УДК 004.312.44

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПУЛЬСА НА ОСНОВЕ ИК-ДАТЧИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ UML

Матюшкин Никита Викторович1, Иванов Алексей Владимирович1
1Пензенский государственный технологический университет

Аннотация
Пульс – это простой информативный показатель физического состояния человека. Система мониторинга пульса на основе пульсометров предназначена для контроля частоты и ритма сердечных сокращений, что позволяет регулировать нагрузку на сердечно-сосудистую систему при тренировках, даёт точный и объективный контроль за самочувствием; своевременная диагностика заболеваний сердечно-сосудистой системы и организма в целом.

Ключевые слова: датчик мониторинга пульса, модель, система мониторинга пульса


MODELING OF THE SYSTEM OF MONITORING HEART RATE ON THE BASIS OF THE IR SENSOR WITH USING UML

Matyushkin Nikita Victorovich1, Ivanov Alexey Vladimirovich1
1Penza State Technological University

Abstract
The heart rate is a simple informative indicator of the physical condition of the person. System for monitoring heart rate-based heart rate monitors is designed to monitor the frequency and rhythm of heart contractions, allowing you to adjust the load on the cardiovascular system during exercise, gives accurate and objective monitoring of well-being; timely diagnosis of diseases of the cardiovascular system and the organism as a whole.

Keywords: model, sensor heart rate monitor, system for monitoring heart rate, UML


Библиографическая ссылка на статью:
Матюшкин Н.В., Иванов А.В. Моделирование системы мониторинга пульса на основе ИК-датчика с использованием UML // Современная техника и технологии. 2015. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/12/8749 (дата обращения: 27.05.2017).

Среди методов исследования состояния сердечно-сосудистой системы особое место занимает исследование пульса, как наиболее простой и информативный показатель функционального состоя­ния сердечно-сосудистой системы. Обеспечить контроль пульса можно с помощью системы на основе пульсометров – инфракрасных датчиков мониторинга пульса с повышенной точностью. Использование пульсометров помогает регулировать нагрузку на сердечно-сосудистую систему, а также позволяет диагностировать заболевания сердечно-сосудистой системы и организма за счет регистрации и контроля пульса [1-3].

Для представления системы в процессе проектирования и разработки ее необходимо промоделировать. Рассмотрим схему системы мониторинга пульса. Она предназначена для отражения общей структуры системы, то есть ее основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними.

Схема системы представлена на Рисунке 1.

Рисунок 1 – структура системы мониторинга пульса

На сегодняшний день наиболее предпочтительным языком моделирования является UML, поскольку он позволяет четко проанализировать структуру системы и её работу [4-6]. Визуальное моделирование в UML можно представить, как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем к физической модели соответствующей программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме диаграммы вариантов использования (Use Case diagram), которая описывает функциональное назначение системы, а также, что система будет делать в процессе своего функционирования [6-8].

Диаграмма вариантов использования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – диаграмма вариантов использования

В рамках разрабатываемой модели выделяются следующие актеры:

-     Пользователь – человек, у которого измеряются показатели пульса;

-     ИК-датчик – устройство, которое фиксирует изменение насыщения капилляров кровью;

-     Аналого-цифровой преобразователь служит для оцифровки входного сигнала;

-      Усилитель служит для усиления входного сигнала;

-     Дисплей служит для отображения показателей пульса;

-     Микроконтроллер служит для обработки информации с датчика.

Рассмотрим прецеденты системы подробнее:

-     Измерение показателей пульса – в этой функции участвуют два актера «Пользователь» и «ИК-датчик». Человек одевает устройство и включает его, далее идет измерение показателей пульса способом фиксации степени измерения насыщения кровью синфазно с работой сердца.

-     Отображение показателей – в этой функции участвуют два актера «Пользователь» и «Дисплей». За счет дисплея пользователь может увидеть свои показатели пульса и услышать предупреждение о повышенном пульсе в виде звукового сигнала.

-     Анализ входных данных и фильтрацию осуществляет актер «Микроконтроллер». В анализ входных данных входят такие функции, как подсчет сердечных сокращений и запись полученных результатов в базу данных. Фильтрация входного сигнала осуществляется обработкой фильтром низких частот.

Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное назначение данной диаграммы, это описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение моделируемой системы в течение всего ее жизненного цикла. Каждый объект системы, обладающий определенным поведением, может находиться в определенных состояниях, переходить из состояния в состояние, совершая определенные действия в процессе реализации сценария поведения объекта [7,8].

 

Рисунок 3 – диаграмма состояний объекта «ИК-сигнал»

Разработанная диаграмма позволяет отследить изменения объекта «ИК-сигнал» в процессе его жизненного цикла.

Из начального состояния следует переход в первое состояние «Фиксация отраженного ИК-излучения». Далее получаем периодический физиологический сигнал. Следующим этапом является преобразование сигнала от ИК-датчика. В данном состоянии сигнал преобразовывается с помощью АЦП. Далее идут состояния «Усиление сигнала» и «Фильтрация сигнала». В этих состояниях происходит усиление сигнала последующая его очистка от шумов. В      состоянии «Расчет частоты пульса» подсчитывается количество сердечных сокращений. В состоянии «Сохранение результатов в БД» полученные результаты сохраняются в базу данных [9,10].

Далее рассмотрим диаграмму деятельности, представленную на рисунке 4 (activity diagram).

Рисунок 4 – диаграмма активности

Из начального положения происходит переход в первый блок «Формирование ИК-сигнала». Если ИК-излучение не зафиксировано, то процесс начинается заново. Если датчик начал излучать ИК-излучение, то начинается этап фиксации отраженного ИК-излучения. Следующим этапом идет отправка полученных значений в блок микроконтроллерного модуля. Сигнал от ИК-датчика преобразовывается и усиливается для последующей фильтрации и аналого-цифрового преобразования. Микроконтроллер производит расчет частоты пульса, сравнивает его с эталоном, и отправляет на дисплей. Если число сердечных сокращений превышает норму, то на дисплее отображается предупреждение о повышенном пульсе. Полученный результат записывается в базу данных [9-12].

Таким образом, были разработаны следующие информационно-структурные модели: структурная схема системы мониторинга пульса; диаграмма вариантов использования, представляющая собой наиболее общую концептуальную модель информационной системы и являющаяся исходной для физической реализации системы при дальнейшей детализации ее структуры; диаграмма состояний, описывающая возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение данных в системе; диаграмма деятельности, отображающая последовательность, ветвление и синхронизацию процессов в системе.


Библиографический список
  1. Н.А. Чермных, Н.А. Игошина, Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы старых людей по данным вариабельности сердечного ритма – Изд. 3-е. – М., 2013. – 536 с.
  2. Физиология человека. В 3-х т. Т.2: Пр. С англ./Под. ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М., 2011. – 313с.
  3. А.Л. Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др., Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко. – М.: Радио и связь, 2013. – 248с.
  4. Моделирование информационной системы мониторинга и контроля параметров технически сложного объекта / Гудков К.В., Гудкова Е.А., Володина М.А. // Современные информационные технологии. – 2014. – № 19. – С. 191-195.
  5. Разработка информационной системы контроля БПЛА классической компоновки / Пискаев К.Ю., Гребенников Н.А., Кияев А.А. // Современные информационные технологии. – 2015. – № 21. –С. 134-140.
  6. Синтез модельно-ориентированного и объектно-ориентированного подхода в процессе моделирования сложных систем / Михеев М.Ю., Гудкова Е.А., Лепешев А.А. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2015. – № 4 (26). – С. 263-267.
  7. Информационно-структурные модели системы сбора и обработки данных с кориолисова расходомера инерционного типа / Михеев М.Ю., Гудкова Е.А., Лепешев А.А. // Надежность и качество сложных систем. – 2015. – № 1 (9). –С. 43-50.
  8. Объектно-ориентированное моделирование информационной системы сбора, обработки и хранения данных / Гудков К.В., Гудкова Е.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. – 2014. – Т. 1. – С. 199-203.
  9. Князев Д.С. Информационно-структурные модели системы измерения уровня топлива в баке автомобиля // Современная техника и технологии. 2015. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/10/7975 (дата обращения: 20.11.2015).
  10. Идентификация критических состояний системы мониторинга и контроля / Мурашкина Е.Н., Жашкова Т.В. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-2. – С. 62.
  11. Обобщенная процедура структурно-параметрического синтеза информационных моделей сложных систем / Дмитриенко А.Г., Михеев М.Ю., Жашкова Т.В. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2012. – № 4. – С. 143.
  12. Методы анализа данных и их реализация в системах поддержки принятия решений. Михеев М.Ю., Прокофьев О.В., Семочкина Ю.И. учебное пособие / Пенза, 2014.


Все статьи автора «Матюшкин Никита Викторович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: