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Télémédecine. Stéthoscope électronique à ingénierie inverse


Je suis engagé dans le développement de l'électronique depuis plus de 10 ans, mais il est arrivé que mon premier projet dans le domaine de la médecine ne soit apparu que l'année dernière, et après cela je n'ai pas abandonné ce sujet . Comme d'habitude dans de tels cas, le développement, il a été décidé de commencer par l'étude des prototypes. Dans cet article, je veux partager les résultats secondaires de l'ingénierie inverse du fœtus d'une startup de télémédecine d'origine chinoise - un stéthoscope électronique. Si vous êtes intéressé par ce que l'intérieur d'un représentant typique de startups dans le domaine de la télémétrie, lancé au début des années 2010, est caché, et pourquoi une telle solution de conception de circuits a été choisie, vous êtes les bienvenus chez cat.



Cliquez si vous ne savez pas, mais quel genre de bête est-ce - un stéthoscope?
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Malgré le fait que les gars aient commencé leur projet en Australie, ils ont réussi à lever la première vague d'investissements uniquement en Chine. Étant donné que l'épine dorsale de l'équipe provenait de l'Empire éternel et que la Chine a un programme gouvernemental sérieux pour aider les startups, ce n'est pas du tout surprenant. Cependant, nous avons été distraits, le sujet de cet article est la structure interne de l'appareil, et non l'histoire du développement de la startup. À ce sujet, peut-être la prochaine fois.

Regardons à l'intérieur du paquet




En regardant à l'intérieur, un emballage en carton de très haute qualité, nous trouvons un étui agréable au toucher avec deux appareils. Celui qui est plus grand et étendu comme un crocodile est un thermomètre sans contact. Round est le patient de notre aujourd'hui, un stéthoscope.

Les gars ont beaucoup manqué avec le thermomètre - non seulement la stabilité des mesures s'est avérée extrêmement faible, mais la fiabilité du travail nous a également laissé tomber. Pour l'ingénierie inverse, nous avons acheté un appareil d'occasion et le thermomètre sans contact qu'il contient s'est révélé défectueux. Concentrons-nous donc sur le stéthoscope. Examinons d'abord le câble de connexion.



Vous pouvez voir que d'une part, il se termine par une prise audio et, d'autre part, par un connecteur microUSB. Pourquoi est-il plus facile de comprendre si vous voyagez mentalement en 2012 - l'année de la naissance de la startup. À cette époque, sur Kickstarter, vous pouviez trouver un grand nombre d'une grande variété d'appareils connectés au gadget de manière si exotique.

Tous ont été conçus principalement pour fonctionner avec la génération d'alors de l'iPhone. Il n'avait pas de connecteur USB et l'organisation de la transmission du signal sur les canaux sans fil avec lui était extrêmement difficile. Par conséquent, les gadgets ont été connectés via un câble audio, via la prise casque, et l'échange de commandes a été effectué à l'aide de signaux audio codés par la fréquence et la durée des paquets. C'est ce principe de communication qui est également utilisé dans notre sujet expérimental. Il est temps, cependant, de regarder sous son capot!

Il est temps de passer aux détails


Le boîtier en métal coulé se compose de deux moitiés reliées par un filetage. À l'intérieur du boîtier se trouvent deux foulards. L'un d'eux ne mérite pas notre attention - seul le support d'une batterie à trois volts n'y est pas situé, mais le second mérite d'être étudié plus en détail et même des deux côtés.



Sur le côté gauche des cartes, nous voyons un connecteur microUSB. Le choix est tombé sur lui car il est beaucoup plus petit qu'une prise audio standard d'un diamètre de 3,5 mm. La partie supérieure de la planche est représentée à droite. Il abrite de nombreuses capacités de blocage de puissance et des éléments de protection dans des boîtiers SOT23 à trois conducteurs ressemblant à des transistors. Rappelons que nous avons affaire à un dispositif médical et que même le niveau de certification le plus simple le requiert.

Le cœur, et à temps partiel et l'oreille, de cet appareil est certainement un microphone. Un électret bon marché, qui, comme un micro-casque, peut être alimenté par un téléphone, ne peut pas être utilisé ici. Les informations utiles sur les signaux sonores arrivant au casque d'un stéthoscope / phonendoscope se situent dans la plage de 20 Hz à Hz 600. La plage inférieure est limitée par les propriétés de fréquence de l'oreille, la fréquence maximale supérieure dans laquelle se trouvent le bruit du cœur et des organes internes. Trouver un microphone compact avec une telle réponse en fréquence n'est pas facile. Cet appareil utilisait un microphone analogique fabriqué par la technologie MEMS. Le signal de celui-ci, sans aucune amplification supplémentaire, est entré dans la section audio du smartphone. Le microphone a été soigneusement recouvert d'un tampon en caoutchouc que j'ai retiré pour une meilleure vue.

Pour plus de commodité, j'ai attribué des numéros aux composants clés et représenté ci-dessous un diagramme fonctionnel grandement simplifié de l'appareil.



Il semblerait qu'il suffit de mettre un micro avec une batterie et de ne pas tout compliquer avec des puces supplémentaires. Cependant, même en l'absence de signal d'entrée, la consommation actuelle du microphone est suffisante pour vider la batterie en quelques jours. Bien sûr, il serait possible d'installer un interrupteur mécanique de petite taille sur le corps de l'appareil, mais ce n'est pas la manière du Jedi, principalement parce qu'il est facile d'oublier de l'éteindre ou, au contraire, de l'allumer accidentellement. Par conséquent, à un moment où vous devez de toute urgence écouter les poumons du patient, l'appareil sera inopérant. Pour les applications médicales, ce n'est pas du tout un bourdonnement, vous pouvez même en dire plus - c'est inacceptable.

Nos Chinois, à contrecœur, ont dû continuer à compliquer le projet. Tout d'abord, ils ont ajouté un microcontrôleur de la série STM32L à ultra-basse consommation 1. (Pour les microcontrôleurs basse consommation , voir un de mes articles précédents ) Puis ils ont installé un régulateur de tension dans le circuit d'alimentation du microphone 2 et ont finalement fait faillite sur une puce de commutation analogique.

Les fonctions suivantes sont affectées au microcontrôleur de contrôle:

  • Alimentation du microphone
  • Détermination du niveau de tension de la batterie et, si nécessaire, formation d'un signal sur sa décharge imminente
  • Détection d'un signal audio sinusoïdal de contrôle depuis un smartphone
  • Génération d'un signal sinusoïdal analogique pour le processus d'échange de données avec un smartphone
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Après que l'utilisateur a appliqué un stéthoscope sur le corps d'une personne, il appuie sur le bouton situé sur l'écran du smartphone. Le smartphone envoie une séquence audio de contrôle dans laquelle le temps d'écoute est encodé. Elle va au microcontrôleur comparateur. Ayant détecté la chute de tension à son entrée, le microcontrôleur interrompt l'état de sommeil profond, décrypte le signal d'entrée et envoie une séquence sonore de réponse contenant des informations sur le niveau de la batterie à l'entrée microphone du téléphone. Après cela, le microcontrôleur alimente le microphone pendant une durée spécifiée et fait basculer le commutateur audio sur le mode de transmission du signal du microphone à l'entrée microphone du téléphone. Au bout d'une période de temps prédéterminée, tout revient à son état d'origine et le microcontrôleur plonge dans un sommeil profond.

Le smartphone utilise le firmware pour enregistrer le signal audio sous forme de fichier dans sa propre mémoire. À l'avenir, vous pourrez l'écouter, le visualiser sur l'écran du smartphone et même le transférer dans les nuages ​​pour analyse et traitement détaillé.

Inconvénients de l'appareil




Comme de nombreuses startups médicales de première vague, auxquelles je fais référence aux projets lancés au début des années 2010, celui-ci s'est finalement écrasé. Cependant, il y a une idée de consacrer mon prochain article à une analyse détaillée des raisons des hauts et des bas des startups médicales de cette génération.

En cela, je note seulement les erreurs de calcul évidentes associées aux performances techniques.
Comme une petite charge pour l'esprit, je suggère de trouver des erreurs évidentes par nous-mêmes, puis d'ouvrir le spoiler et de comparer avec ceux

que j'ai remarqué
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En conclusion, une grosse demande pour prendre quelques secondes sur un petit mais important sondage pour moi. Remercier.

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