instructables Prughjettate un ECG Funziunale cù Tracciamentu Automatizatu di u Biosignale
Cuncepisce un ECG Funziunale cù Tracciamentu Automatizatu di u Biosignale
Stu prughjettu combina tuttu ciò chì hà amparatu stu semestru è l'applica à una sola attività. U nostru compitu hè di creà un circuitu chì pò esse usatu cum'è un elettrocardiogramma (ECG) utilizendu un instrumentation. amplifier, filtru passa-bassu è filtru notch. Un ECG usa elettrodi posti nantu à un individuu per misurà è visualizà l'attività di u core. I calculi sò stati basati nantu à u core adultu mediu, è i schemi di u circuitu originale sò stati creati nantu à LTSpice per verificà e frequenze di guadagnà è cutoff. L'ugettivi di stu prughjettu di disignu sò i seguenti:
- Applicà e cumpetenze di strumentazione amparate in u laboratoriu stu semestru
- Cuncepisce, custruisce è verificate a funziunalità di un dispositivu di acquisizione di signali
- Validate u dispusitivu nantu à un sughjettu umanu
Forniture:
- Simulatore LTSpice (o software simile) Breadboard
- Diversi resistori
- Diversi condensatori
- Opamps
- Fili d'elettrodi
- Input voltage surghjente
- Dispositivu per misurà u voltage (ie oscilloscope)
Passu 1: Fate i calculi per ogni cumpunente di u circuitu
L'imaghjini sopra mostranu i calculi per ogni circuitu. Sottu, spiega più nantu à i cumpunenti è i calculi fatti.
Strumentazione Amppiù vivu
Una strumentazione amplifier, o IA, aiuta à furnisce una grande quantità di guadagnà per i segnali di livellu bassu. Aiuta à aumentà a dimensione di u segnu in modu chì hè più visibile è a forma d'onda pò esse analizata.
Per i calculi, avemu sceltu dui valori di resistenza aleatoriu per R1 è R2, chì sò 5 kΩ è 10 kΩ, rispettivamente. Vulemu ancu chì u guadagnu sia 1000 cusì u signale serà più faciule d'analizà. U rapportu per R3 è R4 sò allora risolti da l'equazioni seguenti:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Dopu avemu usatu quella ratio per decide quale serà ogni valore di resistenza. I valori sò i seguenti:
R3 = 1 kΩ
Filtru Notch
Un filtru notch attenua i signali in una banda stretta di frequenze o elimina una sola frequenza. A freccia chì vulemu caccià in questu casu hè 60 Hz perchè a maiò parte di u rumore pruduciutu da i dispositi elettronici hè à quella frequenza. U fattore AQ hè u rapportu di a freccia di u centru à a larghezza di banda, è aiuta ancu à descriverà a forma di a trama di magnitudine. Un fattore Q più grande risulta in una banda di stop più stretta. Per i calculi, useremu un valore Q di 8.
Avemu decisu di sceglie i valori di condensatore chì avemu avutu. Dunque, C1 = C2 = 0.1 uF, è C2 = 0.2 uF.
L'equazioni chì useremu per calculà R1, R2 è R3 sò i seguenti:
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
Filtru Lowpass
Un filtru passa-bassu attenua e frequenze alte mentre permette di passà frequenze più basse. A frequenza di cutoff avarà un valore di 150 Hz perchè questu hè u valore ECG currettu per l'adulti. Inoltre, u guadagnu (valore K) serà 1, è custanti a è b sò 1.414214 è 1, rispettivamente.
Avemu sceltu C1 per uguali 68 nF perchè avemu avutu quellu capacitore. Per nd C2 avemu usatu l'equazioni seguenti:
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
Dunque, avemu sceltu C2 per uguali à 0.15 uF
Per calculà i dui valori di resistenza, avemu avutu aduprà l'equazioni seguenti:
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
Passu 2: Crea schemi nantu à LTSpice
Tutti i trè cumpunenti sò stati creati è eseguiti individualmente nantu à LTSpice cù un analisi di sweep AC. I valori utilizati sò quelli chì avemu calculatu in u passu 1.
Passu 3: Custruisce a Strumentazione Ampli fi er
Avemu custruitu a strumentazione amplifier nantu à a breadboard seguendu u schematicu nantu à LTSpice. Una volta hè stata custruita, l'input (giallu) è output (verde) voltagsò stati affissati. A linea verde hà solu un guadagnu di 743.5X cumparatu cù a linea gialla.
Passu 4: Custruisce u Filtru Notch
In seguitu, avemu custruitu u filtru notch in u breadboard basatu annantu à u schematicu fattu nantu à LTSpice. Hè statu custruitu vicinu à u circuitu IA. Dopu avemu registratu u voluminu di input è outputtage valori à diverse frequenze per determinà a magnitudine. Dopu, avemu graficatu a magnitudine versus a frequenza nantu à a trama per paragunà cù a simulazione LTSpice. L'unicu ciò chì avemu cambiatu era i valori di C3 è R2 chì sò 0.22 uF è 430 kΩ, rispettivamente. In novu, a freccia chì sguassate hè 60 Hz.
Passu 5: Custruisce u Filtru Lowpass
Dopu avemu custruitu u filtru low pass in u breadboard basatu annantu à u schematic in LTSpice accantu à u filtru notch. Dopu avemu registratu l'input and output voltaghè à diverse frequenze per determinà a magnitudine. Dopu, avemu tracciatu a magnitudine è a frequenza per paragunà cù a simulazione LTSpice. L'unicu valore chì avemu cambiatu per questu filtru era C2 chì hè 0.15 uF. A frequenza di cutoff chì avemu verificatu hè 150 Hz.
Passu 6: Pruvate nantu à un sughjettu umanu
Prima, cunnette i trè cumpunenti individuali di u circuitu. Allora, pruvate cù un battitu di cori simulatu per assicurà chì tuttu funziona. Allora, mette l'elettrodi nantu à l'individuu cusì u pusitivu hè nantu à u polsu drittu, u negativu hè nantu à l'ankle left, è a terra hè nantu à l'ankle right. Quandu l'individuu hè prontu, cunnette una batteria 9V per alimentà l'opamps è mostra u signale di output. Nota chì l'individuu deve esse fermu fermu per circa 10 seconde per avè una lettura precisa.
Felicitazioni, avete creatu successu un ECG automatizatu!
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