数字化心电图机维修考证箱实训指导手册0911Word文件下载.docx
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2.使用16位MSP430F169单片机作为核心控制芯片
3.240×
128分辨率液晶屏,清晰显示心电图波形与工作状态,实现先观察后打印,节约记录纸
4.十二导联同步采集,通过对心电信号的工频滤波、基线滤波和肌电滤波,十二位的采样精度可以获得更高质量的心电图谱
5.具有指示灯,用以指示打印模式、灵敏度、走纸速度、滤波器等状态,方便操作
6.具有故障设置和排除功能,同时可以进行故障编码设置
三、功能操作
(一)、实验箱硬件介绍
共由电源区、模拟区、数字区、故障区、显示和操作区等部分构成,可通过显示和操作区的按键进行功能设置和操作。
实验箱基本结构布局如下:
(心电导联线)
采集到的心电信号,通过滤波放大后送入主控制器进行处理,由液晶屏和指示灯显示处理后的波形和参数数据。
其中心电信号关键测试点和故障设置的具体说明如下表:
测试点名称
所在区域
说明
充电输出
电源区
充电输入
battery
电池电压
+5V
+5V电源
-5V
-5V电源
+3.3V
+3.3V电源
GND
接地
+5F
隔离电源5V
-5F
FGND
隔离区接地
TP1
模拟区
心电第一级放大
TP2
心电第二级放大
TP3
三角波信号输出
TP4
心电调制信号输出
TP5
PWM调制信号输出
TP6
PWM滤波后信号输出
external
外部信号输入点
ECG
末级心电信号输出
电源部分故障
故障现象
故障点设置原理
故障点设置方法(参考注释)
直流供电异常A1
1.+5V电源输出没有,液晶屏不亮
2.液晶屏微微发亮,没有字符显示(+5V测试点为3V)
1、断开
2、反馈电阻阻值改变
1-ON正常5V电压
2-ON故障约3V电压
3-ON故障0V
充电电路异常A2
充电指示灯一直不亮
充电指示灯一直亮
改变充电器监测点电压
1-ON正常
2-ON故障充电指示灯一直不亮
3-ON故障充电指示灯一直亮
电量指示异常A3
电量过低时:
1、红色指示灯一直亮
2、红色指示灯闪烁频率太慢
改变电容容值
2-ON故障闪烁太慢
3-ON故障指示灯一直亮,不闪烁
电量指示异常A4
1、红色指示灯始终不亮
2、红色指示灯亮度很低
改变电阻阻值
2-ON故障红色指示灯不亮
3-ON故障红色指示灯微亮
电量指示异常A5
三个指示灯全部亮
改变MOS管导通状态
2-ON故障指示灯全不亮
模拟部分故障
故障点设置
部分导联切换异常
B1
1、V2~V6导联不显示波形
2、V2~V6不显示波形,关闭导联时仍显示波形
1、三极管损坏、
2、三极管换成PNP型
2-ON故障V2~V6导联不显示波形
3-ONV2~V6不显示波形,关闭导联时仍显示波形
定标误差大
按下定标键定标有误差
电位器调节
封闭电路异常B2
切换导联时无法实现自动封闭:
1、导联切换时需要稳定的时间较长
2、导联切换时需要稳定的时间过长
两个三极管的基极端不接地
2-ON故障导联切换时间长
3-ON故障导联切换时间长
时间常数电路异常
B3
通过定标验证:
1、时间常数过短
2、时间常数过长
2、改变电阻阻值
2-ON故障时间常数过短
3-ON故障时间常数过长
光电隔离故障
B4
输出没有波形
隔离一端无法正常有高电平输入。
2-ON故障无波形
3-ON故障无波形
50Hz滤波故障
选择交流滤波时会有杂波
通过电位器,改变反馈电路的电阻阻值
数字部分故障
按键控制故障
C1
S1、S4、S7按下按键没有反应
矩阵按键的一端接地
2-ON故障S1、S4、S7按下按键没有反应
步进电机故障
C2
步进电机不转
2-ON故障步进电机不转
C3
1、断开驱动芯片前端电阻
2、断开驱动芯片后端电阻
2-ON故障不进电机不转
电源A*5模拟B*4数字C*3共12处故障区
注释:
每个拨码开关都是由三个或两个单刀单掷开关组成,
每个故障区都有三个或两个拨码开关组成如下图所示:
设置故障时,每个拨码开关只能有一个单刀单掷开关拨到ON的一端。
例如:
A1_12-ON(拨码开关A1_1的1、4脚导通)-------J15----故障输出3V
A1_23-ON(拨码开关A1_1的3、6脚导通)--------J17----故障输出0V
A1_31-ON(拨码开关A1_1的2、5脚导通)-------J19-----正常输出5V
特别注意,每个故障区中拨码开关的导通设置不能重复,例如如下面是错误的
A1_12-ON(拨码开关A1_1的1、4脚导通)------J15
A1_22-ON(拨码开关A1_1的1、4脚导通)-------J17
A1_31-ON(拨码开关A1_1的2、5脚导通)-------J19
由于A1_1和A1_2在同一个故障区中,又同时设置为2-ON,所以设置错误
(二)、控制面板操作
上图为心电图机实验箱的控制面板,其中,复位按钮,可是实验箱整个系统复位,重新进行初始化运行;
两个导联选择按钮可分别使系统切换到前一个导联或下一个导联,灵敏度按键可设置心电图机的放大系数在0.5,1或2之间切换;
滤波按键可设置肌电滤波、交流滤波或无滤波;
定标按键可在关闭导联状态下,进行定标测试或时间常数测试;
走纸速度按键可设置走纸速度为25mm/s或50mm/s;
显示方式按键可设置显示某一固定导联,或者每隔固定时间自动切换为下一导联波形;
步进电机按键按下后,系统自动切换到步进电机演示模式,此时其他按键处于失效状态,只有再次按下步进电机退出演示模式后,才能继续对其他按键进行操作;
打印按键则可以控制步进电机走纸或者不走纸。
(三)、其他旋钮电位器与拨段开关操作
如上图所示,调节定标调节旋钮,可进行1mV定标操作,对整机增益进行校准;
跳线帽J1为外部信号或内部心电信号的选择端,当跳线帽切换到外部信号一端时,可从external测试点输入外部信号,并在液晶屏上显示外部信号波形,当跳线帽切换到心电信号一端时,则显示机内心电信号;
50Hz滤波调节旋钮可以调节带阻滤波器的衰减程度与阻带宽度,如果调节阻值过大则出现故障现象,液晶波形杂乱;
拨段开关S13为电量显示实验或充电显示实验的切换端,当拨到电量一端时,可进行电量显示实验,此时不能进行充电实验操作,同理,当拨到充电一端时,只能进行充电实验操作;
电池电压调节旋钮则可以改变模拟电池的输出电压。
四、实验设计
【实验注意事项】
本试验箱故障区有较多排针,需要用跳线帽来回插拔,请用户小心缓慢操作,以免被排阵伤到以及将排阵折弯或折断。
3.1定标误差大故障——定标电路异常
1、实验目的:
(1)理解心电图机中定标的意义
(2)掌握心电放大电路定标的原理
(3)掌握定标电路的计算方法
2、实验器材:
(1)数字式心电图机一台
(2)数字万用表一台
(3)心电放大部分原理图纸
3、实验内容及步骤:
(1)插上实验箱总电源,连接心电信号模拟仪。
(2)打开左上角的电源开关,使系统通电,此时电源指示灯亮,液晶屏显示相应内容
(3)操作控制面板灵敏度调节按键,将灵敏度置为“1”(10mm/mV条件);
操作导联选择按键,将导联置为测试导联;
操作“显示方式”按键,将显示方式设置为手动方式;
操作“走纸速度”按键,将走纸速度设为25mm/s;
连续按动定标按键,通过液晶屏观察波形的高度;
然后再调节“定标调节”旋钮,观察描记波形的高度变化。
并用万用表测量CAL信号的变化,对比原理图分析高电平和低电平所起的作用。
(4)如果步骤(3)中波形高度随着“定标调节”旋钮变化,按下“打印”按键,使打印机开始走纸并打印波形,连续按动“定标”按键,记录下打印波形的偏转幅度
(代表格数)。
(5)根据误差公式:
,计算,若
大于%5,则代表心电图机定标误差过大,有故障。
(6)根据心电放大原理图分析故障原因,(电位器R146,定标调节电位器可能有误差,用来产生1mV的定标信号,电位器VR3可能用调整误差,用来调节心电图机整机增益),并调节相应电位器,使误差在允许的范围内(小于5%)。
4、实验任务分析及思考
(1)理解和掌握本实验所涉及的定标电路和放大电路,如下图:
其中INA128的放大倍数由R68和R80决定,为20倍,其中REF为参考端,在此引脚产生20mV的电压等效于输入端输入1mV的信号。
(2)思考定标电压的作用是什么?
(3)做电位器调整有误(阻值偏大或者偏小),分别会出现什么故障?
3.2导联转接显示正常,但部分导联波形异常
(1)了解心电图机内部心电放大电路中导联选择电路的构成
(2)熟悉导联选择电路的控制原理
(3)掌握导联切换故障的分析方法和排除故障方法
(1)数字式心电图机一台
(2)万用表一台
(3)心电模拟仪一台
(4)心电放大部分原理图纸
(1)插上实验箱总电源
(2)取出实验箱上盖的心电导联线,一端接在心电图机实验箱上,另一端接在心电模拟仪上,设置好心电模拟参数(一般选择为默认上电参数即可)
(3)打开左上角的电源开关,使系统通电,此时电源指示灯亮,液晶屏显示相应内容
(4)分别按下两个导联选择按键,观察I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联等12个导联是否显示正常,波形是否正确。
(5)如果步骤(4)正确,找到实验箱左下角的故障区B1,将跳线帽从J44拔下,再依次将跳线帽放到J45、J46、J47上,通过导联选择按键(S1或S2)切换导联,观察显示波形是否有故障现象(例如V2~V6导联不显示波形),通过分析原理图,从J45、J46、J47中选择正确的一路,并分析另外两路出现的故障原因。
4、实验任务分析及思考:
(1)掌握实验中所涉及的导联切换电路的原理,如下图:
(2)思考NPN三极管与PNP三极管驱动方法有何不同?
(3)熟悉多路选择器CD4051的各个管脚作用及控制方法。
3.3无心电波形输出显示与描记
(1)理解心电图机内部心电模拟信号隔离的原理和作用
(2)熟悉心电图机光电隔离故障的分析和排除方法
(3)掌握心电脉宽调制的方法
(2)数字示波器一台
(4)操作导联选择按键,切换到测试导联以外的导联,是液晶屏显示正常心电波形(建议选择II导联),用示波器测试与心电信号隔离PWM调制的相关测试点:
TP3、TP4、TP5和TP8,参照原理图,观察和测量每个测试点得波形与周期,判断与原理图中理论波形和周期是否相符。
(测试时注意实地与虚地的不同,在实验箱上用虚线隔离)
(5)如果步骤(4)检查均正常,找到实验箱的左下角故障区B4,将跳线帽从J29拔下,依次将跳线帽放到J31、J33、J35上,分别用示波器观察相应测试点波形有无变化或故障现象,并观察液晶屏是否有故障现象,参考原理图,从J31、J33、J35中选择正确一路,并分析说明另外两路的故障原因。
(6)实验完毕,将跳线帽放回J29上。
(1)掌握本实验所涉及的PWM信号调制解调电路,如下图:
(2)理解模拟的心电信号隔离的好处和必要性:
提高心电图机的抗干扰能力;
具有安全保护作用。
(3)思考有没有其他方法可以实现心电信号的隔离放大,具体该如何实现?
3.4按键操作不正常
(1)掌握心电图机中矩阵按键的控制方法
(2)学会分析心电图机按键故障和排除对应故障
(3)学会设计矩阵按键电路
2、实验器材
(1)数字式心电图机一台
(2)数字示波器一台
(3)心电模拟仪一台
(4)数字控制部分原理图
(1)插上实验箱总电源
(2)取出实验箱上盖的心电导联线,一端接在心电图机实验箱上,另一端接在心电模拟仪上,设置好心电模拟参数(一般选择为默认上电参数即可)
(3)打开左上角的电源开关,使系统通电,此时电源指示灯亮,液晶屏显示相应内容
(4)依次操作控制面板的按键,观察液晶屏或指示灯判断有没有按键故障现象(例如按键失灵;
注意在步进电机模式其他按键本来就是失效的,必须退出演示模式才能有效),可参照原理图用示波器测试J20、J10、J4的左端,观察按键按下前后电平变化。
(5)如果步骤(4)测试正常,找到实验箱左下部的故障区C1,将跳线帽从J2拔下,并依次将跳线帽放在J4和J10上,
(1)掌握本次实验所涉及的矩阵按键电路,如下:
驱动方法:
判断行线:
将单片机的P2.3、P2.4、P2.5三个I/O口预先设为输入,并使能中断,P2.6、P2.7、P3.0预先设置为低电平,当某一按键按下时,则P2.3、P2.4、P2.5被拉低,触发单片机中断,在中断里判断P2.3、P2.4、P2.5的值,即可判断行线(即哪一行有按键按下),关闭中断功能。
判断列线:
将P2.6、P2.7、P3.0全部拉高,再依次拉低,如果在某一列拉低的过程中,刚才所判断的行输入值变为低,则表明该列为按键按下的列。
至此,行列值判断完毕。
延时一段时间后,即可恢复中断功能,等待按键按下。
(2)思考使用矩阵按键和单独按键的优缺点?
3.5马达工作异常
(1)掌握心电图机中步进电机的控制方法
(2)学会分析和解决心电图机的步进电机故障
(3)MCU控制部分原理图纸
(1)插上实验箱总电源;
(2)打开左上角的电源开关,使系统通电,此时电源指示灯亮,液晶屏显示相应内容;
(3)操作液晶控制面板的“步进电机”按键,使实验箱进入步进电机演示模式;
(4)观察发现步进电机不能正常转动,关掉系统电源开关,由图3-5-1可知可能的故障点有:
C2区和C3区。
依次测量C2区的J8和J11以及C3区的J12和J13对地电阻来确定当前的拨码开关的实际情况,填入表3-5-1中:
表3-5-1C2、C3故障区对地电阻测量
测量脚
J8
J11
J12
J13
对地电阻
当前短接打“√”
(5)根据步骤(3)中的表3-5-1的测量结果,以及结合“图3-5-1步进电机驱动电路及故障区原理图”将跳线帽调至正确位置。
(6)重复步骤
(1)
(2)(3),观察此时步进电机是否正常运转,测量此时步进电机的四相波形(A、B、C、D)。
表3-5-2正常状态下步进电机相位波形测量
相位
A
B
C
D
频率
Vpp
4、实验任务及分析:
(1)掌握实验涉及的步进电机驱动电路,如下:
图3-5-1步进电机驱动电路及故障区原理图
(2)熟悉步进电机驱动芯片ULN2003的使用方法。
(3)了解步进电机四相驱动的原理:
●
当某一相绕阻通电时,对应的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,这时,如果定
子和转子的小齿没有对齐,在磁场的作用下,由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特
点,转子将转动一定的角度,使转子与定子的齿相互对齐,由此可见,错齿是促使电
机旋转的原因。
步进电动机又称为脉冲电机,它能将电脉冲转换为相应的角位直线位移
。
步进电
动机定子绕组的通电状态每改变一次,转子转一个确定的角度,为步进电动机的步距
角α。
它与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关。
从图3-5-2所示,步进电机以四相单四拍方式正转时,按A→B→C→D次序通电。
步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快,其转子旋转的速度越快,即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高
图3-5-2步进电机四相单四拍式绕组通电方式
(4)思考并说明步进电机的其他驱动方式
3.6交流供电工作异常
学会分析和解决心电图机的交流供电工作异常故障
(3)电源部分原理图纸
(1)打开电源后,电量指示正常,但液晶屏显示不亮或仅微亮且无内容显示;
(2)测量电源电路各直流点(+5V、-5V、+3.3V、+5F、-5F)电压,并将测量结果填入表3-6-1中:
表3-6-1故障时各电源电压测试点测量值
测试点
测量值(V)
(3)若步骤
(2)测试发现+5V测试点电压偏低,导致由其作为转换源的其他供电电压(+3.3V、-5V)均偏低。
由实验分析可知:
当R2=R155=10K时,Vout=1.222*(27+3.3+10)/10V=4.92V;
当R2=R51=20K时,Vout=1.222*(27+3.3+20)/20V=3.07V。
故此时故障点在系统+5V电源电压的产生电路上,应将正确的电阻(R155)接入电路。
(4)测量故障设置区的3个短路开关(J15、J17、J19)右侧引脚对地的电阻值。
表3-6-2+5V电源电压故障设置区对地电阻测量
短路开关编号
J15
J17
J19
电阻值(kΩ)
当前短路打(“√”)
(5)根据测量结果,将跳线帽调至正确的位置。
4、实验原理分析
本机各路电源电压的产生电路如下图3-6-1,图3-6-2,图3-6-3,图3-6-4所示:
-5V、+3.3V、+5F、-5F的产生电路都是在+5V电源电压产生的基础上,为其提供能量来源。
所以,若是系统的+5V电源电压产生问题,那么基于它的其他各路电压亦不能正常产生。
系统的+5V电源是+12V直流电压经过MP1583降压芯片产生的。
其输出电压的范围为4.75-23V,输出电压的范围为:
1.22-21V。
输出电压的公式为:
VOUT=1.222*(R1+R2)/R2(V)
本试验箱中,由图图3-6-1可知,R1=R151+R152=30.3KΩ。
R2取决于A1故障设置区的设置,当R2=10KΩ,输出电压约为5V。
图3-6-1+5V电源电压产生电路
图3-6-2+3.3V电源电压产生电路
图3-6-3-5V电源电压产生电路
图3-6-4-5F/+5F电源电压产生电路
3.7充电指示灯不亮
1.实验目的:
学会分析和解决心电图机的充电指示灯不亮故障
2.实验器材:
(3)整机电源部分原理图纸
3.实验内容及步骤:
(1)打开系统电源,S13开关投向“充电”位置,调节使电池电压不足,发现充电指示灯始终不亮。
(2)分析原理图,可能的故障有:
LED发光二级管损坏Q1损坏UC3906工作异常等。
(3)测量“充电输出”测试点电压,发现无电压,证明不是LED的问题。
测量Q1的1、3号脚压差为零,致三极管不导通,因此亦不是Q1的问题。
把故障定位在UC3906工作异常上。
测量UC3906的13脚检测电压,发现大于2.3V,那么故障可确定。
将相关测量数据填入表3-7-1中。
表3-7-1故障时可能故障点的电压测量
Q1的1、3脚压差
UC3906的13号脚
电压(V)
(4)如下图3-7-1所示:
测量故障区的各个短接处的对地电平,确定当前故障设置情况,填入表3-7-2中。
表3-7-2故障区短接脚对地电平测量
Battery
J42右脚
J7右脚
J9右脚
(5)根据测量情况将跳线帽至于正确位置,再次调节电池电压看充电指示灯是否正常。
图3-7-1充电故障区图
4.实验任务分析及思考
(1)模拟电池:
本机采用LM317等元器件构成模拟电池电路。
LM317是输出正电压可调的三端稳压块,输出电压范围1.2~37V,输出最大电流是1A。
其输出电压仅需通过外部电阻的条件即可实现。
Uo=Vref×
(1+(R16+RP1)/R13)+Iadj×
(R16+Rp1)=1.25V×
(1+(R16+Rp1)/R13),式中Iadj小于100uA,可忽略。
因此本机模拟电池的理论输出范围为4.69-15V,但由于输入电压为12V,最大输出理论值小于12V,LM317实际的输出范围为4-10V。
本机可通过调节Rp1来实现模拟电池电压的变化。
图3-7-2模拟电池电路
(2)充电电路:
如图3-7-3所示:
本系统采用UC3906构成模拟电池充电电路。
UC3906是铅蓄电池专用充电管理芯片,其内部集成了较好的充电管理及温度补偿等特性。
充电过程基本分成3个阶
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