instructables Проектирайте функционална ЕКГ с автоматизирано изобразяване на биосигнала
Проектирайте функционална ЕКГ с автоматизирано изобразяване на биосигнала
Този проект съчетава всичко научено през този семестър и го прилага към една единствена задача. Нашата задача е да създадем верига, която може да се използва като електрокардиограма (ЕКГ) с помощта на инструментариум amplifier, нискочестотен филтър и прорезен филтър. ЕКГ използва електроди, поставени върху индивид, за измерване и показване на сърдечната дейност. Изчисленията бяха направени въз основа на средното сърце на възрастен, а оригиналните схеми на веригата бяха създадени на LTSpice, за да се провери усилването и честотите на прекъсване. Целите на този дизайнерски проект са следните:
- Приложете инструментални умения, научени в лабораторията този семестър
- Проектиране, изграждане и проверка на функционалността на устройство за получаване на сигнал
- Валидирайте устройството върху човек
Консумативи:
- LTSpice симулатор (или подобен софтуер) Breadboard
- Различни резистори
- Различни кондензатори
- Opamps
- Електродни проводници
- Входен обемtagизточник
- Устройство за измерване на изходен обtage (т.е. осцилоскоп)
Стъпка 1: Направете изчисленията за всеки компонент на веригата
Изображенията по-горе показват изчисленията за всяка верига. По-долу се обяснява повече за компонентите и направените изчисления.
Инструментариум Ampлифир
Инструментарий amplifier, или IA, помага да се осигури голямо усилване за сигнали с ниско ниво. Помага за увеличаване на размера на сигнала, така че да е по-видим и формата на вълната да може да се анализира.
За изчисления избрахме две произволни стойности на резистора за R1 и R2, които са съответно 5 kΩ и 10 kΩ. Също така искаме печалбата да бъде 1000, така че сигналът да бъде по-лесен за анализиране. Съотношението за R3 и R4 след това се решава чрез следното уравнение:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
След това използвахме това съотношение, за да решим каква ще бъде стойността на всеки резистор. Стойностите са както следва:
R3 = 1 kΩ
Notch филтър
Филтърът с прорези намалява сигналите в тясна лента от честоти или премахва една единствена честота. Честотата, която искаме да премахнем в този случай, е 60 Hz, защото повечето шумове, произведени от електронни устройства, са на тази честота. AQ факторът е съотношението на централната честота към честотната лента и също така помага да се опише формата на диаграмата на величината. По-големият Q фактор води до по-тясна лента на спиране. За изчисления ще използваме Q стойност от 8.
Решихме да изберем стойности на кондензатора, които имахме. И така, C1 = C2 = 0.1 uF и C2 = 0.2 uF.
Уравненията, които ще използваме за изчисляване на R1, R2 и R3, са както следва:
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
Нискочестотен филтър
Нискочестотен филтър намалява високите честоти, като същевременно позволява на по-ниските честоти да преминат. Граничната честота ще има стойност от 150 Hz, защото това е правилната ЕКГ стойност за възрастни. Освен това усилването (стойност K) ще бъде 1, а константите a и b са съответно 1.414214 и 1.
Избрахме C1 да се равнява на 68 nF, защото имахме този кондензатор. За да намерим C2 използвахме следното уравнение:
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
Затова избрахме C2 да се равнява на 0.15 uF
За да изчислим двете стойности на резистора, трябваше да използваме следните уравнения:
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
Стъпка 2: Създайте схеми на LTSpice
И трите компонента бяха създадени и работеха индивидуално на LTSpice с AC sweep анализ. Използваните стойности са тези, които сме изчислили в стъпка 1.
Стъпка 3: Изградете инструментариума Ampпо -тежко
Изградихме уредите amplifier на макетната платка, като следвате схемата на LTSpice. След като бъде построен, входът (жълт) и изходът (зелен) voltages бяха показани. Зелената линия има само печалба от 743.5X в сравнение с жълтата линия.
Стъпка 4: Изградете филтъра Notch
След това изградихме филтъра за прорези на макетната платка въз основа на схемата, направена на LTSpice. Построен е до веригата на IA. След това записахме входен и изходен обемtage стойности при различни честоти за определяне на величината. След това направихме графика на величината спрямо честотата на графиката, за да я сравним със симулацията на LTSpice. Единственото нещо, което променихме, бяха стойностите на C3 и R2, които са съответно 0.22 uF и 430 kΩ. Отново, честотата, която премахва, е 60 Hz.
Стъпка 5: Изградете нискочестотен филтър
След това изградихме нискочестотен филтър на макетната платка въз основа на схемата на LTSpice до филтъра с прорези. След това записахме входния и изходния обемtages на различни честоти, за да се определи величината. След това начертахме величината и честотата, за да ги сравним със симулацията на LTSpice. Единствената стойност, която променихме за този филтър, беше C2, което е 0.15 uF. Граничната честота, която проверявахме, е 150 Hz.
Стъпка 6: Тест върху човек
Първо свържете трите отделни компонента на веригата заедно. След това го тествайте със симулиран сърдечен ритъм, за да сте сигурни, че всичко работи. След това поставете електродите върху индивида, така че положителният е на дясната китка, отрицателният е на левия глезен, а земята е на десния глезен. След като индивидът е готов, свържете 9V батерия, за да захранвате операционната системаamps и покажете изходния сигнал. Имайте предвид, че индивидът трябва да остане неподвижен за около 10 секунди, за да получите точно отчитане.
Поздравления, успешно създадохте автоматизирана ЕКГ!
Документи / Ресурси
 |
instructables Проектирайте функционална ЕКГ с автоматизирано изобразяване на биосигнала [pdfИнструкции Проектиране на функционална ЕКГ с автоматизирано начертаване на биосигнала, Проектиране на функционална ЕКГ, функционална ЕКГ, начертаване на биосигнала |
