instructables Dissenyeu un ECG funcional amb traçat automàtic del biosenyal
Dissenyar un ECG funcional amb traçat automàtic del biosenyal
Aquest projecte combina tot el que s'ha après aquest semestre i l'aplica a una única tasca. La nostra tasca és crear un circuit que es pugui utilitzar com a electrocardiograma (ECG) mitjançant l'ús d'instruments. ampfiltrador, filtre de pas baix i filtre de notch. Un ECG utilitza elèctrodes col·locats a una persona per mesurar i mostrar l'activitat cardíaca. Es van fer càlculs basats en el cor adult mitjà i es van crear esquemes de circuits originals a LTSpice per verificar les freqüències de guany i tall. Els objectius d'aquest projecte de disseny són els següents:
- Aplicar les habilitats d'instrumentació apreses al laboratori aquest semestre
- Dissenyar, construir i verificar la funcionalitat d'un dispositiu d'adquisició de senyal
- Valideu el dispositiu en un subjecte humà
Subministraments:
- Simulador LTSpice (o programari similar) Breadboard
- Resistències diverses
- Condensadors diversos
- Opamps
- Fils d'elèctrode
- Vol d’entradatage font
- Dispositiu per mesurar el volum de sortidatage (és a dir, oscil·loscopi)
Pas 1: Feu els càlculs per a cada component del circuit
Les imatges de dalt mostren els càlculs per a cada circuit. A continuació, s'explica més sobre els components i els càlculs realitzats.
Instrumentació Ampmés viu
Una instrumentació amplifier, o IA, ajuda a proporcionar una gran quantitat de guany per a senyals de baix nivell. Ajuda a augmentar la mida del senyal perquè sigui més visible i es pugui analitzar la forma d'ona.
Per als càlculs, vam triar dos valors de resistència aleatoris per a R1 i R2, que són 5 kΩ i 10 kΩ, respectivament. També volem que el guany sigui 1000, de manera que el senyal serà més fàcil d'analitzar. La relació per a R3 i R4 es resol amb l'equació següent:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Després vam utilitzar aquesta relació per decidir quin serà el valor de cada resistència. Els valors són els següents:
R3 = 1 kΩ
Filtre de graella
Un filtre notch atenúa els senyals dins d'una banda estreta de freqüències o elimina una sola freqüència. La freqüència que volem eliminar en aquest cas és de 60 Hz perquè la majoria del soroll produït pels dispositius electrònics és a aquesta freqüència. El factor AQ és la relació entre la freqüència central i l'amplada de banda, i també ajuda a descriure la forma de la trama de magnitud. Un factor Q més gran dóna lloc a una banda de parada més estreta. Per als càlculs, utilitzarem un valor Q de 8.
Vam decidir triar els valors dels condensadors que teníem. Així, C1 = C2 = 0.1 uF i C2 = 0.2 uF.
Les equacions que utilitzarem per calcular R1, R2 i R3 són les següents:
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
Filtre passa baix
Un filtre de pas baix atenua les freqüències altes alhora que permet que les freqüències més baixes passin. La freqüència de tall tindrà un valor de 150 Hz perquè aquest és el valor d'ECG correcte per als adults. A més, el guany (valor K) serà 1 i les constants a i b són 1.414214 i 1, respectivament.
Vam triar C1 per igualar 68 nF perquè teníem aquest condensador. Per trobar C2 hem utilitzat l'equació següent:
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
Per tant, vam triar C2 per igualar 0.15 uF
Per calcular els valors de les dues resistències, hem hagut d'utilitzar les equacions següents:
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
Pas 2: Creeu esquemes a LTSpice
Els tres components es van crear i es van executar individualment a LTSpice amb una anàlisi d'escombrat d'AC. Els valors utilitzats són els que hem calculat al pas 1.
Pas 3: Construeix la Instrumentació Ampli fi er
Hem construït la instrumentació amplificador a la placa seguint l'esquema de LTSpice. Un cop construït, l'entrada (groc) i la sortida (verd) voltages van mostrar. La línia verda només té un guany de 743.5X en comparació amb la línia groga.
Pas 4: Construeix el filtre Notch
A continuació, vam construir el filtre de notch a la placa basant-nos en l'esquema fet a LTSpice. Va ser construït al costat del circuit IA. Després vam gravar el vol d'entrada i sortidatage valors a diverses freqüències per determinar la magnitud. A continuació, vam representar gràficament la magnitud en funció de la freqüència a la trama per comparar-la amb la simulació LTSpice. L'únic que vam canviar van ser els valors de C3 i R2, que són 0.22 uF i 430 kΩ, respectivament. De nou, la freqüència que elimina és de 60 Hz.
Pas 5: Construeix el filtre de pas baix
A continuació, vam construir el filtre de pas baix a la placa basant-nos en l'esquema de LTSpice al costat del filtre de notch. Després vam gravar el vol d'entrada i sortidatages a diverses freqüències per determinar la magnitud. A continuació, vam representar la magnitud i la freqüència per comparar-la amb la simulació LTSpice. L'únic valor que vam canviar per a aquest filtre va ser C2, que és 0.15 uF. La freqüència de tall que estàvem verificant és de 150 Hz.
Pas 6: Test sobre un subjecte humà
Primer, connecteu els tres components individuals del circuit junts. A continuació, prova-ho amb un ritme cardíac simulat per assegurar-te que tot funciona. A continuació, col·loqueu els elèctrodes a l'individu de manera que el positiu estigui al canell dret, el negatiu al turmell esquerre i el terra al turmell dret. Un cop l'individu estigui llest, connecteu una bateria de 9 V per alimentar l'operadoramps i mostra el senyal de sortida. Tingueu en compte que l'individu ha de romandre molt quiet durant uns 10 segons per obtenir una lectura precisa.
Enhorabona, heu creat correctament un ECG automatitzat!
Documents/Recursos
 |
instructables Dissenyeu un ECG funcional amb traçat automàtic del biosenyal [pdfInstruccions Disseny d'un ECG funcional amb traçat automàtic del biosenyal, disseny d'un ECG funcional, ECG funcional, traçat del biosenyal |
