Mikroişlemci Tabanlı Biyolojik Veri Toplama Sistemi

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Tolga Çırak

Anabilim Dalı : Elektronik ve Haberleşme Müh. Programı : Biyomedikal Mühendisliği

EYLÜL 2009

MİKROİŞLEMCİ TABANLI BİYOLOJİK VERİ TOPLAMA SİSTEMİ

EYLÜL 2009

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Tolga Çırak (504051408)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 07 Eylül 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 11 Eylül 2009

Tez Danışmanı : Doç. Dr. Mehmet Korürek (İTÜ) Eş Danışman :

Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Zümray Dokur Ölmez (İTÜ) Prof. Dr. Serhat Şeker (İTÜ)

ÖNSÖZ

“Mikroişlemci Tabanlı Biyolojik Veri Toplama Sistemi” isimli yüksek lisans tez çalışmamı

tamamlamış bulunmaktayım. Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde yardım, destek ve katkılarını eksik etmeyen değerli hocalarıma, arkadaşlarıma ve aileme sonsuz şükranlarımı sunarım. Tez çalışmamın her aşamasında büyük emeği bulunan, karşılaştığım her tür sorunu aşmamda sabırla yol gösteren, engin tecrübesi ve özverisi ile bilimsel düşünce ufkumu genişleten danışman hocam Sayın Doç.Dr. Mehmet Korürek’e; değerli fikirleriyle bana yol gösteren Sayın Ahmet İhsan Yüce’ye sonsuz şükranlarımı sunarım. Yaşantım boyunca her konuda desteklerini sürdüren, bugünlere gelmemde büyük vesile olan sevgili anneme, babama ve kardeşime sonsuz şükranlarımı sunarım.

Eylül 2009 Tolga Çırak

İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ ... iii İÇİNDEKİLER ... v KISALTMALAR ... vii ÇİZELGE LİSTESİ ... ix ŞEKİL LİSTESİ ... xi ÖZET ... xiii SUMMARY ... xv 1. GİRİŞ ... 1 1.1 Tezin Amacı ... 3 1.2 Literatür Özeti ... 3

2. LİNER DEĞİŞEN FARK TRANSFORMATÖRÜ... 7

2.1 Amaç ... 7

2.2 LVDT Algılayıcıların Çalışma Prensibi ... 7

2.3 LVDT Kuvvetlendiricilerin Çalışma Prensibi ... 10

2.4 Tasarlanan LVDT Kuvvetlendirici ... 11

3. KÖPRÜ KUVVETLENDİRİCİ ... 13

3.1 Amaç ... 13

3.2 Gerinim Ölçerler... 13

3.3 Köprü Kuvvetlendiricilerin Çalışma Prensipleri ... 14

3.4 Tasarlanan Köprü Kuvvetlendirici ... 16

4. ISILÇİFT KULLANILARAK HASSAS SICAKLIK ÖLÇÜMÜ ... 19

4.1 Amaç ... 19

4.2 Sıcaklığa Bağımlı Direnç (RTD) ... 19

4.3 RTD Kuvvetlendiricileri Çalışma Prensibi ... 21

4.4 Tasarlanan Isılçift Sıcaklık Ölçme Devresi ... 23

5. EMG ELEKTROT TASARIMI ... 27

5.1 Amaç ... 27

5.2 EMG İşaretlerinin Genel Yapısı ... 27

5.3 Kas (EMG) Gürültüsü ... 28

5.4 Elektronik Cihazlardan Kaynaklanan Gürültüler ... 29

5.5 Elektrokoter Gürültüsü ... 29

5.6 Hareket Gürültüsü ... 29

5.7 Tasarlanan Aktif EMG Filtre ... 30

6. SAYISAL VERİ TOPLAMA BÖLÜMÜ ... 33

6.1 Amaç ... 33

6.2 Tasarlanan Merkez Ölçüm Sistemi ... 33

6.3 ADC Çevirici Devre Tasarımı ... 34

6.4 Mikroişlemci Devre Tasarımı ... 38

6.7 Tasarlanan Cihazın Görünümü ... 44

6.8 Yazılım Tasarımı ... 45

KAYNAKLAR ... 47

KISALTMALAR

LVDT : Linear Variable Differential Transformer CMRR : Common Mode Rejection Ratio

ECG : Electrocardiogram

EMG : Electromyogram

ADC : Analog Sayısal Dönüştürücü SMPS : Anahtarlamalı Güç Kaynağı NTC : Negative Temperature Coefficient

ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

Şekil 2.1 : LVDT giriş ve çıkış işaretleri ... 8

Şekil 2.2 : LVDT çalışma prensibi. ... 9

Şekil 2.3 : Basit bir LVDT dedektörü. ... 10

Şekil 2.4 : Yön bilgisi elde etme, LVDT sürme ve işaret işleme düzeneği. ... 10

Şekil 2.5 : LVDT kuvvetlendirici devre şeması. ... 11

Şekil 2.6 : Analog bölme ve seviye kaydırma devresi... 12

Şekil 3.1 : Yapıştırılabilir türden bir gerinim ölçer elemanı. ... 13

Şekil 3.2 : Kuvvet çubuğunun bir yüzüne yapıştırılmış köprü. ... 14

Şekil 3.3 : Kuvvet uygulama çubuğunun iki yüzüne yapıştırılmış ... 14

Şekil 3.4 : Kuvvet çubuğuna 4 adet yapıştırılmış köprü. ... 15

Şekil 3.5 : Tasarlanan köprü kuvvetlendiricisi blok şeması. ... 16

Şekil 3.6 : Enstrümantasyon kuvvetlendirici ... 17

Şekil 4.1 : NTC elemanının sıcaklık-ADC değeri grafiği ... 21

Şekil 4.2 : Isılçift kuvvetlendirici devre şeması. ... 22

Şekil 4.3 : NTC ölçme devresi ve pasif alçak geçiren filtre yapısı ... 22

Şekil 4.4 : NTC ölçme ve ısılçift ölçme blok diyagramı. ... 24

Şekil 4.5 : NTC ve ısılçift devre şeması. ... 25

Şekil 4.6 : NTC ve ısılçift devresi PCB çizimi. ... 26

Şekil 5.1 : EMG için tek fazlı ve çift fazlı ölçüm metotları . ... 28

Şekil 5.2 : Kas gürültüsü. ... 28

Şekil 5.3 : Cihaz kaynaklı gürültüler. ... 29

Şekil 5.4 : Hareket gürültüsü. ... 30

Şekil 5.5 : Aktif EMG elektrot şeması. ... 31

Şekil 5.6 : Kaydıma ve seviye dengeleme devresi ... 32

Şekil 6.1 : Ölçme sistemi blok diyagramı ... 34

Şekil 6.2 : 8 kanal (+5V) - (–5V) ölçme sistemi şeması ... 35

Şekil 6.3 : 8 kanal (+5V) - (–5V) ölçme sistemi PCB çizimi ... 36

Şekil 6.4 : 16 kanal 0-5V ölçme sistemi şeması ... 37

Şekil 6.5 : 16 kanal 0-5V ölçme sistemi PCB çizimi ... 37

Şekil 6.6 : Mikroişlemci ARM926JE şeması. ... 38

Şekil 6.7 : NAND flash ve SDRAM şeması. ... 39

Şekil 6.8 : TFTLCD bağlantı şeması. ... 40

Şekil 6.9 : Besleme devre şeması ... 41

Şekil 6.10 : Besleme PCB çizimi ... 42

Şekil 6.11 : Anakart donanım tasarımı ... 43

Şekil 6.12 : Cihaz içerisindeki kullanılan kart tasarımları ... 43

Şekil 6.13 : Tasarlanan cihazın iç görünümü ve bağlantılar ... 44

Şekil 6.14 : Çoklu EMG işareti gösterim ekranı... 44

Şekil 6.15 : Merkez ölçme sistemi yazılım yapısı ... 45

MİKROİŞLEMCİ TABANLI BİYOLOJİK VERİ TOPLAMA SİSTEMİ ÖZET

Bu projenin amacı, tıpta, endüstride ve araştırma laboratuarların da ihtiyaç duyulan, genel amaçlı ve çok kanallı ölçme, işleme, görüntüleme ve saklama yapabilen, biyomedikal çalışmalar için kullanılabilecek biyopotansiyel kuvvetlendiricilerle sanayi ve araştırma laboratuarların da kullanılabilecek ölçme düzenlerini içeren, mikroişlemci destekli bir cihazın gerçekleştirilmesidir. "Veri toplama sistemi" olarak da bilinen bu ölçme ve eğitim sistemi, her türlü fiziksel, kimyasal, elektriksel ve biyolojik büyüklük ve işaretlerin ölçülmesi işleminde kullanılabilecektir. Bu işaretlerin işlenmesi için tasarlanan her kuvvetlendirici katı modül olarak seçilen sistem gözlerinden birine takılabilmektedir. Cihazın modüler olması, teknoloji ve araştırma laboratuar ve iş yerlerinde, sıcaklık, yer değiştirme, kuvvet, basınç, gibi reel büyüklüklerin aynı zamanda ölçülmesine olanak sağlamaktadır. Bu cihaz, her türlü algılayıcının elektriksel işarete dönüştürülerek kullanılmasına imkan vermektedir.

Cihaz iki ayrı yapıdan oluşmaktadır. Analog Sayısal dönüştürme işlemlerinin gerçekleştirildiği bir dönüştürücü bölümü, sayısal olarak aldığı verileri işleme, saklama ve gösterme işlevlerini yerine getiren mikroişlemci bölümünden oluşmaktadır. Mikroişlemci olarak At91Sam9261 (ARM926JE core) işlemcisi kullanılmıştır. Bu işlemci seçimi, üzerinde entegre TFT kontrolör bloğu bulunması nedeniyle tercih edilmiştir. SPI üzerinden ve UART üzerinden aldığı sayısal verileri işleyerek göstermektedir. SPI üzerinden haberleşmede Texas Instrument analog sayısal dönüştürücüleri kullanılmıştır.

MICROPROCESSOR BASED BIOLOGICAL DATA COLLECTING SYSTEM

SUMMARY

In this project, a microcontrolled based general purpose and multichannel measuring, processing, monitoring and storing unit consisting of different kind of biopotential amplifiers which is used in Biomedical studies, addition with physical, chemical and electrical measuring units used in industrial and measuring laboratories was aimed to be realized. This training and measuring unit which is known as "data acquisition system", could be used to measure any kind of physical, chemical and electrical quantities and also biological signals. Each of the amplifiers designed for these signals can be plugged into one of the chosen system slotes. Thanks to modular instruction of the system, it is possible to measure temperature, displacement, force, pressure, velocity, acceleration and volume at the same time, as they are the real quantities in technology and research laboratories. This unit permits any kind of transducer to be used.

System is constructed with two different modules. A converter module in which all analog-digital conversion processes are done and a microprocessor module in which all functions are fulfilled in digital form and data storing, data displaying functions are performed. As microprocessor, At91Sam9263 (ARM926JE core) is used in the project. This microprocessor is chosed due to its capability to control the TFT’s with its own TFT controller inside. It displays the datas that gathered from SPI and UART communication channels. For SPI communication, A/D converters of Texas Instruments are used.

1. GİRİŞ

Bu projede, biyomedikal çalışmalar da kullanılan çeşitli biyopotansiyel kuvvetlendiricileri ile sanayi ve ölçme laboratuarların da kullanılan fiziksel kimyasal ve elektriksel büyüklük ölçme dizenlerini içeren mikroişlemci tabanlı bir "genel amaçlı ve çok kanallı ölçme ve işleme sistemi" gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Kuvvetlendirici ve ölçme düzenleri, sistem gözlerinden istenilen birine takılabilmektedir. İstenildiğinde de amaca uygun başka ölçme düzenleri de, modül olarak, sistemin giriş-çıkış isteklerine uygun tasarlanmak koşuluyla, sisteme bağlanabilmektedir. Bu yönüyle sistem genel amaçlı bir ölçme sistemi olup isteklere göre de geliştirmeye açıktır. Sistem, analog kısım ve sayısal kısım olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Sistemin analog kısmını, biyopotansiyel kuvvetlendiricilerle dönüştürücü kuvvetlendiricileri oluşturmaktadır. Modüllerin sayısal kısmını, mikroişlemci ve çevre birimleri oluşturmaktadır.

Biyopotansiyel kuvvetlendirici olarak, sistem gözlerinden birine takılabilen elektromiyogram (EMG) kuvvetlendiricisi tasarlanmıştır. Biyopotansiyel kuvvetlendiricileri, biyoelektrik işaretleri kuvvetlendiren küçük işaret kuvvetlendiricileri olup yüksek kazançlıdırlar. Biyoelektrik işaretlerden başlıcaları; kalp için olan elektrokardiyogram (EKG), kas için olan elektromiyogram (EMG) ve beyin için olan elektroensefalogramdır (EEG). Biyoelektrik işaretler, genelde fark işaretleri şeklindedirler ve düşük frekanslıdırlar. Bu nedenle biyopotansiyel kuvvetlendiriciler fark kuvvetlendiricileri, enstrümantasyon kuvvetlendiricileri, şeklinde tasarlanırlar ve çalışma frekans bölgeleri de düşüktür. Biyoelektrik (biyolojik) işaretlerin genlikleri çok küçük (luV-l00mV) olduğundan bunların gürültü işaretlerinden arınması olarak kuvvetlendirilmeleri büyük önem taşır. Özellikle EKG kuvvetlendiricilerinde işaretler hasta üzerinden yüzey elektrotları yardımıyla alındığından, ortamdaki şebeke kaynağından hasta üzerine kapasitif olarak 50 Hz'lik şebeke frekanslı işaretler kuple olur ve bunların süzülmesi için özel 50 Hz'lik çentik filtreler (notch filter) kullanılır.

Biyopotansiyel kuvvetlendiricilerde dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da ön kuvvetlendiricili olarak tasarlanan giriş katlarının, izolasyon kuvvetlendiricili olmasıdır. Elektrotlarla sisteme direkt olarak bağlı olan hasta, şebekeden beslenen gerilim kaynağından ve sistem çıkışına bağlanan diğer ölçme sistemlerinden gelebilecek olan kaçak akımlara karşı korunmaktadır.

Fiziksel büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçme düzenleri, ölçülecek büyüklüğü genelde elektriksel büyüklüğe çeviren uygun dönüştürücülerle ölçülecek düzenlere bağlanırlar. Örneğin sıcaklık ölçme düzenleri, ısılçift, ısıl direnç gibi elemanlardan birini, yer değiştirme ölçme düzenleri ise değişken direnç, kapasitif ve endüktif dönüştürücülerden birini kullanabilir.

Tıpta ve ölçme laboratuarların da, sıcaklık, yer değiştirme, kuvvet, basınç, hız, ivme ve hacim ölçümleri için çeşitli dönüştürücüler kullanılmaktadır. Bir amaç için birden fazla teknik kullanan dönüştürücü bulunmaktadır. Bu nedenle dönüştürücüler daha çok, kullanıldıkları tekniklere göre (rezistif, endüktif, piezolektrik gibi) sınıflandırırlar. Fiziksel büyüklüklerin dönüştürülmesinde kullanılan tekniklerin birbirlerine göre üstünlükleri vardır. Bu üstünlükler; frekans cevabı, giriş empedansı, ölçme düzenine etkisi, lineerliği, doğruluğu (veya sınıfı), duyarlığı (veya çözünürlüğü), sıcaklık, nem ve basınç gibi değişken ortam şartlarında uzun süre kararlılığın korunması, fiyatı, ömrü, kullanım kolaylığı, boyutu, gürültüsü, nominal sınırları (veya dinamiği), güç harcama sabiti ve besleme kaynağı gerektirip gerektirmemesi gibi konuları kapsamaktadır.

Sistemde, fiziksel büyüklük ölçme düzenlerinden, sıcaklık, yer değiştirme, gerilme ölçme düzenleri gerçekleştirilmiştir. Biyolojik işaretlerden olarak EMG işareti ölçümlenerek bir ekranda çizdirilmektedir.

Sistemde toplam 24 adet analog giriş bulunmaktadır. Bunlardan 8 tanesi 8KHz örnekleme hızına sahiptir. Kalan 16 analog giriş ise 4KHz / kanal örnekleme hızına sahiptir. Sistemdeki 4 kanal EMG elektrot girişlerine ayrılmıştır. Sistemde aynı anda 4 EMG işareti izlenip kaydedilebilmektedir.

Dönüştürücü kuvvetlendiricileri de fark kuvvetlendiricileri şeklinde tasarlanarak dış ortam gürültülerinden kurtulmaya çalışılmıştır. Fark kuvvetlendiricisi şeklindeki tasarım, ayrıca modüllere daha kararlı ve lineer çalışma olanağı vermektedir. Gene de ortaya çıkacak olan sıcaklık etkileri ve lineerlikten olan sapmalar, bilgisayar

kullanmanın getirdiği üstünlüklerden yararlanarak, sıcaklık kompanzasyonu ve lineerlikten ayrılmaları kompanze edecek sayısal tablo kullanma yöntemleri ile giderilmeye çalışılmıştır.

1.1 Tezin Amacı

Bu projenin amacı, tıpta, endüstride ve araştırma laboratuarların da ihtiyaç duyulan, genel amaçlı ve çok kanallı ölçme, işleme, görüntüleme ve saklama yapabilen, biyomedikal çalışmalar için kullanılabilecek biyopotansiyel kuvvetlendiricilerle sanayi ve araştırma laboratuarların da kullanılabilecek ölçme düzenlerini içeren, mikroişlemci destekli bir cihazın gerçekleştirilmesidir.

"Veri toplama sistemi" olarak da bilinen bu ölçme ve eğitim sistemi, her türlü fiziksel, kimyasal, elektriksel ve biyolojik büyüklük ve işaretlerin ölçülmesi işleminde kullanılabilecektir. İşaretlerin işlenmesi için tasarlanan her kuvvetlendirici katı, sistemin analog girişlerinden ihtiyaca uygun olana bağlanabilmektedir. Cihazın modüler olması, teknoloji ve araştırma laboratuarları ve iş yerlerinde, sıcaklık, yer değiştirme, kuvvet, basınç, gibi reel büyüklüklerin aynı zamanda ölçülmesine olanak sağlamaktadır. Bu cihaz, her türlü algılayıcının elektriksel işarete dönüştürülerek kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır.

1.2 Literatür Özeti

Literatürde çok çeşitli örneklerini ve kullanım alanlarını bulmak mümkündür. Çok farklı tipte elektronik ölçme sistemleri bulunmakta olup birçok cihazı tek cihaz içerisinde toplayan modüler bir sistem oluşturulmaya çalışıldı. Cihazın en önemli avantajı herhangi bir bilgisayara ihtiyaç duymadan veri toplama ve gösterme işlevlerini yerine getirmesidir. Özellikle cep telefonları ve PDA cihazlarında yaygın olarak kullanılmakta olan ARM işlemci kullanılmıştır. ARM tabanlı işlemciler günümüzde yaygın olarak kullanıldığından geliştirme altyapısına kolayca erişilmektedir. Herhangi bir yazılım ücreti ödemeden Linux işletim sistemi üzerinde yazılım geliştirilmiştir. Yaygın olarak kullanılması nedeni ile fiyat açısından da oldukça avantajlıdır. Tercih edilen ekran ise 4.3” TFTLCD olacaktır. Ekran çözünürlüğü 480 x 272 pikseldir. Seçilen işlemcinin donanımın da TFT kontrolör modülü de mevcuttur. Bunun dışındaki EMG, LVDT ve ısılçift devreleri basit analog

devrelerdir. Anakartı oluşturan ARM işlemci bütün bu kaynaklardan aldığı verileri işleyip kaydetme görevini yerine getirecektir.

Literatürde (piyasada) çeşitli özelliklerde ısılçift (Isılçift) okuyucu ürünler bulunmaktadır. Örneğin Stanford Researh Systems tarafından üretilen SR630 Isılçift Monitor isimli ürün 16 kanaldan B,E,J,K,R,S ve T tipi ısılçiftleri 0.1°C çözünürlükle okuyabilmektedir. (-200°C) - (+1250°C) aralığındaki sıcaklık değerlerini algılayabilmektedir. Okunan sıcaklık değerlerini °C, °F, K veya DC gerilim seviyesi olarak üzerinde bulunan ekranda gösterebilmekte veya GPIB, RS232 iletişim protokolleri aracılığı ile dış cihazlara gönderebilmektedir. İletişimin olmadığı durumlarda 2000 sıcaklık örneğini hafızasında saklayabilmekte ve iletişim sağlandığında saklanan bu çevrimdışı bilgiyi de dış cihazlara gönderebilmektedir. Cihaz istenirse giriş kanallarından okunan sıcaklık değerlerinin bir lineer fonksiyonu olacak biçimde değişen 3 adet çıkış sinyali üretmektedir. Bu işaretler bir kontrol işareti olarak kullanılabilmektedir. Cihaz üzerinde bulunan tümleşik yazıcı sayesinde istenirse toplanan sıcaklık verilerine ait grafikleri kağıt üzerine dökebilmektedir. Ayrıca her bir kanal için kullanıcı tarafından tanımlanan limiti sıcaklık değerlerinin aşılması durumunda sesli alarm vererek kullanıcıyı uyarabilmektedir.

Benzer şekilde piyasada çeşitli özellikler de LVDT okuyucu sistemleri bulunmaktadır. Genel olarak otomasyon ve kontrol amaçlı olan ürünler DC veya AC uyarımlı olarak ayrılmaktadırlar. Örneğin Macro Sensor tarafından üretilen DMC-D2 serisi LVDT okuyucu 120-220V AC uyarımlı standart LVDT sensörleri okuyabilmekte üzerindeki ekranda çıkış değerlerini gösterebilmekte ve 0-10V veya 0-20mA çıkış işaretleri üretebilmektedir. Okunana değerler RS-232 veya ethernet arayüzü aracılığıyla dış cihazlara gönderilebilmektedir. 0 - 50°C aralığında çalışabilen cihazın çıkış işareti doğruluğu sıcaklıktan cihazın ±50 ppm/°C oranında etkilenmektedir. Maksimum örnekleme frekansı 10Hz olan cihazın çözünürlüğü çıkış işareti açıklığının 1/99999 da biridir.

EMG cihazlarının piyasadaki ürün ve üretici çeşitliliği, ısılçift okuyucu ve LVDT okuyucu gibi ürünlerle karşılaştırıldığında oldukça sayıda olduğu görülmektedir. EMG cihazlarının ısılçift ve LVDT okuyucular gibi otomasyon veya kontrol gibi genel amaçlı kullanım alanları bulunmamaktadır. Tıbbi araştırmalar, eğitim veya hastane kullanımı amacına yönelik son kullanıcısı EMG ile ilgili eğitimi olamayan insanlar için ürün çeşitliliği sınırlıdır ancak yine de piyasada çeşitli amaçlar için

üretilmiş ev tipi EMG cihazları bulunmaktadır. Örneğin Mind Media B.V. firması tarafından üretilen Anti RSI amaçlı boyun ve omuz bölgesi için el tipi bir EMG cihazı bulunmaktadır. Kibrit kutusu büyüklüğünde ve pil ile çalışan cihaz 2 giriş kanalına sahiptir ve kullanıcının ölçüm sonuçlarını bir eşik değer ile karşılaştırarak alınan EMG sinyalinin kullanıcı sağlığı açısından anlamını üzerinde kırmızı ve yeşil LED’ler ile kullanıcıya bildirmektedir. Cihaz beraberinde standart yüzey tipi EMG eletrotları da bulundurmaktadır.

2. LİNER DEĞİŞEN FARK TRANSFORMATÖRÜ

2.1 Amaç

Doğrusal yer değiştirmelerin algılanması ve bunların görsel arayüz ile görüntülenmesi amaçlanmıştır. Doğrusal yer değiştirme dışında ilave düzenlerle ivme, hız, basınç, kuvvet ve açısal yer değiştirme büyüklüklerin ölçümü LVDT algılayıcılar kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. Ölçüm sonuçları biyomedikal alanlarda, robot kontrol sistemlerinde, servo motor kontrol sistemlerinde kullanılabilmektedir.

2.2 LVDT Algılayıcıların Çalışma Prensibi

LVDT algılayıcılar, endüktif dönüştürücüler sınıfına girer ve temelde yer değiştirme ya da uzunluk ölçümünde kullanılmaktadır. Şekil 2.1'de LVDT, şematik olarak çeşitli yer değiştirme miktarları için çıkış işareti değişimleri gösterilmiştir. Yer değiştirme sırasında hareketli manyetik çekirdek birincil bobin sargıları ve ikincil bobin sargıları arasındaki kuplajı değiştirir. Sec.1 bobininde endüklenen gerilim, birincil bobine uygulanan giriş gerilimi ile aynı fazda, Sec.2 bobininde endüklenen gerilim ise zıt fazda olacak şekilde ikincil bobinler birbirine seri olarak bağlıdır. Eğer manyetik çekirdek her iki ikincil bobine de aynı genlikte gerilim endükleyebilecek şekilde x=0 noktasında duruyorsa ikincil bobin sargılarında endüklenen gerilimlerin toplamı sıfır olur. Çekirdek (nüve), Sec.1 bobinine doğru hareket ettirilirse, bu bobinde endüklenen gerilim artacak, Sec.2 bobininde endüklenen gerilim azalacaktır. Çıkış giriş ile aynı fazda olacaktır. Çekirdek (nüve) Sec.2 bobinine doğru hareket ettirilecek olursa bir önceki durumun tam tersi meydana gelecektir. Çıkış işareti, giriş işareti ile 180° faz farklı olacaktır.

Şekil 2.1 : LVDT giriş ve çıkış işaretleri

LVDT algılayıcıların diğer endüktif dönüştürücülerden üstünlükleri; küçük yer değiştirme miktarlarına büyük genlikli çıkış işareti vermesi, duyarlılıklarının yüksek olması, Sec.1 ve Sec.2 olarak iki ikincil sargıya sahip olması doğrusallığının yüksek olmasını sağlamaktadır. LVDT algılayıcılar, çekirdeği hareket edebilen dönüştürücüler olmaları nedeniyle de büyük yer değiştirmelere cevap verebilmektedirler. LVDT algılayıcılarda çözünürlük, en küçük çekirdek yer değiştirme miktarını kararlı olarak ölçebilme yeteneği olarak tanımlanabilir. Nanometrik hassasiyette LVDT algılayıcılar da tasarlanabilmektedir. LVDT algılayıcının bobinleri ile manyetik çekirdeği arasında çok az bir sürtünme olması, ölçme düzeninin ölçüm yapılan sisteme etkisinin az olmasını sağlamaktadır.

LVDT algılayıcıda bobin ve çekirdeğin birbirinden ayrı olması, ikisinin arasının manyetik olmayan bir malzemeyle yalıtılmasını ve bu şekilde basınç veya aşındırıcı herhangi bir ortamdan bobin kısmının korunabilmesini sağlamaktadır.

LVDT algılayıcının birincil ve ikincil sargılarının birbirinden tamamen izole edilmiş olması bu algılayıcıların tampon veya yalıtım devre katlarına gerek duymadan kullanılabilmelerine olanak sağlamaktadır. LVDT algılayıcının yapısındaki doğal simetri, onun tekrarlanabilir denge özelliğinde olmasını sağlamaktadır. Bu yüzden LVDT algılayıcıdaki denge durumu son derece kararlıdır. Bu kararlılık, yüksek kazançlı kapalı çevrim kontrol sistemlerinde mükemmel bir denge durum göstericisi olarak kullanılmasına olanak sağlamaktadır.

2.3 LVDT Kuvvetlendiricilerin Çalışma Prensibi

Yön bilgisinin de elde edildiği basit bir LVDT detektörü Şekil 2.3'de gösterilmiştir. Diyot, direnç ve kondansatör elemanları basit bir genlik demodülatörü olarak çalışmaktadır. V1 ve V2 DC gerilimlerinin farkı olarak voltmetreden okunacak VO

gerilimi çıkış büyüklüğü olarak elde edilecektir. Daha karmaşık bir LVDT kuvvetlendiricisi blok diyagramı Şekil 2.4'de gösterilmektedir. Birincil bobini besleyen ana osilatörün frekansı (taşıyıcı frekans) 2,5KHz kadardır. LVDT ikincil bobin çıkışları, bir fark kuvvetlendiricisine bağlıdır. Fark kuvvetlendirici çıkışı ise çekirdek hareketi ile modüle edilen taşıyıcı işaretteki genlik değişimi bilgilerini elde etmek üzere dengeli demodülatöre bağlıdır. Faz düzeltici devre, demodülatör için bir referans işaret fazı sağlamaktadır. Faz farkına da duyarlı olan demodülatör için bu referans işaretin önemi büyüktür. Faz düzeltici devre, ana osilatörden aldığı işaretin fazını çok az değiştirerek, ancak LVDT ikincil bobin sargılarında bozulan faz farkını yenmek üzere, demodülatörün referans girişine uygulamaktadır. Bu faz düzeltici devrenin fazı, sıfır yer değiştirme girişi için demodülatör çıkışında sıfır gözlenecek şekilde ayarlanmalıdır ( sıfır ayarı).

Şekil 2.3 : Basit bir LVDT dedektörü.

2.4 Tasarlanan LVDT Kuvvetlendirici

Şekil 2.5 : LVDT kuvvetlendirici devre şeması.

Şekil 2.5’de gösterilen devre şeması LVDT kuvvetlendirici için tasarlanmıştır. Devre girişinde DCP010505DB güç entegresi kullanılmaktadır. Bu entegre girişine verilen 0-5V gerilimi ±5V çıkış gerilimi olarak çevirebilmektedir. Girişte algılayıcının

üretmek için CD4053 lojik entegreleri kullanılmıştır. Devre tamamen Analog olarak tasarlanmıştır. Devre içerisinde bir aktif filtre tasarımına da yer verilmiştir. Algılayıcının giriş uçlarına uygulanan AC işaret ile algılayıcı çıkışında bir seviye elde edilmektedir. İstenilen çıkış hassasiyeti göre kuvvetlendirme kazancı belirlenmektedir. Devrede ±3mm algılama yapabilmek bir çıkış ve daha geniş bir aralık ölçümü için bir çıkış daha yer almaktadır. Devrede TLE2142, TL074 düşük gürültülü işlemsel kuvvetlendirici kullanılmıştır. Bu devrenin çıkışında da ±6V düzeyinde bir çıkış elde edilmektedir. Burada da ADC girişine gelmeden önce kaydırma ve bölme için bir devre kullanılmıştır. Devre, Şekil 2.6’da gösterilmiştir.

3. KÖPRÜ KUVVETLENDİRİCİ

3.1 Amaç

Ağırlık, basınç gibi analog büyüklüklerin ölçümlenmesi için kullanılmaktadır. Gerinim ölçerler, germe yoluyla malzemenin elektriksel direncinin değiştirilmesi prensibini kullanarak çalışmaktadır.

3.2 Gerinim Ölçerler

Ağırlık ve basınç ölçme işlemlerinde kullanılan dönüştürücülerden biri de gerinim ölçerlerdir {"strain gage"lerdir). Gerinim ölçerler, germe yoluyla malzemenin elektriksel direncinin değiştirilmesi prensibini kullanırlar. Genellikle küçük işaret değişiklikleri oluşturduklarından bir köprü devresi ile yüksek kazançlı bir fark kuvvetlendiricisine (köprü kuvvetlendiricisi) gereksinim duymaktadırlar. Köprü devrelerinde kullanılmaları, bunların ısıl açıdan da kararlı çalışmalarını sağlamaktadır. Kullanılan malzeme, metal, yarıiletken veya iletken sıvı olmaktadır. Metal ve yarıiletken gerinim ölçerlere 30gr'lik bir kuvvet uygulandığında boylarında 50usi'lik bir uzama elde edilmektedir. Gerinim ölçerlerin bağıl boy uzamalarına (dL/L) karşı gösterdikleri bağıl direnç değişimi (dR/R), geyç faktörü veya gerinim duyarlığı, G, olarak tanımlıdır ve G = ( dR/R ) / (dL/L) olarak ifade edilir.

Şekil 3.1'de yüzeye yapıştırılabilen türden bir gerinim ölçer şematik olarak gösterilmiştir. Bunun yanında yapıştırma gerektirmeyen türden olanları da vardır. Bir kere gerinim ölçer yapıştırıldı mı yapıştırıldığı malzeme yüzeyinin bir parçası durumuna gelir ve yüzeyle birlikte aynı miktar gerilir ve gerinim ölçerdeki tellerin boyları uzar ve sonuçta seri bağlı tellerin toplam direnci artar.

3.3 Köprü Kuvvetlendiricilerin Çalışma Prensipleri

Gerinim ölçerler, genelde Wheatstone köprü devrelerinin kollarından en az birinde olacak şekilde kullanılırlar. Şekil 3.2'de, gerinim ölçerin, Wheatstone köprüsünün bir kolunda kullanılma şekli gösterilmiştir. Şekil 3.2'de köprüde kullanılan geyç elemanının, bir tarafından mesnetli kuvvet uygulama çubuğunun bir yüzüne yapıştırılmış olduğu temsili olarak gösterilmiştir. Köprü kuvvetlendiricisi çıkışındaki gerilim, köprü V± gerilimi ile beslendiğine ve kuvvetlendiricinin kazancı K olduğuna göre, (3.2) olarak hesaplanabilmektedir.

Şekil 3.2 : Kuvvet çubuğunun bir yüzüne yapıştırılmış köprü.

(

)

Köprü kolunda Şekil 3.3'de gösterildiği gibi kuvvet uygulama çubuğunun biri alt yüzüne diğeri üst yüzüne yapıştırılmış iki geyç elemanı kullanıldığında kuvvetlendirici çıkış gerilimi ifadesi,

Şekil 3.3 : Kuvvet uygulama çubuğunun iki yüzüne yapıştırılmış

R R V K R R R V K v i i o δ δ 2 . 2 1 2 . . = ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ + ₋ = (3.2)

olarak hesaplanabilecektir. İki gerinim ölçerli bu köprü montajı, yarım köprü montajı olarak da bilinmektedir.

Şekil 3.4'de gösterildiği gibi kuvvet uygulama çubuğunun, köprü kollarının dördünü de besleyecek şekilde dört gerinim ölçer elemanı yapıştırıldığında, köprü çıkış gerilimi, (3.4) formülündeki gibi olacaktır

Şekil 3.4 : Kuvvet çubuğuna 4 adet yapıştırılmış köprü.

R R V K R R R R R R V K v_{o i} δ δ . _i.δ 2 2 . . = ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − − + = (3.3)

(3.2), (3.3) ve (3.4) eşitlikleri karşılaştırıldığında, dört kolda da geyç ekranı kullanan tam köprü montajı, iki kolda ve tek kolda geyç kullanan köprü montajlarına göre daha yüksek kazanca sahiptir. Tek kolda geyç kullanan köprü montajında, köprü çıkış gerilimi ile bağıl direnç değişimi arasındaki ilişki, diğer iki montajdakine göre daha az lineerdir ve lineerlik ancak R>>dR şartı altında geçerlidir. Gene de kuvvet uygulama çubuğunda tek geyç kullanma zorunluluğu olduğu durumlarda, sıcaklık kompanzasyonu için, bu aktif geycin bulunduğu kolun komşu kolunda, bu aktif geyç ile aynı ortamda olan ve üzerine gerilme gelmeyen aynı değerde ikinci bir geyç kullanılmalıdır. Bu durumda, sıcaklık değişimleri birbirine eş olan bu iki geyç elemanında da aynı direnç değişimine neden olacak ve köprü dengesi bozulmayacaktır. Üzerine gerilme gelmeyen ve sıcaklık kompanzasyonu için kullanılan bu ikinci geyç elemanına "dummy gage" adı verilmektedir. Ağırlık ölçmede kullanılan, özel forma sahip dört geyç elemanlı kuvvet uygulama çubukları da "load cell" (yük hücresi) olarak isimlendirilmekte ve sanayide ve ölçme ortamlarında kullanılmaktadır.

Köprü devrelerinde, köprü köşegenlerinde ortaya çıkan bağlantı noktalarında sıcaklık farkları nedeniyle ortaya çıkan termoelektrik etkilerden kurtulmak için doğru gerilim kaynakları yerine alternatif gerilim kaynakları kullanılmaktadır [1]. Bu durumda,

tasarlanmakta ve doğru gerilim olarak köprü kollarında bulunan termoelektrik potansiyeller etkisiz bırakılmaktadır.

3.4 Tasarlanan Köprü Kuvvetlendirici

Şekil 3.5'de, tasarlanan köprü kuvvetlendiricisinin blok şeması gösterilmiştir. Bu şemada, köprü besleme gerilimi olarak l0V'luk kararlı gerilim kaynağı kullanılmıştır. Köprü kuvvetlendiricisi, Şekil 3.5'de gösterildiği gibi enstrümantasyon kuvvetlendiricisi olarak tasarlanmıştır. Kuvvetlendiricinin sıfır ve kazanç ayarları birer ayarlı direnç yardımıyla yapılmaktadır. Yük hücresi (load cell) duyarlığı, mV/V cinsinden, tam skalada (maksimum ölçme değerinde), köprü besleme geriliminde 1V başına, köprü çıkış gerilimi olarak verilmektedir [8]. Köprü E=10V’luk bir gerilim kaynağı ile beslenmekte ve yük hücresi 2mV/V’luk duyarlığa sahipken, köprünün maksimum yükteki çıkış gerilimi 20mV olur. Bu gerilimin, maksimum çevirme gerilimi 2V olan Analog/Sayısal çeviriciye uygulanabilmesi için

Şekil 3.6 : Enstrümantasyon kuvvetlendirici

2V/20mV=100 kazanç ile kuvvetlendirilmesi gerekir. Şekil 3.6'da kazancı 100 olarak gerçekleştirilen enstrümantasyon kuvvetlendiricisi devre şeması gösterilmiştir. Enstrümantasyon kuvvetlendiricilerinin en temel özellikleri, giriş empedanslarının yüksek oluşu ve ortak mod gerilimini kuvvetlendirmeyen bir fark kuvvetlendiricisi olarak tasarlanmalarıdır.

Şekil 3.6’daki devrede düğüm denklemlerinden hareketle, devrenin kazancı bulunabilir. G, admitansı; Vcm, ortak mod gerilimini ve Vd, fark gerilimini göstermek

üzere, devrenin düğüm denklemleri,

(

)

(

)

şeklindedir. Devrenin girişindeki gerilimler ise,

2 2 3 2 3 2 d cm d cm v v v v v v v v − = = + = = (3.5)

olarak yazılabileceğinden devrenin Vo çıkış gerilimi, (3.5) ve (3.6) eşitlikleri

ofs cm d o o v R R R R v R R R R R R v R R R R R R R R R v 1 3 2 4 1 2 4 3 3 4 3 2 4 3 1 2 3 4 . . 2 1 1 − ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − − ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + = (3.6)

olarak elde edilir. R3/R4 = R2/R1 şartı sağlandığında, Vo geriliminde, ortak mod

gerilimine (Vcm'ye) ilişkin terim düşer ve (3.7) eşitliği,

ofs d o o v R R R R v R R R R R R R v 1 3 2 4 3 2 4 3 3 4 . . 1 − ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ + + + = (3.7)

durumuna gelir. (3.8) eşitliğinden görüldüğü gibi, Vo ile Vd arasındaki kazanç Ro ile

ve çıkış ofset (doğru gerilim kayma) gerilimi de Vofs gerilimi ile

değiştirilebilmektedir. R4 = 100 KΩ, R3 = 10 KΩ, R2 = 10 KΩ, R1 = 100 KΩ RO = 3KΩ

4. ISILÇİFT KULLANILARAK HASSAS SICAKLIK ÖLÇÜMÜ

4.1 Amaç

Ortam sıcaklığını veya herhangi bir yüzey sıcaklığını algılamak amacıyla kullanılmaktadır.

4.2 Sıcaklığa Bağımlı Direnç (RTD)

Sıcaklık dönüştürücüleri, sıcaklıkla direncin değişmesi (termorezistif etki) veya sıcaklıkla gerilim üretme (termoelektrik etki) prensiplerine göre çalışırlar. Belli metal ve yarıiletkenlerin dirençlerinin sıcaklıkla değişmesi prensibini kullanan termorezistif elemanların sıcaklık-direnç karakteristiği lineer sayılabilir ve bu durumda,

[

]

O

T R T T

R = .1+α( − (4.1)

bağıntısı geçerli olur ki bu eşitlikte RT, T sıcaklığındaki ve Ro, To sıcaklığındaki dirençler, a ise malzemenin %/°C cinsinden sıcaklık sabitidir. Malzemesi yarıletken olan termistörlerin sıcaklık sabitleri metallere göre oldukça yüksek (4 %/°C) olmasına rağmen lineerlikleri iyi değildir. Metaller içinde ise sıcaklık sabiti 0,4 %/°C olan platin, oldukça geniş bir sıcaklık aralığında (-180 °C ile +630 °C arasında) en mükemmel doğrusallığa sahip olan termik direnç elemanıdır. 0 °C ile 100 °C arasında kullanılan bir platin direnç termometresinde ±% 0,2 civarında bir lineerlik hatasına ve 0,001°C'lik bir doğruluğa erişilebilmiştir.

Çizelge 4.1 : 10K NTC sıcaklık-ADC değeri tablosu.

sıcaklık[°C] ADC değeri sıcaklık[°C] ADC değeri -20 83 15 177 -19 86 16 179 -18 88 17 181 -17 91 18 183 -16 94 19 185 -15 97 20 187 -14 100 21 189 -13 102 22 191 -12 105 23 192 -11 108 24 194 -10 111 25 196 -9 114 26 198 -8 117 27 199 -7 120 28 201 -6 123 29 202 -5 126 30 204 -4 129 31 205 -3 131 32 207 -2 134 33 208 -1 137 34 210 0 140 35 211 1 143 36 212 2 145 37 213 3 148 38 215 4 151 39 216 5 153 40 217 6 155 41 218 7 158 42 219 8 160 43 220 9 163 44 221 10 165 45 222 11 167 46 223 12 169 47 224 13 172 48 225 14 175 49 226

Bu bölümde, sıcaklığa bağımlı direnç elemanı olarak termik direnç veya kısaca NTC elemanı ele alınmış ve (25°C)'de 10KΩ'luk direnç değerine sahip olan NTC elemanı PT100, RTD kuvvetlendiricisi olarak tasarlanan devrede kullanılmıştır.

Çizelge 4.1'de, PT100 elemanının (1°C)'lik artımlarla (-45°C)'den (+100°C)'ye kadar olan sıcaklık değişimi aralığındaki direnç değişimi verilmiş ve bu değişimin eğrisi Şekil 4.1’de gösterilmiştir.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 -45 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

8-bit ADC Value 10-bit ADC Value

Şekil 4.1 : NTC elemanının sıcaklık-ADC değeri grafiği

(-45°C) - (+100°C) gibi geniş bir sıcaklık aralığında çalışıldığında lineer sıcaklık-direnç ilişkisi,

[

]

. k T

R

R_T = _O + (4.2)

şeklinde de verilmektedir ki burada R0, (25°C)’deki malzeme direncidir. Platin için k

sabiti 0,000392 °C-1 (USA standardı) kadardır .

4.3 RTD Kuvvetlendiricileri Çalışma Prensibi

RTD elemanlarının sıcaklıkla olan direnç değişimleri genel olarak iki yolla algılanır; a) sabit akım kaynağının bu direnç üzerindeki gerilim düşümünü ölçmek ve b) bu direnç bir köprü kolunda kullanılıp, köprü çıkış gerilimini ölçmek [1]. Şekil 4.2'de, 1mA'lik kararlı akım kaynağı akımının RTD elemanı uçlarında oluşturduğu gerilimi kuvvetlendiren bir RTD kuvvetlendiricisi blok şeması gösterilmiştir. fo=1Hz köşe frekanslı AGF (Alt Bolum 3.3'de anlatıldığı gibi) 50Hz de dahil olmak üzere yüksek frekanslı gürültüleri bastırmak için kullanılmıştır. Bu devrede NTC elemanından, alınan analog gerilim değeri ADC dönüştürücü kartı ile sayısal değere

çevrilmektedir. Ana işlemci bu değeri ADC çeviriciden SPI haberleşmesi ile alarak tablo üzerindeki sıcaklık değerine eşitlemektedir.

NTC elemanı dört uçlu olarak gerçekleştirilip kuvvetlendiriciye giden gerilim uçlarının içerden seçilmesiyle hem akım bağlantı noktalarındaki dirençlerin gürültü etkilerinden ve hem de akım kaynağından NTC elemanına giden akım taşıyıcı iletkenlerde sıcaklık dağılımı nedeniyle oluşan direnç değişimlerinin etkilerinden kurtulmuş olunmaktadır.

Şekil 4.2 : Isılçift kuvvetlendirici devre şeması.

Şekil 4.3'de köprü tipi sıcaklık ölçme ünitesi blok şeması gösterilmiştir. Burada da sıcaklığa duyarlı NTC elemanı üç uçlu olarak gerçekleştirilmiştir. Bu durumda RL1 ve RL2 bağlantı iletkenleri komşu kollara bölüştürüldüğünden ve bu komşu kollardaki eş etkiler birbirini yok edeceğinden, bunların gürültü etkileri de köprü çıkışına yansımayacaktır.

Köprü kuvvetlendiricilerde hata kaynaklarından biri de çeşitli bağlantı noktalarında oluşan termoelektrik potansiyellerdir. Bu etki, tüm bağlantı noktaları aynı sıcaklıkta tutularak azaltılabilir veya köprü, alternatif (AC) gerilim kaynağı ile sürülerek giderilebilir. Isıl direnç dönüştürücülerde örnekli bir hata kaynağı da dönüştürücüden akan akımın (I) dönüştürücüde oluşturduğu I2RT gücüdür ki bu, dirençte ısı olarak

açığa çıkar. Bu etkiden kurtulmak için köprü, darbe kaynağı ile sürülebilir veya daha basit bir yol olarak alternatif gerilim kaynağının gerilimi azaltılıp köprü kuvvetlendiricisinin kazancı artırılır. Dengeleme potansiyometresi ölçme aralığının başındaki, örneğin 0°C’deki, sıcaklıkta ayarlanarak sıcaklık ölçen devrenin sıfır ayarı yapılır. Ölçme sıcaklık aralığı çok fazla değilse, Şekil 4.3'deki RL3 bağlantı iletkeni

kaldırılacak biçimde, besleme kaynağının bağlantı noktası içeri, R3 ile RL2'nin

bağlandığı noktaya, alınabilir. 0 - 100°C aralığı için direnç termometresinde lineerlik hatası maksimum +0,5°C olmaktadır.

4.4 Tasarlanan Isılçift Sıcaklık Ölçme Devresi

Tasarlanan ısılçift devresinin blok diyagramı Şekil 4.4’de verildiği gibidir. Ortam sıcaklığının ölçülmesi amacıyla bir NTC elemanı yerleştirilmiştir. Kullanılan NTC seçilen hassas dirençlerle birlikte 0-5V aralığında bir çıkış gerilimi sağlamaktadır. Okunabilecek seviyede bir çıkış elde edilebildiği için NTC çıkışına herhangi bir kuvvetlendirici tasarımı eklenmemiştir.

Isılçift çıkışında ise mikroVolt seviyelerinde çıkış elde edilebildiği için, çıkışında AD8553 enstrumantasyon kuvvetlendirici entegresi kullanılarak kuvvetlendime yapılmıştır. Devrede 500 kat kuvvetlendirme seçimi yapılmıştır. Devrenin tasarımında entegrenin kataloğunda verilmekte olan referans devre kullanılmıştır. Kazanç devresine göre kullanılabilecek dirençler katalokta belirtildiği gibi seçilmiştir. Hassasiyet için kullanılan dirençlerin %1 lik olmasına özen gösterilmiştir.

NTC Ölçme ThermoCouple_Girişi

Thermocouple Kuvvetlendirici

0-5V ADC Çıkışı 0-5V ADC Çıkışı

Ortam Sıcaklığı Fark Sıcaklığı

Şekil 4.4 : NTC ölçme ve ısılçift ölçme blok diyagramı.

Tasarlanan devrenin üzerinde besleme bulunmamaktadır. Besleme ADC dönüştürücü devresi üzerinden sağlanacaktır. Tasarlanan devrenin şeması Şekil 4.5’de gösterildiği gibidir.

Şekil 4.5 : NTC ve ısılçift devre şeması.

Devrenin PCB çizimi Şekil 4.6’da gösterildiği gibidir. Devreye güç geldiğinin anlaşılması amacıyla bir LED eklenmiştir. Enerji verildiğinde iki çıkış da çalışmaya başlamaktadır. Merkez ölçme devresinde seçilen ADC girişlerinden biri NTC birisi de ısılçift olarak seçilir. Bu seçimlere göre merkez ölçme ve yorumlama devresindeki

algoritmalar çalışacaktır. Merkez ölçme ve yorumlama sistemi gösterge panelinde seçilen sistemlerin çıkışı gözlemlenebilmekte ve kayıt altına alınabilmektedir.

5. EMG ELEKTROT TASARIMI

5.1 Amaç

Kasılmalar ve bilgi transferine sebep olan kas ve sinir depolarizasyonu yarı geçirgen bir zardan bazı kimyasalların geçmesi ile oluşmaktadır. Bu iyonik hareket, bir potansiyel hareketine sebep olur. Uyarılabilir bir hücre depolarize olduğunda, hücre zarında hücreye yaklaştırılan iki elektrot ile gözlenebilecek geçici bir potansiyel farkı oluşur. Biyopotansiyel kayıt, sinir ve kasların bu elektriksel etkinlikleri sonucu oluşan hücre depolarizasyonlarının ölçülmesi işlemidir. Hücre zarı depolarizasyonu, kas ve sinirlerde benzer şekilde oluşmaktadır. Tepkinin genliği, kaslarda çok daha etkilidir ( kalp kasının uyarılması sonucu oluşan sinyal genliği, nöral sinir darbesinin oluşturacağı sinyalden 1000 kat daha fazladır ).

Kas kasılmaları sırasında potansiyel değişimlerinin ölçülmesine Elektromiyogram (EMG) ve kalbin elektriksel aktivitelerinin ölçülmesine Elektrokardiyogram (EKG).

5.2 EMG İşaretlerinin Genel Yapısı

EKG ölçümü, kalp kası nedeniyle oluşan potansiyel değişimlerinin ölçülmesidir. Elektromiyogram (EMG) ise kasın elektriksel aktivitesinin ölçülmesidir: Dolayısıyla EKG kaydı bir tür EMG ölçümüdür. EMG sinyalleri de, ECG ölçümü için kullanılan aynı ekipmanla ölçülmektedir. EMG sinyalinin boyutu doğrudan uyarılan kas tellerinin sayısı ile alakalı olmaktadır.

Klinik olarak travmanın ertesinde bir kas grubunun fonksiyonunu izlemek için kullanılmaktadır. Aynı zamanda şüphelenilen nörolojik bir hasarda kas grubunun fonksiyonunu yerine getirip getirmediği için de kullanılabilecek bir yöntemdir. EMG sinyalleri sinir depolarizasyonu sonucu oluşan sinyallerden daha büyüktür. Dolayısiyle EMG motor sinir bilgisinin gelmesini algılamak için de kullanılmakta böylece bir kas grubunun gevşemeyi takip eden kasılmasının algılanması mümkün olmaktadır.

Şekil 5.1’de EMG için kullanılan tek fazlı (Monopolar) ve çift fazlı (Bipolar) ölçüm metotlarını göstermektedir. Ortak mod sinyali minimize etmek Çift fazlı (Bipolar) yapıda mümkün olduğu için genellikle çift fazlı ölçümler kullanılmaktadır.

Şekil 5.1 : EMG için tek fazlı ve çift fazlı ölçüm metotları . 5.3 Kas (EMG) Gürültüsü

Kasların kasılması milivolt seviyesindeki gerilimlerin oluşmasına neden olmaktadır. EMG taban hattı genellikle mikrovolt mertebesindedir ve bu yüzden genellikle önemsizdir. Şekil 5.2’de de görüldüğü gibi kas kasılmasından oluşan işaret, sıfır ortalamalı band sınırlı Gauss gürültüsünün geçici değişimleri olarak kabul edilebilir. Bu gürültüye ait parametreler:

Standart sapma: EKG genliğinin tepe-tepe değerinin %10’u. Süre: 50ms. Frekans bileşeni: DC’den 10 000Hz’e

5.4 Elektronik Cihazlardan Kaynaklanan Gürültüler

Elektronik cihaz kaynaklı gürültüler (Şekil 5.3) QRS algılama algoritmaları ile düzeltilemez. Giriş kuvvetlendiricisi doymadadır ve EKG hakkında herhangi bir bilgi detektöre ulaşmaz. Bu durumda sistem bir sesli uyarı vererek teknisyeni düzeltici faaliyet için uyarmalıdır.

Şekil 5.3 : Cihaz kaynaklı gürültüler. 5.5 Elektrokoter Gürültüsü

Elektro cerrahi gürültüsü EKG işaretini tümüyle bozar ve yaklaşık 100kHz ve 1MHz frekanslı yüksek genlikli bir sinüzoidal olarak temsil edilebilir. EKG işareti 250 ila 1000Hz gibi bir frekansla örneklendiğinde, bu örtüşen işaret de EKG işaretine eklenmektedir. Genlik, süre ve muhtemel örtüşme frekansı değişken olmalıdır. Tipik parametreler:

Genlik: EKG genlik tepe-tepe değerinin %200’ü. Frekans bileşeni: 100kHz-1MHz.

Süre: 1-10 s

5.6 Hareket Gürültüsü

Hareket gürültüsü, (Şekil 5.4) elektrot hareketinden dolayı deri-elektrot arası empedans değişimi nedeniyle taban hattında oluşan geçici (basamak şeklinde değil) artefaktlardır. Aşağıda bu gürültü ile ilgili şekil görülmektedir. Bu empedans değiştikçe, EKG kuvvetlendiricisi, kuvvetlendiricinin giriş empedansı ile gerilim bölücü oluşturan farklı bir kaynak empedansı görür. Dolayısıyla kuvvetlendiricinin giriş gerilimi, elektrot pozisyonunun değişimi ile değişen kaynak empedansına

olarak kabul edilmektedir. Hareket artefaktından dolayı oluşan taban hattı bozulması, sinüs dalgasının bir çevrimine benzeyen iki fazlı bir işaret olarak kabul edilebilir. Bu gürültünün değişkenleri tepe genliği ve süresidir. (Süre 100-500ms arası, genlik ise EKG genliğinin tepeden tepeye değerinin %500 kadar olabilir.)

Şekil 5.4 : Hareket gürültüsü. 5.7 Tasarlanan Aktif EMG Filtre

Tasarım PCB üzerinde gerçekleştirilmiştir. Amaç, tasarlanmış olan aktif elektrot ile yapılan ölçümlerin piyasadan alınan bir aktif EMG elektrotuna göre doğruluğunun test edilmesi olmaktadır. EMG ölçümleri istenilirse yazılacak ek programlarla farklı görevlerde kullanılabilecektir.

Tasarım, üç bloktan oluşmakta; güç bloğu burada DCP010505DB çift kaynak kullanılmıştır. Bu entegre ile ±5V elde edilmektedir, enstrumantasyon kuvvetlendirici olarak INA128 kullanılmıştır. Çıkış filtresi için OPA2227 kullanılmıştır. Devre çıkışında ise Iso124 izole işlemsel kuvvetlendirici kullanılarak devre tamamen izole edilmiştir.

Iso124 izole işlemsel kuvvetlendirici entegresi girişine ve çıkışına izole iki kaynaktan besleme gerilimleri sağlanarak çalışmaktadır. Devre şeması Şekil 5.5’de gösterilmektedir.

Şekil 5.5 : Aktif EMG elektrot şeması.

ADC ölçme sistemi 0-5V aralığındaki gerilimleri ölçebilmektedir. EMG devresi ise ±5V aralığında çıkış vermektedir. Devre çıkışına Çıkış işaretini ikiye bölerek 2.5V

kaydıran bir işlemsel kuvvetlendirici devresi yerleştirilmiştir. Bu ek devre üzerinde OPA2227 entegresi kullanılmıştır. Devre Şeması Şekil 5.6’da gösterilmektedir.

Şekil 5.6 : Kaydıma ve seviye dengeleme devresi

Kaydırma devresinin çıkışında hassas bir çıkış elde edilebilmesi için %1’lik dirençler kullanılmıştır.

6. SAYISAL VERİ TOPLAMA BÖLÜMÜ

6.1 Amaç

Analog işaret den sayısala dönüştürülmüş büyüklükleri saklanması işlenmesi görüntülenmesi görevlerini gerçekleştirecek olan blok tasarlanmıştır.

6.2 Tasarlanan Merkez Ölçüm Sistemi

At91SAM9261 ARM926JE mikroişlemcisi kullanılmaktadır. İşlemci üzerinde TFT kontrolör bloğu bulunmaktadır. ADC çevirici sistemleri ile haberleşmesi amacı ile devre üzerinde bir SPI çıkışı bırakılmıştır. İşlemcinin üzerinde TFT kontrolör bulunmaktadır. ADC üzerinden gelen analog büyüklükleri gösterge üzerinde gösterilmesi için 4.3” 480x272 piksel Bir TFT LCD kullanılmıştır. Ayrıca İşlemci üzerinde iki adet ana USB yer almaktadır. Bunlara bağlanacak bir USB ile istenilen veriler kayıt altına alınabilecektir. Devre 6 katlı PCB teknolojisi ile üretilmiştir. Tuş kontrolü içinde tasarlanan 8 adet kapasitif tuş kullanılmıştır.

Sistem üzerinde 24 adet ADC çevirici kanal bulunmaktadır. Bunlar seçimli olarak çalışmaktadır. Aynı anda 24 noktadan data almak mümkün değildir. 16 adet ve 8 adet olarak iki parça şeklinde tasarım gerçekleştirilmiştir. 8 adet çevirici üzerinde ±5V kaynak bulunmaktadır. Diğer 16 adet üzerinde ise 0-5V kaynak bulunmaktadır. Sistemin Blok diyagramı şekil 6.1 de gösterildiği gibidir.

Şekil 6.1 : Ölçme sistemi blok diyagramı 6.3 ADC Çevirici Devre Tasarımı

1MSPS çevirme kapasitesine sahip ADS7951(8CH) ve ADS7953(16CH) ADC çevirici entegreleri kullanılmıştır. Devrede ayrı ADC çeviriciler kullanılmasının nedeni bu seviyedeki işlemciler üzerinde ADC bulunmaması ve devrenin iç gürültüsünden bağımsız bir devre olmasının avantajından yaralanılmasıdır.

ADS7951(8CH) çevirici devresi üzerinde ±5V, GNDA ve ADC girişi olan konektörler ve entegreden oluşmaktadır. Devrelerin beslemesi izole 5V kaynaktan sağlanmaktadır. ±5V kaynak için DCP010505DB entegresi kullanılmıştır. Devrenin şeması Şekil 6.2’de gösterildiği gibidir. ADS7951(8CH) 12Bit çözünürlüğe sahip ADC dönüştürücü entegresi 1MSPS örnekleme hızına sahiptir. En yüksek hızda haberleşme gerçekleştirildiğinde kanal başına 125KHz/kanal örnekleme hızına

ulaşılabilmektedir. Okuyacağımız işaretlerin Nyquist frekansına göre 8KHz örnekleme hızı sistemimiz için yeterli olacaktır. Bu 8 kanal 8Khz/kanal örnekleme hızına sahiptir.

Şekil 6.2 : 8 kanal (+5V) - (–5V) ölçme sistemi şeması Devrenin PCB çizimi şekil6.3 de gösterildiği gibidir.

Şekil 6.3 : 8 kanal (+5V) - (–5V) ölçme sistemi PCB çizimi

ADS7953(16CH) çevirici devresi üzerinde 5V, GNDA ve ADC girişi olan konektörler ve entegreden oluşmaktadır. Devrelerin beslemesi izole 5V kaynaktan sağlanmaktadır. ADS7951(16CH) 12Bit çözünürlüğe sahip ADC dönüştürücü entegresi 1MSPS örnekleme hızına sahiptir. En yüksek hızda haberleşme gerçekleştirildiğinde kanal başına 62.5KHz örnekleme hızına ulaşılabilmektedir. Hazırlanan devrede kullanılan analog sayısal dönüştürme entegresinin çalışma yapısı nedeniyle örnekleme hızı kanal başına 4KHz/kanal olarak gerçekleştirilebilmiştir. Devrenin şeması şekil 6.4 de gösterildiği gibidir.

6.4 Mikroişlemci Devre Tasarımı

Mikroişlemci Devre Tasarımı Bloklar halinde gerçekleştirilmiştir. Sırayla Mikroişlemci Bloğu, Bellek Bloğu ve TFTLCD bağlantı Bloğu olmak üzere üç Bloktan oluşmaktadır. ADC haberleşmesi için SPI ve iki tane CS pini bir konektöre çıkarılmıştır. Yazılım içerisinden seçilen moda bağlı olarak kanal seçimleri yapılır. İşaret çizme işlemi yaptırılacaksa 8CH ADS7951 ünitesi seçilmelidir.

Şekil 6.7 : NAND flash ve SDRAM şeması.

Şekil 6.7 de gösterilmekte olan devre tasarımı, 32bit adres basına sahip SDRAM geçici hafıza elemanı, NAND flash kalıcı bellek ve EEPROM hafıza elemanlarının bağlantılarını içermektedir.

SDRAM ve NAND flash ile ana işlemci arasındaki bağlantı PCB tasarımında çizilen yollara özellikle dikkat edilmesini gerekmektedir. Bu veri yolları ve adres yolları üzerindeki haberleşme hızı 100MHz olmaktadır. Yüksek frekans PCB bilgisayar yazılımları ile işaretler tasarım öncesinde mutlaka test edilmelidir.

Şekil 6.8 : TFTLCD bağlantı şeması.

Merkez Sistem Devre tasarımı AT91SAM9261 işlemcisi için yayınlanmış olan referanslar üzerinden hareket edilerek gerçekleştirilmiştir.

Devre üzerinde tuşlarla haberleşmeyi sağlayacak konektörler ve ADC çeviriciler için özel bir konektör bulunmaktadır.

İşlemci çalışmak için 3V3 ve 1V2 olmak üzere iki değişik kaynağa gereksinim duymaktadır. Bunun için güçlü ve izole bir SMPS tasarımı gerçekleştirilmiştir.

6.5 Güç Katı Devre Tasarımı

Güç katı iki bölümden oluşmaktadır. SMPS katı entegresi olarak TNY272 kullanılmıştır. SMPS katı çıkışında +5V ve +3V3 çıkış elde edilmektedir. İzole SMPS çıkışı mikroişlemci devresinin beslemesinde kullanılmıştır. Bu besleme aynı zamanda bağlanacak olan USB flash hafıza elemanı, klavye gibi çevre elemanlarını da beslemek için kullanılmaktadır. ADC çevirici katlarının beslemesi için trafolu bir tasarım kullanılmıştır. 5V çıkış vermektedir. Çıkışta bir LDO entegre kullanılmıştır. Devre şeması ve PCB çizimleri Şekil 6.9 ve Şekil 6.10’da gösterilmektedir.

Şekil 6.10 : Besleme PCB çizimi 6.6 Cihaz İçerisinde Kullanılan Kartlar

Şekil 6.11 : Anakart donanım tasarımı

Şekil 6.13 : Tasarlanan cihazın iç görünümü ve bağlantılar 6.7 Tasarlanan Cihazın Görünümü

Cihazın EMG işaretinin, çizimi sırasındaki görünümü Şekil 6.14’de gösterilmektedir.

6.8 Yazılım Tasarımı

Yazılım tasarımı iki bloktan oluşmaktadır. Linux işletim sistemi ve SDL kütüphanesi kullanılarak yazılan Uygulama yazılımı olarak iki anan gruba ayrılmaktadır. Merkez ölçme sisteminin yazılım yapısı Şekil 6.14’de gösterilmektedir.

Linux kernel ihtiyaç duyulan özelliklere göre derlendikten sonra Dataflash içerisine kaydedilmektedir. Sistem enerjilendirildiğinde fabrika çıkışında yazılmış olan RomBoot yazılımı çalışmaya başlar ve BootUp işlemi başlatılır. BootUp yazılımının görevi Linux kernel yazılımı ve uygulama yazılımını dataFlash’tan kopyalayarak SDRAM üzerinde belirlenen adrese kopyalamaktır. Bu sürede işlemci ekranında bir açılış resmi gösterilmektedir.

BootStrap

Kernel ve Uygulama Kopyalama ROMBOOT yazılımı

LİNUX KERNEL

Uygulama Çalışmaya Başlıyor

Uygulama Yazılımı

SDL kütüphanesi kullanılarak yazılan uygulama yazılımı içerisinde grafik çizme ekrana yazı yazma tuşları tarama haberleşmeyi yönetme gibi bloklar yer almaktadır. Uygulama yazılımı fonksiyonlarının blokları Şekil 6.16’de blok diyagram şeklinde gösterilmektedir. Uygulama Yazılımı Ana Döngüsü Tuş Okuma Fonksiyonu SPI haberleşme İnterrupt Fonksiyonu ADC verilerini Düzenleme Fonksiyonu Seçime Göre Grafik çizme Fonksiyonu Seçime Göre Okunan ADCleri gösterme fonksiyonu

KAYNAKLAR

[1] Cobbold, R.S.C., Transducers for Biomedical Measurements: Principles and Applications, John Wiley and Sons. Inc., 1974.

[2] Ellis, J.F. and Walstrom, P.L., "Moving coil linear variable differential transformer", Review Science Instrumentation, V.49, No.3, pp. 389-400, 1978..

[3] Korürek, M., Tip Elektroniğinde Kullanılan Kuvvetlendiriciler ve Dönüştürücüler, Ders Notu, I.T.Ü. Elektrik-Elektronik Fakültesi, 1988.

[4] Netting van Rijn, A.C. et. al., "High-quality recording of bioelectric events, Part 1 Interference reduction, theory and practice", Medical & Biological Engineering & Computing, 28, pp. 389-397, 1990.

[5] Nicholson, P.F. and Miller, S., The Bifet Design Manual, Texas Instrumentation, pp. 44-47, 1984-1985.

[6] Sheingold, D.H. ,(Ed.), Transducer Interfacing Handbook, Analog Devices Inc., pp. 135-143,1980.

[7] Yazgan, E., Tip Elektroniğine Giriş, Ders Notu, I.T.Ü. Elektrik-Elektronik Fakültesi, 1990-1991.LePichon, X., 1997. Kişisel görüşme.

[8] Webster, J.G. (Ed.), Medical Instrumentation, Application and Design, Houghton Mifflin Company, pp. 273-309, 1978Nelson, M.R., 1988. Constraints on the seismic velocity structure of the crust and upper mantle beneath the eastern Tien Shan, Central Asia, PhD Thesis, MIT, Cambridge, MA.

EKLER

TP8 TP24 TP25 TP26 TP12 TP15 US B TP9 TP27 TP21 TP22 TP23 GND +3 V 3 +1 V 2 TP11 GND SDRAM KODSUZ C8 KODSUZ C5 C3 4n7F 50V X7R 470pF 50V X7R C2 R2 1K96 % 1 1/10W 49 KN7: 4 9 48 KN7: 4 8 47 KN7: 4 7 46 KN7: 4 6 45 KN7: 4 5 43 KN7: 4 3 41 KN7: 4 1 40 KN7: 4 0 37 KN7: 3 7 35 KN7: 3 5 33 KN7: 3 3 32 KN7: 3 2 30 KN7: 3 0 27 KN7: 2 7 26 KN7: 2 6 24 KN7: 2 4 23 KN7: 2 3 21 KN7: 2 1 19 KN7: 1 9 18 KN7: 1 8 16 KN7: 1 6 15 KN7: 1 5 13 KN7: 1 3 11 KN7: 1 1 10 KN7: 1 0 8 KN7: 8 7 KN7: 7 5 KN7: 5 4 KN7: 4 3 KN7: 3 1 KN7: 1 TP18 TP16 TP10 ch ip S ele ct P in O utp ut Sh if ting D ire ct ir on GRE E N Da ta Bloc k TP14 +3V3 ETH KODSUZ C9 KODSUZ C6 470pF 50V X7R C4 R3 1K5 % 1 1/10W 50 KN7: 5 0 44 KN7: 4 4 42 KN7: 4 2 39 KN7: 3 9 38 KN7: 3 8 36 KN7: 3 6 34 KN7: 3 4 31 KN7: 3 1 29 KN7: 2 9 28 KN7: 2 8 25 KN7: 2 5 22 KN7: 2 2 20 KN7: 2 0 17 KN7: 1 7 14 KN7: 1 4 12 KN7: 1 2 9 KN7: 9 6 KN7: 6 2 KN7: 2 TP19 TP20 GND GNDA TP17 TP13 Di sp lay ON/ O FF

GREEN Data Block RED Data Block

+1 V2 +3 V3 GND R25 KODSUZ C70 4U7F 6V3 X5R +3 V3 GND C50 10uF 10V Y5V MBR0540 D3 GND R26 KODSUZ +5V GND C74 KODSUZ +3 V 3 GND C71 KODSUZ 330K %5 1/10W R24 +1 V2 GND +3 V 3 C77 KODSUZ SW1 R4 10K %5 1/10W GND +3 V 3 J12 XTAL1 18. 432M Hz C1 4n7F 50V X7R 100K %5 1/10W R10 GND C31 10uF 10V %10 TANTAL C13 100nF 25V X7R C12 100nF 25V X7R +3V3 +1 V 2 C14 100nF 25V X7R C15 100nF 25V X7R C16 100nF 25V X7R

BLUE Data Block

10uF 10V %10 TANTAL C32 GND KODSUZ L4 C18 100nF 25V X7R C20 100nF 25V X7R C19 100nF 25V X7R GND C24 100nF 25V X7R C22 100nF 25V X7R C23 100nF 25V X7R +5 V 10K %5 1/10W R8 GND 100K %5 1/10W R7 100K %5 1/10W R5 100K %5 1/10W R6 C26 100nF 25V X7R C28 100nF 25V X7R C27 100nF 25V X7R GND +3 V3 C33 10uF 10V %10 TANTAL C30 100nF 25V X7R GND +3 V 3 R52 10K %5 1/10W

Truly 4.3inch TFT-G480272DTSW-7W-E Connection [XF2M_5015_1A(Omron)]

C47 100nF 50V X7R Di sp lay ON/ O FF GND

RED Data Block

1 KN6: 1 2 KN6: 2 +5V 20 KN9: 2 0 18 KN9: 1 8 14 KN9: 1 4 12 KN9: 1 2 8 KN9: 8 6 KN9: 6 2 KN9: 2 GND +3V3 +3V3 JTA G R19 KODSUZ GND GND GND GND +5 V C89 KODSUZ DO1605T-222M L_ L3 1 EN 2 GND 3 SW 4 VIN 5 FB NCP1529 U12 C75 KODSUZ 3 KN6: 3 4 KN6: 4 GND KODSUZ R21 KODSUZ R20 GND C11 100nF 25V X7R C76 22uF 6V3 KODSUZ R45 KODSUZ R46KODSUZ R50 16 KN9: 1 6 10 KN9: 1 0 4 KN9: 4 GND +1 V 2 C17 100nF 25V X7R C21 100nF 25V X7R C25 100nF 25V X7R R11 330K % 5 1/10W C29 100nF 25V X7R KODSUZ R18 KODSUZ R27 KODSUZ R48 19 KN9: 1 9 17 KN9: 1 7 13 KN9: 1 3 11 KN9: 1 1 7 KN9: 7 5 KN9: 5 1 KN9: 1 BL UE Da ta Bloc k C10 100nF 25V X7R 100nF 25V X7R C7 O utp ut Sh if ting D ire ctir on 15 KN9: 1 5 9 KN9: 9 3 KN9: 3 32. 768KHz 20ppm XTAL2 1 SHDN 2OVD 3VIN SW4 5 GND 6 FB TB62752AFU U5 K16 PB1/LCDHsync U5 PC6/CFCE1 R4 PC27/D27/TD2 P2 PC30/D30/RF2 B9 VDDBU J17 PB4/LCDCC/LCDD2 D5 VDDCORE PB7/LCDD2/LCDD5H16 M4VDDCORE PB10/LCDD5/LCDD10H14 K14 VDDCORE PB13/LCDD8/LCDD13H15 P12 VDDCORE PB16/LCDD11/LCDD19 F14 B17 PB19/LCDD14/LCDD22 R3 GND PB22/TK0/LCDD17E14 H10GND PB25/RK0/LCDD20 B16 J10GND PB28/Sp1NPCS0/LCDD23 D13 K10 GND PB31/Spi1_MOSI/PCK2 B13 U7 GND A16 GND U2 PC0/NANDOE/NCS6 U3 PC3/A25/CFRNW T7 PC9/RXD0/PCK3 R8 PC12/TXD1/NCS6 T9 PC15/RXD2/Spi1_NPCS3 M3 PC18/D18/TCLK2 D11 VDDIOP PC21/D21/TIOA1 R2 P11VDDIOP PC24/D24/TIOB2P4 C15VDDIOP J14 VDDIOP P15 VDDIOP U6 VDDIOP T5VDDIOP A11 XIN32 U11 XIN U17 RTCK F16 TDO A14 HDM B B14 HDM A B12 DDM D10 NC C10 TST F15 nRST D1 NCS2 F2 RAS A8 A2 D7 A5 C6 A8 B5 A11 A3 A14 B1 A20 N1 D14 L2 D11 K2 D8 J2 D5 H1 D2 P9 GNDPLL R10 VDDPLL A10 XOUT32 T11 GNDOSC T10 VDDOSC U12 XOUT U9 PLLRCB U10 PLLRCA D17 TCK F17 TRST A13 HDPB E17 TDI C17 TM S A12 DDP P7 PC7/CFCE2 P8 PC11/CTS0/FIQ U1 PC25/D25/TF2 P5 PC28/D28/RD2 T3 PC26/D26/TK2 N3 PC31/D31/PCK1 A9 NC C14 NC F4 NCS0 J4 CAS A6 A6 A5 A9 A4 A12 B7 A4 B6 A7 D6 A10 B4 A13 B2 A18 C2 A21 A1 A19 C1 A22 M2 D15 K3 D10 K4 D7 J1 D4 L1 D9 K1 D6 L3 D12 H2 D3 G1 D0 B10 JTAGSEL C12 HDPA D9 SHDN C9 GNDBU PB2/LCDDotCK/PCK0 K17 L17 PB0/LCDVSYNC H17 PB5/LCDD0/LCDD3 G17 PB8/LCDD3/LCDD6 G16 PB11/LCDD6/LCDD11 G14 PB14/LCDD9/LCDD14 J16 PB6/LCDD1/LCDD4 J15 PB9/LCDD4/LCDD7 G15 PB12/LCDD7/LCDD12 H8 GND J8 GND H9 GND D14 PB23/TD0/LCDD18 B15 PB26/RF0/LCDD21 D16 PB17/LCDD12/LCDD20 D15 PB20/LCDD15/LCDD23 C16 PB21/TF0/LCDD16 A17 PB24/RD0/LCDD19 E15 PB18/LCDD13/LCDD21 K8 GND J3 GND C7GND C11GND K9GND U4GND D3 GND D12 PB29/Spi1_SPCK/IRQ2 C13 PB30/Spi1_MISO/IRQ1 C5 VDDIOM C8 VDDIOM D4VDDIOM P6 PC1/NANDWE/NCS7 R6 PC4/NCS4/CFCS0 T4 PC2/NWAIT/IRQ0 L4VDDIOM N4 VDDIOM H3 VDDIOM C3 VDDIOM T8 PC10/RTS0/SCK0 U8 PC13/RXD1/NCS7 P1 PC16/D16/TCLK0 R7 PC8/TXD0/PCK2 R9 PC14/TXD2/Spi1_NPCS2 R1 PC19/D19/TIOA0 P3 PC22/D22/TIOB1 T1 PC20/D20/TIOB0 T2 PC23/D23/TIOA2 A7 A3 B3 A15 M1 D13 G2 D1 E1 NW R1/ N BS1/ CFIOR F1 SDCKE C4 A17/BA1 K15 PB3/LCDDEN R5 PC29/D29/RK2 F3 NW R3/ N BS3/ CFIOW H4 SDCK E3 NRD/ CFOE D2 NCS1/ S DCS G4 NCS3/ NANDCS D8 A0/ N BS0 G3 SDW E B8 A1/ N BS2/ NVR2 A2 A16/BA0 B11 WKUP J9 GND E16 PB15/LCDD10/LCDD15 A15 PB27/Sp1NPCS1/LCDD22 R16 GND T6 PC5/NCS5/CFCS1 N2 PC17/D17/TCLK1 E4 SDA10 E2 N W R 0 /N W E /C FW E M1 7 PA29/TPK13/SPI0nPCS3 M1 5 PA26/TPK10/SPI1nPCS3 N16 PA23/TPK7/RTS0 P17 PA20/ TPK4/ R D1 R15 PA17/TPK1/TF1 T17 PA14/TPS1/SCK2 T16 PA11/ TSYNK/ SCK1 T15 PA8/ TW CK/ P CK1 U14 PA5/ SPIO_NPCS2/ M C DA2 U13 PA2/SPIO_SPCK/M CCK L16 PA31/ TPK15/ A24 L14 PA30/ TPK14/ A23 M1 6 PA28/TPK12/SPI0nPCS2 L15 PA27/TPK11/SPI0nPCS1 N14 PA22/TPK6/RF1 P16 PA19/ TPK3/ T D1 P14 PA16/TPK0/CTS2 N15 PA21/ TPK5/ R K1 R17 PA18/ TPK2/ T K1 P13 PA15/TPS2/RTS2 N17 PA24/TPK8/SPI1_NPCS1 R13 PA10/ DTXD/ PCK3 R12 PA7/TW D/PCK0 U15 PA12/TCLK/RTS1 U16 PA9/ DRXD/ PCK2 P10 PA3/SPIO_NPCS0 T13 PA4/ SPIO_NPCS1/ M C DA1 T14 PA6/ SPIO_NPCS3/ M C DA3 R11 PA0/SPIO_M ISO/M CDA0 M1 4 PA25/TPK9/SPI1_NPCS2 R14 PA13/TPS0/CTS1 T12 PA1/SPIO_M O SI/M CCDA U1 AT91SAM9261

GND GND +3 V 3 +3 V 3 GND GND +3 V 3 4K7 %5 1/10W R15 4K7 %5 1/10W R68 GND +3 V 3 +3 V 3 J11 +3V3 +3 V 3 GND 100nF 25V X7R C43 GND GND GND GND GND GND GND C45 100nF 25V X7R +3 V 3 GND J24 C85 100nF 25V X7R C91 KODSUZ 100K %5 1/10W R14 100nF 25V X7R C37 C35 100nF 25V X7R +3 V 3 C41 10uF 10V %10 TANTAL 100K %5 1/10W R79 100nF 25V X7R C46 +3 V 3 C86 100nF 25V X7R +3 V 3 +3 V 3 C42 10uF 10V %10 TANTAL +3 V 3 100K %5 1/10W R77 C90 100nF 25V X7R +3V3 +3V3 GND C88 100nF 25V X7R GND C44 100nF 25V X7R C38 100nF 25V X7R C36 100nF 25V X7R C87 100nF 25V X7R C40 100nF 25V X7R 4 CS 5 WP 2 SCK 7 GND 1 SI 3 RST 6 VCC 8 SO A T 45D B 642D C N U U9 1 A0 2 A1 3 A2 4 VSS 5 SDA 6 SCL 7 WP 8 VCC 24L C01B S O IC U10 41 Vss VDD14 12 VssQ VDDQ9 19 CS# 16 WE # 39 DQM H 20 BA0 22 A10 32 A7 29 A4 24 A1 18 RAS# 15 DQM L 17 CAS# 30 A5 31 A6 33 A8 34 A9 35 A11 36 A12 21 BA1 23 A0 25 A2 52 VssQ 46 VssQ 28 VSS 54Vss 6 VssQ 49 VDDQ 43 VDDQ 1 VDD 27 VDD 3 VDDQ 26 A3 38 CLK 5 DQ2 10 DQ5 42 DQ8 47 DQ11 51 DQ14 40 NC 37 CKE 44 DQ9 45 DQ10 13 DQ7 11 DQ6 8 DQ4 7 DQ3 4 DQ1 53 DQ15 50 DQ13 48 DQ12 2 DQ0 U3 MT48LC16M16A2 I2 C-bus eePro m(2 4L C0 1B)w rit e 0 b10 10 110 0 I2 C-bus eePro m(2 4L C0 1B)rea d 0 b10 10 110 1 27 NC 24 NC 14 NC 4 NC 1 NC 21 DNU 7 R/ B# 8 RE# 15 NC 23 NC 25 NC 26 NC 28 NC 2 NC 3 NC 5 NC 20 DNU 22 DNU 9 CE# 16 CLE 17 ALE 18 WE # 19 WP # 10 CE2# 11 NC 6 R/ B2# 37 VCC 47 NC 40 NC 34 NC 42 I/O5 31 I/O2 38 DNU/ VSS 12 VCC 13 VSS 36 VSS 33 NC 35 NC 39 NC 45 NC 46 NC 48 NC 29 I/O0 30 I/O1 32 I/O3 41 I/O4 43 I/O6 44 I/O7 MT29F2G08AACWP 41 Vss VDD 14 12VssQ VDDQ9 19 CS# 16 WE # 39 DQM H 20 BA0 22 A10 32 A7 29 A4 24 A1 18 RAS# 15 DQM L 17 CAS# 30 A5 31 A6 33 A8 34 A9 35 A11 36 A12 21 BA1 23 A0 25 A2 52 VssQ 46 VssQ 28 VSS 54 Vss 6 VssQ 49 VDDQ 43 VDDQ 1 VDD 27 VDD 3 VDDQ 26 A3 38 CLK 5 DQ2 10 DQ5 42 DQ8 47 DQ11 51 DQ14 40 NC 37 CKE 44 DQ9 45 DQ10 13 DQ7 11 DQ6 8 DQ4 7 DQ3 4 DQ1 53 DQ15 50 DQ13 48 DQ12 2 DQ0 U4 MT48LC16M16A2