Donanım Mimarisi

Bu tasarımda mikrodenetleyicinin donanım özelliklerinden olarak 18F452 mikrodenetleyicinin USART modülü ve kesme kaynakları kullanılmıştır. Tasarlanan devrenin devre dizaynı şekil 6.18’ de gösterilmiştir.

Sistemde RS-232 iletişimi ile haberleşen iki adet birim vardır:  ChipOx puls oksimetri modülü

 GM862 GPRS modülü

Fakat 18F452 içerisinde sadece bir adet donanımsal RS-232 modülü bulunmaktadır. Her iki birimi aynı modül üzerinden çalıştırabilmek için birçok araştırma yapılmıştır. Bu araştırmalarda RS-232 portunu çoğullayabilen elektronik devreler bulunmuştur. Yapılan araştırma ve deneylerde bu yöntemin ihtiyaçlarımızı karşılamayacağı tespit edilmiştir.

İkinci bir yöntem ise yazılımsal bir çözüm bulma yoludur. Bu konu ise “Yazılım Mimarisi” konu başlığında detayları ile anlatılacaktır. MikroC yazılımının kütüphaneleri içinde yer alan Software USART kütüphanesi kullanılarak bu problem aşılmıştır.

Mikrodenetleyicinin donanımsal USART modülü ile Puls oksimetre cihazı bağlanmıştır. Böylece gelen veriler USART kesmesi olarak alınabilmek ve gerçek zamanlı olarak veri kaybı yaşanmadan veriler paketlenebilmektedir. GPRS modülü ise Software USART kütüphanesi üzerinden yazılımsal olarak haberleşme altyapısı kurulmuştur. Software USART’ın dezavantajı donanımsal olmadığı için kesme protokollerinin kullanılamamasıdır.

GPRS, puls oksiketre modüllerinin ve 18F452’nin lojik seviyeleri ve besleme gerilimleri birbirinden farklı değerlerdedir. Bu durum tablo 6.6’de görülmektedir. Bu nedenle mikrodenetleyici puls oksimetre ve GPRS modülleri ile direkt olarak lojik bağlantı kuramaz, aynı besleme hattı üzerinden beslenemezler.

Tablo 6.6 Lojik seviye, besleme değerleri

GM862 ChipOx 18F452

Min Max Min Max Min Max

Lojik(0) 0 V 0,5 V 0 V 0,8 V 0 V 0,7 V Lojik(1) 2,1 V 3,3 V 2,2 V 3 V 4,2 V 5,5 V Besleme 3,4 V 4,2 V 3 V 3,4 V 4,2 V 5,5 V

Donanımsal devre üzerindeki tüm birimlerin besleme değerleri farklılık gösterdiği için çeşitli DC – DC dönüştürücüler kullanılarak besleme değerleri sağlanmıştır. Böylece sistem tekbir 5 V’luk şarjlı pil ile beslenirken tüm bileşenler gerekli değerle beslenebilmiştir. Besleme gerilimlerinin dağılımları şekil 6.17’de görülmektedir.

Asenkron bir protokol olan RS-232 haberleşme protokolünde, gönderici ve alıcı birimleri birbiri ile ancak sabit bit aktarım hızı ile haberleşebilirler. Bu hıza “Baud Rate” denilir ve birimi bps’ dir (bit per second – bir saniyede aktarılan bit miktarı). Haberleşen iki sistemden birisi gönderen ikincisi alıcı olacaktır. Her iki sistemin, bir gönderen birde alan olmak üzere 2 haberleşme ucu vardır. Bunlardan veri gönderene Tx (transmit), veri alana ise Rx (receive) denilir. İki sistem birbiri ile haberleşecekse bir sistemin veri gönderen ucu (Tx) diğer sistemin veri alan ucuna (Rx) bağlı olmalıdır. Haberleşme tek yönlü yapılabildiği gibi karşılıklıda yapılabilir. Eğer haberleşme tek yönlü olacaksa gönderen sistemin Tx ucu alıcı sistemin Rx ucuna bağlı olması yetecektir. Eğer iletişim çift yönlü olacaksa her iki sistemi Tx – Rx uçları birbirine bağlı olmalıdır.

RS-232 ile haberleşen iki sistemin saniyedeki bit aktarım hızları aynı değilse veri aktarımı kesinlikle istenildiği gibi olmayacaktır. Veri aktarım hızları 300 bps’den 256.000 bps’ye kadar çıkabilir. Bu nedenle sistemdeki mikrodenetleyici – puls oksimetre ve mikrodenetleyici - GPRS modülü arasındaki haberleşme hızları 9600 bps olarak ayarlanmıştır. Bu hız gerçek zamanlı veri aktarımı için yeterli bir değer olduğu yapılan testlerle tespit edilmiştir.

Tablo 6.6’ da görüldüğü gibi sistemde kullanılan ve birbiri ile haberleşen sistemlerin lojik seviyelerin genlik değerleri birbirlerinden farklıdır. Mikro denetleyicinin lojik “1” genlik seviyesi 5 volt iken puls oksimetri modülünün lojik “1” seviyesi 3 volttur. Mikro denetleyici veri gönderirken 5 voltluk lojik seviye 3 voltluk lojik seviyeye sahip olan puls oksimetrenin giriş devresini yakacaktır. Tersi durumda ise 3 voltluk gerilim değeri mikro denetleyici için yeterli bir seviyede lojik “1” olarak algılanamayacaktır. Bu genlik farklılığından dolayı iki sistem arasındaki iletişimde tampon devreler kullanmak zorunluluğu vardır.

Mikro denetleyiciden puls oksimetre cihazına veri gönderirken yüksek seviyeli değerden puls oksimetre girişlerini korumak için 5 volt – 3,3 volt arası dönüşüm yapan bir tampon devre kullanılmıştır. Bu tampon devrenin amacı puls oksimetre cihazının girişlerini korumaktır. Bu nedenle zener diyotlu bir gerilim sabitleyici tamponu eklenmiştir. Zener diyot yapısı gereği devreye ters bağlanır ve uçlarında kendi değerinden yüksek bir değer tutmazlar. Bu nedenle 3,3 voltluk zener diyotun uçlarına bir seri dirençle bağlanan 5 voltluk lojik “1” seviyesi puls oksi metre cihazının girişine 3 volt olarak gelecektir.

Şekil 6.17 Tasarlanan sistemin devre dizaynı

Yine puls oksimetrenin düşük seviyedeki lojik “1” değerini mikro denetleyicinin anlayacağı lojik seviyeye çıkarmak için ise iki adet hızlı VE kapısı ile tamponlanmış bir devre tasarlanmıştır. Bu devrenin beslemesi mikro denetleyiciyle ortaktır. Bu nedenle

puls oksimetrenin düşük seviyeli lojik “1” i kapılarla tamponlanarak mikrodenetleyicinin anlayacağı lojik “1” seviyesine çıkarılmıştır. Bu devre bağlantıları şekil 6.17’ deki “SPO2 BAĞLANTI” kısmında gösterilmektedir.

Aynı durumlar GPRS modül içinde geçerlidir. Burada da Rx, Tx bağlantıları yapılırken karşılıklı DC – DC dönüştürücü tampon devreler kullanılmıştır. GPRS modülünde farklı olarak modülü mikrodenetleyici ile aktif hale getirebilmek için bir transistör ve iki dirençten oluşan bir devre eklenmiştir. Bu devrenin beyzine C portunun 2. pininden uygulanan kısa süreli bir pals ile GPRS modülün aktif hale gelmesi ve yine aynı miktar bir pals uygulanması ile aktif hale gelen modülün tekrar kapanması sağlanmıştır. Aynı zamanda modülün şebeke durumunu gösteren bir “STA_LED” devresi eklenmiştir.

Devrede kullanılan grafik LCD ekran tek renkli bir ekrandır. 128x64 bitlik çözünürlüğe sahiptir. KS0108 kontrolörü içermektedir. Donanımsal olarak mikrodenetleyicinin B ve D portları grafik LCD’ ye ayrılmıştır. Grafik LCD yazılım aracılığı ile iki ayrı bölgeye ayrılmıştır. Birinci bölge hastanın pletismogram grafiğinin basıldığı ekran ikinci bölge ise SPO2, nabız ve sinyal kalitesi gibi sayısal değerlerin

gösterildiği bölgedir.