instruksies Ontwerp 'n funksionele EKG met outomatiese plot van die biosein
Ontwerp 'n funksionele EKG met outomatiese plot van die biosein
Hierdie projek kombineer alles wat hierdie semester geleer is en pas dit toe op een enkele taak. Ons taak is om 'n stroombaan te skep wat as 'n elektrokardiogram (EKG) gebruik kan word deur 'n instrumentasie te gebruik ampverligter, laagdeurlaatfilter en kerffi lter. 'n EKG gebruik elektrodes wat op 'n individu geplaas word om die hartaktiwiteit te meet en te vertoon. Berekeninge is gemaak op grond van die gemiddelde volwasse hart, en die oorspronklike stroombaanskemas is op LTSpice geskep om wins- en afsnyfrekwensies te verifieer. Die doelwitte van hierdie ontwerpprojek is soos volg:
- Pas instrumentasievaardighede wat hierdie semester in die laboratorium geleer is toe
- Ontwerp, bou en verifieer die funksionaliteit van 'n seinverkrygingstoestel
- Valideer die toestel op 'n menslike onderwerp
Voorrade:
- LTSpice-simulator (of soortgelyke sagteware) Broodbord
- Verskeie weerstande
- Verskeie kapasitors
- Opamps
- Elektrode drade
- Invoer voltage bron
- Toestel om uitset voltage (dws ossilloskoop)
Stap 1: Maak die berekeninge vir elke stroombaankomponent
Die beelde hierbo toon die berekeninge vir elke stroombaan. Hieronder verduidelik dit meer oor die komponente en die berekeninge wat gedoen is.
Instrumentasie Amplewendiger
'n Instrumentasie amplifier, of IA, help om 'n groot hoeveelheid wins vir lae-vlak seine te verskaf. Dit help om die grootte van die sein te vergroot sodat dit meer sigbaar is en die golfvorm ontleed kan word.
Vir berekeninge het ons twee ewekansige weerstandwaardes vir R1 en R2 gekies, wat onderskeidelik 5 kΩ en 10 kΩ is. Ons wil ook hê dat die wins 1000 moet wees, sodat die sein makliker sal wees om te ontleed. Die verhouding vir R3 en R4 word dan opgelos deur die volgende vergelyking:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/R3 = 200
Ons het toe daardie verhouding gebruik om te besluit wat elke weerstandwaarde sal wees. Die waardes is soos volg:
R3 = 1 kΩ
Kerffilter
'n Kerffilter verswak seine binne 'n nou band van frekwensies of verwyder 'n enkele frekwensie. Die frekwensie wat ons in hierdie geval wil verwyder is 60 Hz omdat die meeste geraas wat deur elektroniese toestelle geproduseer word op daardie frekwensie is. AQ-faktor is die verhouding van die middelfrekwensie tot bandwydte, en dit help ook om die vorm van die groottegrafiek te beskryf. 'n Groter Q-faktor lei tot 'n nouer stopband. Vir berekeninge sal ons 'n Q-waarde van 8 gebruik.
Ons het besluit om kapasitorwaardes te kies wat ons gehad het. Dus, C1 = C2 = 0.1 uF, en C2 = 0.2 uF.
Die vergelykings wat ons gaan gebruik om R1, R2 en R3 te bereken, is soos volg:
R1 = 1 / (4*pi*Q*f*C1) = 1 / (4*pi*8*60*0.1E-6) = 1.6 kΩ
R2 = (2*Q) / (2*pi*f*C1) = (2*8) / (2*pi*60*0.1E-6) = 424 kΩ
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 kΩ
Laagdeurlaatfilter
’n Laedeurlaatfilter verswak hoë frekwensies terwyl laer frekwensies deurlaat. Die afsnyfrekwensie sal waarde van 150 Hz hê, want dit is die korrekte EKG-waarde vir volwassenes. Die wins (K-waarde) sal ook 1 wees, en konstantes a en b is onderskeidelik 1.414214 en 1.
Ons het C1 gekies om gelyk te wees aan 68 nF omdat ons daardie kapasitor gehad het. Vir nd C2 het ons die volgende vergelyking gebruik:
C2 >= (C2*4*b) / [a^2 + 4*b(K-1)] = (68E-9*4*1) / [1.414214^2 + 4*1(1-1)] –> C2 >= 1.36E-7
Daarom het ons C2 gekies om gelyk te wees aan 0.15 uF
Om die twee weerstandwaardes te bereken, moes ons die volgende vergelykings gebruik:
R1 = 2 / (2*pi*f*[a*C2 + sqrt([a^2 + 4*b(K-1)]*C2^2 – 4*b*C1*C2)] = 7.7 kΩ
R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*(2*pi*f)^2) = 14.4 kΩ
Stap 2: Skep skemas op LTSpice
Al drie komponente is geskep en individueel op LTSpice gehardloop met 'n AC-sweep-analise. Die waardes wat gebruik is, is dié wat ons in stap 1 bereken het.
Stap 3: Bou die instrumentasie Amplêer
Ons het die instrumentasie gebou ampverligter op die broodbord deur die skema op LTSpice te volg. Sodra dit gebou is, sal die inset (geel) en uitset (groen) voltages is vertoon. Die groen lyn het slegs 'n wins van 743.5X in vergelyking met die geel lyn.
Stap 4: Bou die kerffilter
Vervolgens het ons die kerffilter op die broodbord gebou op grond van die skema wat op LTSpice gemaak is. Dit is langs die IA-kring gebou. Ons het toe inset en uitset voltage waardes by verskillende frekwensies om die grootte te bepaal. Dan het ons die grootte teenoor frekwensie op die plot geteken om dit met die LTSpice-simulasie te vergelyk. Die enigste ding wat ons verander het, was die waardes van C3 en R2 wat onderskeidelik 0.22 uF en 430 kΩ is. Weereens, die frekwensie wat dit verwyder is 60 Hz.
Stap 5: Bou die laagdeurlaatfilter
Ons het toe die laagdeurlaatfilter op die broodbord gebou op grond van die skematiese op LTSpice langs die kerffilter. Ons het toe die inset en uitset voltages by verskillende frekwensies om die grootte te bepaal. Toe het ons die grootte en frekwensie geplot om dit met die LTSpice-simulasie te vergelyk. Die enigste waarde wat ons vir hierdie filter verander het, was C2 wat 0.15 uF is. Die afsnyfrekwensie wat ons geverifieer het, is 150 Hz.
Stap 6: Toets oor 'n menslike onderwerp
Koppel eers die drie individuele komponente van die stroombaan aan mekaar. Toets dit dan met 'n gesimuleerde hartklop om te verseker dat alles werk. Plaas dan die elektrodes op die individu sodat die positiewe op die regterpols is, die negatiewe op die linkerenkel en die grond op die regterenkel. Sodra die individu gereed is, koppel 'n 9V-battery aan om die operasie aan te dryfamps en vertoon die uitsetsein. Let daarop dat die individu vir ongeveer 10 sekondes baie stil moet bly om 'n akkurate lesing te kry.
Baie geluk, jy het 'n outomatiese EKG suksesvol geskep!
Dokumente / Hulpbronne
 |
instruksies Ontwerp 'n funksionele EKG met outomatiese plot van die biosein [pdf] Instruksies Ontwerp 'n funksionele EKG met outomatiese plot van die biosein, ontwerp 'n funksionele EKG, funksionele EKG, plot van die biosein |
