mga instructable Pagdisenyo ug Functional ECG Uban sa Automated Plotting sa Biosignal
Pagdisenyo ug Functional ECG Uban sa Automated Plotting sa Biosignal
Kini nga proyekto naghiusa sa tanan nga nakat-unan karong semester ug magamit kini sa usa ka buluhaton. Ang among tahas mao ang paghimo usa ka sirkito nga magamit ingon usa ka electrocardiogram (ECG) pinaagi sa paggamit sa usa ka instrumento. amplifier, lowpass filter, ug notch filter. Ang ECG naggamit sa mga electrodes nga gibutang sa usa ka indibidwal aron sukdon ug ipakita ang kalihokan sa kasingkasing. Ang mga kalkulasyon gihimo base sa kasagaran nga hamtong nga kasingkasing, ug ang orihinal nga circuit schematics gihimo sa LTSpice aron masusi ang ganansya ug cutoff frequency. Ang mga katuyoan niini nga proyekto sa disenyo mao ang mga musunud:
- Gamita ang mga kahanas sa instrumentasyon nga nakat-unan sa lab karong semester
- Pagdesinyo, paghimo, ug pag-verify sa pagpaandar sa usa ka aparato nga makakuha og signal
- I-validate ang aparato sa usa ka hilisgutan sa tawo
Mga gamit:
- LTSpice simulator (o susama nga software) Breadboard
- Nagkalainlain nga mga resistor
- Nagkalainlain nga mga capacitor
- Opamps
- Mga wire sa electrode
- Pagsulud voltage tinubdan
- Device sa pagsukod sa output voltage (ie oscilloscope)
Lakang 1: Paghimo sa mga kalkulasyon alang sa matag Circuit Component
Ang mga hulagway sa ibabaw nagpakita sa mga kalkulasyon sa matag sirkito. Sa ubos, gipatin-aw niini ang dugang bahin sa mga sangkap ug ang mga kalkulasyon nga nahimo.
Instrumentasyon Ampbuhi nga kinabuhi
Usa ka instrumento amplifier, o IA, makatabang sa paghatag og daghang ganansya alang sa ubos nga lebel nga mga signal. Makatabang kini nga madugangan ang gidak-on sa signal aron kini mas makita ug ang waveform mahimong masusi.
Alang sa mga kalkulasyon, gipili namo ang duha ka random resistor values para sa R1 ug R2, nga 5 kΩ ug 10 kΩ, matag usa. Gusto usab namo nga ang ganansya mahimong 1000 aron ang signal mas sayon sa pag-analisar. Ang ratio alang sa R3 ug R4 unya masulbad pinaagi sa mosunod nga equation:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) -> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] -> R4/ R3 = 200
Dayon gigamit namo kana nga ratio aron sa pagdesisyon kung unsa ang matag bili sa resistor. Ang mga bili mao ang mosunod:
R3 = 1 kΩ
Pagsala sa Notch
Ang usa ka notch filter nagpahinay sa mga signal sulod sa usa ka pig-ot nga banda sa mga frequency o nagtangtang sa usa ka frequency. Ang frequency nga gusto namong tangtangon sa kini nga kaso mao ang 60 Hz tungod kay kadaghanan sa kasaba nga gihimo sa mga elektronik nga aparato naa sa kana nga frequency. Ang AQ factor mao ang ratio sa center frequency ngadto sa bandwidth, ug makatabang usab kini sa paghulagway sa porma sa magnitude plot. Ang mas dako nga Q factor moresulta sa mas pig-ot nga stop band. Alang sa mga kalkulasyon, atong gamiton ang Q value nga 8.
Nakahukom kami nga pilion ang mga kantidad sa kapasitor nga naa kanamo. Busa, C1 = C2 = 0.1 uF, ug C2 = 0.2 uF.
Ang mga equation nga atong gamiton sa pagkalkulo sa R1, R2, ug R3 mao ang mosunod:
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
Lowpass Filter
Ang usa ka low pass filter nagpahinay sa taas nga mga frequency samtang gitugotan ang mas ubos nga mga frequency nga moagi. Ang cutoff frequency adunay kantidad nga 150 Hz tungod kay kana ang husto nga kantidad sa ECG alang sa mga hamtong. Usab, ang ganansya (K nga bili) mahimong 1, ug ang mga constant a ug b mao ang 1.414214 ug 1, matag usa.
Gipili namo ang C1 nga katumbas sa 68 nF tungod kay kami adunay kana nga kapasitor. Sa pagpangita sa C2 gigamit namo ang mosunod nga equation:
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
Busa, gipili namo ang C2 nga katumbas sa 0.15 uF
Aron makalkulo ang duha ka mga kantidad sa resistor, kinahanglan namong gamiton ang mosunod nga mga equation:
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
Lakang 2: Paghimo og mga Schematics sa LTSpice
Ang tanan nga tulo ka mga sangkap gimugna ug nagdagan nga tagsa-tagsa sa LTSpice nga adunay usa ka AC sweep analysis. Ang mga kantidad nga gigamit mao ang among gikalkula sa lakang 1.
Lakang 3: Pagtukod sa Instrumentasyon Ampli
Gitukod namo ang instrumento amplifier sa breadboard pinaagi sa pagsunod sa eskematiko sa LTSpice. Sa diha nga kini gitukod, ang input (yellow) ug output (green) voltages gipakita. Ang berde nga linya adunay ganansya nga 743.5X kumpara sa yellow nga linya.
Lakang 4: Paghimo sa Notch Filter
Sunod, among gitukod ang notch filter sa breadboard base sa schematic nga gihimo sa LTSpice. Gitukod kini sunod sa IA circuit. Dayon among girekord ang input ug output voltage bili sa lain-laing mga frequency sa pagtino sa gidak-on. Dayon, among gi-graph ang magnitude kumpara sa frequency sa plot aron itandi kini sa LTSpice simulation. Ang bugtong butang nga among giusab mao ang mga kantidad sa C3 ug R2 nga 0.22 uF ug 430 kΩ, matag usa. Pag-usab, ang frequency nga gitangtang niini mao ang 60 Hz.
Lakang 5: Paghimo sa Lowpass Filter
Gitukod dayon namo ang low pass filter sa breadboard base sa schematic sa LTSpice sunod sa notch filter. Dayon among girekord ang input ug output voltages sa lain-laing mga frequency sa pagtino sa magnitude. Dayon, giplano namo ang magnitude ug frequency aron itandi kini sa LTSpice simulation. Ang bugtong bili nga among giusab alang niini nga filter mao ang C2 nga 0.15 uF. Ang cutoff frequency nga among gi-verify mao ang 150 Hz.
Lakang 6: Pagsulay sa Usa ka Tawo nga Hilisgutan
Una, ikonektar ang tulo ka indibidwal nga mga sangkap sa sirkito. Unya, sulayi kini sa usa ka simulate nga pinitik sa kasingkasing aron masiguro nga ang tanan nagtrabaho. Dayon, ibutang ang mga electrodes sa indibidwal aron ang positibo anaa sa tuo nga pulso, negatibo anaa sa wala nga buolbuol, ug ang yuta anaa sa tuo nga buolbuol. Kung andam na ang indibidwal, ikonektar ang usa ka 9V nga baterya aron magamit ang opamps ug ipakita ang output signal. Timan-i nga ang indibiduwal kinahanglang magpabiling hilom sulod sa mga 10 segundos aron makakuha ug tukmang pagbasa.
Congrats, malampuson ka nga nakamugna ug automated ECG!
Mga Dokumento / Mga Kapanguhaan
 |
mga instructable Pagdisenyo ug Functional ECG Uban sa Automated Plotting sa Biosignal [pdf] Mga instruksiyon Pagdisenyo ug Functional ECG Uban sa Automated Plotting sa Biosignal, Pagdisenyo ug Functional ECG, Functional ECG, Plotting sa Biosignal |
