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É desejada a funcionalidade de poder ajustar automaticamente o ganho dos PGAs de forma a deixar o sinal de saída sem saturação e com uma excursão adequada independentemente do indivíduo cujos batimentos estejam sendo medidos.
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Os amplificadores do front-end escolhidos para o projeto - o PGA204 e o PGA205 - são adequados
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para esta funcionalidade por já possuírem internamente um circuito digital de seleção de ganhos determinados com interface TTL. Não é difícil, portanto, realizar a interface destes componentes com um microcontrolador, por exemplo, para implementar esta aplicação desejada.
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Foi escolhido, para esta finalidade, utilizar o microcontrolador de 8 bits ATMega328, da família dos AVRs. Este microcontrolador é bastante utilizado não só por seus periféricos - que suprem ampla gama de aplicações desejadas - mas também por serem os microcontroladores presentes em boa parte das placas Arduino de 8 bits.
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Como as duas placas do ECG devem estar com o mesmo ganho e esse ganho é controlado por 4 pinos
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digitais, o microcontrolador irá controlar os ganhos por meio de 4 pinos de IO que estarão conectados aos PGAs das placas do ECG.
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A arquitetura do programa foi pensada de forma a atuar como uma máquina de estados. O ganho será
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controlado por meio de uma variável global que poderá ser alterada ao longo do código. Toda vez que a função principal for chamada, o ganho será identificado e as saídas - que controlam os ganhos - serão atualizadas, se necessário. O fluxograma do algoritmo é apresentado abaixo:
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Além do controle automático de ganho, foi implementada a funcionalidade de poder ajustar o ganho
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manualmente, por meio de dois botões. Por meio de interrupções quando eles são acionados, uma
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variável global é atualizada e é feito um debounce por software; o controle manual tem precedência sobre o controle automático e, portanto, se o controle automático estiver ativo e o usuário fizer um ajuste manual, o controle automático é desativado e os ganhos são atualizados conforme o ajuste feito pelo usuário.
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Foi escolhido como frequência de amostragem 256Hz - que cumpre o Critério de Nyquist -Shannon para o sinal de ECG de largura de banda de 100Hz sendo amostrado, com uma folga. Com a
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fonte de clock para o timer sendo 16MHz, são necessárias 62500 contagens para que haja uma execução a cada 1/256 segundos. O fluxograma da amostragem é apresentado abaixo.
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O algoritmo de controle automático de ganho (AGC) utilizado, identifica a diferença entre o valor máximo e mínimo do sinal amostrado e, a partir deste valor, verifica se ele está numa faixa adequada de excursão e realiza o ajuste se necessário. Também é identificado se houve saturações na amostragem e diminui o ganho se necessário. O fluxograma da amostragem é apresentado abaixo.
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Os valores de comparação para o ajuste de ganho foram obtidos experimentalmente. Foi visto que
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estes eram os níveis mais adequados que conseguiam ajustar para uma excursão de sinal adequada para os valores típicos de um ECG. Eles podem ser facilmente alterados via firmware. |
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