SVILUPPO DI UN SENSORE DI UMIDITÀ PER APPLICAZIONI MEDICALI Università degli Studi di Trieste SVILUPPO DI UN SENSORE DI UMIDITÀ PER APPLICAZIONI MEDICALI tesi di laurea triennale Relatore prof. Sergio Carrato correlatore laureando Luciano Generali Marco Bogar anno accademico 2010 / 2011

realizzare una catena di misura per un sensore di umidità obiettivo realizzare una catena di misura per un sensore di umidità umidità PC Catena di misura: dal sensore alla trasmissione del dato. Sensore: sotto il paziente; fornisce una ∆R. CdCondiz: trasduzione, filtraggio e ampli x l’ADC uC: acquisizione e pilotaggio del transponder. Transponder: tx radio al PC circuito di condizionamento sensore microcontrollore transponder sezione analogica sezione digitale

materiale elettricamente il sensore modello equivalente È usa e getta. Composizione Modello equivalente e stima ∆R = 20 – 20k ; ∆C = trascurabile Necessità di alimentare in AC. DC  polarizzazione  forza controelettromotrice ∆R = 20Ω ÷ 20KΩ ∆C trascurabile materiale elettricamente isolante materiale conduttore

il circuito di condizionamento alimentazione per il sensore trasduzione della variazione di resistenza in variazione di tensione fornire un’uscita in continua tra 0 e 3 V amplificazione e filtraggio

il circuito di condizionamento - l’oscillatore - Oscillatore: a rete di retroazione; buono a basse frequenze. Lavoro a basse frequenze x diminuire il grado di interazione con gli altri dispositivi X1 adattatore Z. filtro per simmetria e ridurre offset.

il circuito di condizionamento - lo stadio trasduttore - Amplificatore invertente. R11 grande per avere trattazione lineare. C6e7 evitano il passaggio della continua sul sensore C8R12 Filtro d’accoppiamento.

il circuito di condizionamento - lo stadio trasduttore - Amplificatore invertente. R11 grande per avere trattazione lineare. C6e7 evitano il passaggio della continua sul sensore C8R12 Filtro d’accoppiamento.

il circuito di condizionamento - amplificazione e filtraggio- Amplificatore: adatta a dinamica ADC. MOS x cambio portata VCMD = 1  MOS ON. Filtro notch : l’impiego di valori commerciali (330k-10n)  f0=48,23Hz

il circuito di condizionamento - raddrizzamento e rettificazione - Raddrizzatore di precisione a doppia semionda  evita ripple + passa basso per avere un valore di DC proporzionale all’ampiezza dell’onda.

la rete di alimentazione Dispositivo portatile  alimentazione a batteria. +-VCC x primo prototipo parte analogica del circuito. 7809 forniscono +-9V +Vdd x parte digitale del circuito. LM117 fornisce tra 1,25 e 37V con resistenze esterne. Configurato per Vdd = 3,2V C15,16  reiezione alte frequenze ; C17,18  evitano inneschi del circuito C19,21  riduz sensibilità alte freq ; C20 reiezione ripple d’uscita

il microcontrollore PIC 18LF4520 Microchip Connessioni: U4 – ICD U6 – 2520 Texas Instruments Pushbutton reset . M2 x lettura tensione di batteria .

il microcontrollore conversione A/D comunica col transponder via SPI modalità basso consumo

il transponder radioricevitore a radiofrequenza, banda di lavoro 2400 - 2483,5 MHz assemblato assieme al CC2591 comunicazione a pacchetto (IEEE 802.15.4-2006 / Zigbee®) Zigbee regolamenta la comunicazione a livello MAC (sotto livello di PHY – liv fisico – mod. ISO-OSI)

il pacchetto Zigbee® 4 byte – preamble 1 byte – SFD (Start Frame Delimiter) 1 byte – length 2 byte – FCF (Frame Control Field) 1 byte – DSN (Data Sequence Number) 20 byte – address n byte – data 2 byte – FCS (Frame Check Sequence)

il dispositivo come cella di una rete di sensori Intro. Basi di funzionamento: 1 lettura / giorno protocollo di comunicazione

il firmware del PIC (1)

il firmware del PIC (2)

conclusioni a breve test sul prototipo migliorie: alleggerimento del firmware dove possibile alimentazione singola introduzione del controllo sulla capacità