf der Sensorseite digitalisiert und dann mit Optokopplern oder Glas(Kunststoff)faser übertragen. Da wäre der MAX31850 besser geeignet.
Ich bau euch das für 500€ gern zusammen, zumal hier ja schon alle Fragen beantwortet wurden. Normalerweise ist die 1 Antwort bei solchen Fragen „ macht Eure Hausaufgaben gefälligst selbst fertig“!
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