SMART-SENSOR ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСА
К. С. Бычков, В. Б. Поляков
Пермский государственный национальный исследовательский университет,
614990, Пермь, Букирева, 15
За последние годы интерес к интеллектуальным датчикам (smart sensor)
значительно вырос. Сбор информации, перевод первичной информации из
аналогового вида в цифровой, последующая её предварительная обработка,
хранение этой информации и трансляция её по каналам передачи данных, как
локально организованных технологических сетей, так и через глобальные телекоммуникационные сети – все эти функции могут быть реализованы в интеллектуальном датчике, фактически, являющемся узкоспециализированной
микропроцессорной системой. Современный технологический уровень производства интегральных микросхем позволяет реализовать такие датчики с
низким уровнем потребления энергии, на минимальном числе радиоэлектронных компонентов и, следовательно, значительно миниатюризировать такую систему в целом.
В данной статье описан smart sensor для измерений полного электрического сопротивления (импеданса). Цель данной работы – создание такого
датчика для применение его в медицине при определении различных легочных заболеваний.
При разработке данного датчика ставилась задача создать устройство, которое позволит выполнять измерения электрического импеданса в пределах
1Ком - 10Мом с точность до 1% при уровне тестового сигнала до 2В и в диапазоне частот 1КГц – 100КГц. Для связи с персональным компьютером (ПК),
кроме интерфейса USB, должен быть реализован беспроводной интерфейс
для передачи данных, датчик должен иметь минимальные габариты и вес (с
целью размещения его на теле человека) и обеспечить автономную работу от
батареи (до 7 суток) с возможностью хранения собранных данных.
За основу датчика (рис. 1) взят модуль BLE112 (Bluegiga Technologies Inc.)
[1], который реализован на микроконтроллере CC2540 (Texas Instruments
Inc.). Также в состав данного модуля входит беспроводной интерфейс BlueTooth 4.0. Выбор данного типа беспроводного интерфейса обусловлен его доступностью – например, на большинстве современных ноутбуков, данный
интерфейс входит в штатный набор интерфейсов. Кроме того, на основе данного беспроводного интерфейса можно несколько датчиков объединить в
сеть. Свободные порты ввода-вывода микроконтроллера CC2540 используются для подключения интегральных микросхем преобразователя импеданса
AD5933 (Analog Devices Inc) [2] и FRAM-памяти FM25V10 (Cypress Semicon2
ductor Inc.) [3] через интерфейсы I C и SPI соответственно. Для данных микросхем использовались типовые схемы подключения, рекомендованные их
производителями. Применение интегральных микросхем AD5933 позволяет
значительно упростить схемотехнику в части измерения импеданса, а
36