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Mehr Beweglichkeit dank Roboter-Reha
ETH-Forschende untersuchten, ob eine Roboter-assistierte Therapie nach einem Schlaganfall mit lang anhaltender Lähmung hilft.
Der Instrumentenverstärker (INA) bereitet das Analogsignal des Luftdrucksensors auf, der auf dem Prinzip der Wheatstone-Brücke basiert. Die allgemeine INA-Verstärkung beträgt 101 V/V. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird in zwei Pfade aufgeteilt. Ein Pfad für den Manschettendruck wird mit dem ADC1-Kanal des Mikrocontrollers verbunden. Der andere Pfad wird durch einen zweipoligen aktiven Hochpassfilter geleitet, der die Grenzfrequenzen 0,48 und 4,8 Hz sowie eine Verstärkung von 92 aufweist. Der Hochpassfilter wird über einen der MCU-internen Operationsverstärker realisiert. Der Ausgang des Hochpassfilters stellt das Oszillationssignal dar und wird an den ADC2-Kanal des Mikrocontrollers weitergeleitet.
Der Mikrocontroller enthält einen 12-BitHighspeed-Pipeline-ADC. Das Manschettendrucksignal und das Oszillationssignal werden mit 250 Hz durch den 12-Bit-ADC abgetastet. Dieses Demo-System, das für Evaluierungs- und Entwicklungszwecke und nicht für den medizinischen Einsatz konzipiert wurde, verwendet einen der MCU-internen Operationsverstärker, um den analogen Hochpassfilter bereitzustellen. Auch einer der internen 10-Bit-DACs mit gepufferter Ausgangsspannung kommt zum Einsatz, um einen einstellbaren DC-Offset als Vorspannung (Bias) für den Operationsverstärker zur Verfügung zu stellen.
Microchips mTouch-Sensorik ist in die Firmware für die kapazitiven Touch-Pads implementiert. Dabei kommt die CTMU (Charge Time Measurement Unit) des Mikrocontrollers zum Einsatz. Der Luftdrucksensor erfordert einen stabilen Versorgungsstrom von 100 µA DC, der auch über die CTMU bereitsteht.
Die Demo verwendet das PWM-Modul (Pulsweitenmodulation) des Mikrocontrollers, um den Druckluft-Pumpenmotor für schnelle oder langsame Drehzahl anzusteuern. Die von einem laufenden Motor erzeugten Störungen können die Druckmessung während des Aufpumpens beeinträchtigen. Das Schaltkreis-Design, die Firmware und die Leiterplatte sind so ausgelegt, dass Störungen seitens des Motors verringert werden. Die Ergebnisse für den Blutdruck und die Pulsfrequenz können an ein LCD-Panel, eine USB-Schnittstelle und an eine Funkschnittstelle weitergeleitet werden. Der Mikrocontroller verfügt über einen integrierten LCD-Controller, der die Daten- und Timing-Steuerung erzeugt, um ein statisches oder gemultiplextes LCD-Panel direkt anzusteuern. Diese Demo verwendet die USB-On-The-Go-Schnittstelle der MCU für die Datenkommunikation sowie die 5-V-Hauptstromversorgung. Für drahtlose Kommunikation wird der SPI- oder UART-Port der MCU an ein Microchip-RN42-Bluetooth-Modul oder ein RN171-WiFi-Modul angeschlossen. Eine Echtzeituhr wird auf dem LCD-Panel angezeigt, indem das RTC- und Kalendermodul der MCU verwendet wird, das im Deep-Sleep-Modus betrieben werden kann.
Die Hauptstromversorgung erfolgt entweder über vier 1,5 V-AAA-Alkaline-Batterien oder über die USB-VBus-Leitung. Der MCP1802 LDO wandelt die 5- oder 6-V-Eingangsspannung in 3,3 V VDD um. Ein 2-Wege-Filter mit gleitendem Mittelwert und einer Grenzfrequenz von 3,5 Hz ist in die Firmware implementiert. Er filtert die ADC-Rohabtastungen, die von jedem ADC-Kanal erfasst werden. Die Demo verwendet einen kundenspezifischen Algorithmus für die Berechnung des Blutdrucks, der auf einem wissenschaftlichen Artikel aus dem Jahr 2012 basiert: Wang Wei-Wei, Pu Bao-Ming, He Bao-Yue und Li Sheng-Jin im «Journal of Computer Systems & Applications».
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