instructables Dylunio ECG Swyddogaethol Gyda Plotio Awtomataidd y Biosignal
Dylunio ECG Swyddogaethol Gyda Plotio'r Biosignal yn Awtomataidd
Mae'r prosiect hwn yn cyfuno popeth a ddysgwyd y semester hwn ac yn ei gymhwyso i un dasg unigol. Ein tasg ni yw creu cylched y gellir ei defnyddio fel electrocardiogram (ECG) trwy ddefnyddio offeryniaeth ampllewywr, hidlydd lowpass, a ffiliwr rhicyn. Mae ECG yn defnyddio electrodau a osodir ar unigolyn i fesur ac arddangos gweithgaredd y galon. Gwnaed cyfrifiadau yn seiliedig ar galon oedolyn cyffredin, a chrëwyd y sgematigau cylched gwreiddiol ar LTSpice i wirio amlder enillion a thoriadau. Mae amcanion y prosiect dylunio hwn fel a ganlyn:
- Cymhwyswch sgiliau offeryniaeth a ddysgwyd yn y labordy y semester hwn
- Dylunio, adeiladu a gwirio ymarferoldeb dyfais caffael signal
- Dilysu'r ddyfais ar bwnc dynol
Cyflenwadau:
- Efelychydd LTSpice (neu feddalwedd tebyg) Barafwrdd
- Gwrthyddion amrywiol
- Cynwysorau amrywiol
- Opamps
- Gwifrau electrod
- Mewnbwn cyftage ffynhonnell
- Dyfais i fesur allbwn cyftage (hy osgilosgop)
Cam 1: Gwnewch y Cyfrifiadau ar gyfer Pob Cydran Cylchdaith
Mae'r delweddau uchod yn dangos y cyfrifiadau ar gyfer pob cylched. Isod, mae'n esbonio mwy am y cydrannau a'r cyfrifiadau a wnaed.
Offeryniaeth Ampllewywr
Offeryniaeth ampmae hylifwr, neu IA, yn helpu i ddarparu llawer iawn o enillion ar gyfer signalau lefel isel. Mae'n helpu i gynyddu maint y signal fel ei fod yn fwy gweladwy a gellir dadansoddi'r tonffurf.
Ar gyfer cyfrifiadau, dewisom ddau werth gwrthydd hap ar gyfer R1 ac R2, sef 5 kΩ a 10 kΩ, yn y drefn honno. Rydym hefyd am i'r cynnydd fod yn 1000 felly bydd y signal yn haws i'w ddadansoddi. Yna caiff y gymhareb ar gyfer R3 a R4 eu datrys gan yr hafaliad canlynol:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Yna defnyddiwyd y gymhareb honno i benderfynu beth fydd gwerth pob gwrthydd. Mae'r gwerthoedd fel a ganlyn:
R3 = 1 kΩ
Hidlo Notch
Mae hidlydd rhicyn yn gwanhau signalau o fewn band cul o amleddau neu'n dileu amledd sengl. Yr amledd yr ydym am ei ddileu yn yr achos hwn yw 60 Hz oherwydd bod y rhan fwyaf o sŵn a gynhyrchir gan ddyfeisiau electronig ar yr amlder hwnnw. Ffactor AQ yw cymhareb amledd y ganolfan i led band, ac mae hefyd yn helpu i ddisgrifio siâp y plot maint. Mae ffactor Q mwy yn arwain at fand stopio culach. Ar gyfer cyfrifiadau, byddwn yn defnyddio gwerth Q o 8.
Fe benderfynon ni ddewis gwerthoedd cynhwysydd oedd gennym ni. Felly, C1 = C2 = 0.1 uF, a C2 = 0.2 uF.
Mae’r hafaliadau y byddwn yn eu defnyddio i gyfrifo R1, R2, ac R3 fel a ganlyn:
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
Hidlo Lowpass
Mae hidlydd pas isel yn gwanhau amleddau uchel tra'n caniatáu i amleddau is basio drwodd. Bydd gan yr amledd torri i ffwrdd werth o 150 Hz oherwydd dyna'r gwerth ECG cywir ar gyfer oedolion. Hefyd, y cynnydd (gwerth K) fydd 1, a chysonion a a b yw 1.414214 ac 1, yn y drefn honno.
Fe wnaethon ni ddewis C1 i fod yn hafal i 68 nF oherwydd bod gennym ni'r cynhwysydd hwnnw. I nd C2 defnyddiwyd yr hafaliad canlynol:
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
Felly, gwnaethom ddewis C2 i fod yn hafal i 0.15 uF
I gyfrifo'r ddau werth gwrthydd, roedd yn rhaid i ni ddefnyddio'r hafaliadau canlynol:
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
Cam 2: Creu Sgematics ar LTSpice
Crëwyd y tair cydran a'u rhedeg yn unigol ar LTSpice gyda dadansoddiad ysgubo AC. Y gwerthoedd a ddefnyddir yw'r rhai a gyfrifwyd gennym yng ngham 1.
Cam 3: Adeiladwch yr Offeryniaeth Ampli fi er
Adeiladwyd yr offeryniaeth gennym amplifier ar y bwrdd bara trwy ddilyn y sgematig ar LTSpice. Unwaith y cafodd ei adeiladu, mae'r mewnbwn (melyn) ac allbwn (gwyrdd) cyftages eu harddangos. Dim ond cynnydd o 743.5X sydd gan y llinell werdd o'i gymharu â'r llinell felen.
Cam 4: Adeiladwch yr Hidlydd Rhic
Nesaf, fe wnaethom adeiladu'r hidlydd rhicyn ar y bwrdd bara yn seiliedig ar y sgematig a wnaed ar LTSpice. Fe'i hadeiladwyd wrth ymyl y gylched IA. Yna fe wnaethom recordio mewnbwn ac allbwn cyftage gwerthoedd ar amleddau amrywiol i bennu'r maint. Yna, fe wnaethon ni graffio maint vs amlder ar y plot i'w gymharu â'r efelychiad LTSpice. Yr unig beth y gwnaethom ei newid oedd gwerthoedd C3 a R2 sef 0.22 uF a 430 kΩ, yn y drefn honno. Unwaith eto, yr amledd y mae'n ei dynnu yw 60 Hz.
Cam 5: Adeiladwch yr Hidlydd Lowpass
Yna fe wnaethom adeiladu'r hidlydd pas isel ar y bwrdd bara yn seiliedig ar y sgematig ar LTSpice wrth ymyl yr hidlydd rhicyn. Yna fe wnaethom gofnodi'r mewnbwn ac allbwn cyftages ar amleddau amrywiol i bennu'r maint. Yna, fe wnaethom blotio'r maint a'r amlder i'w gymharu ag efelychiad LTSpice. Yr unig werth y gwnaethom ei newid ar gyfer yr hidlydd hwn oedd C2 sef 0.15 uF. Yr amledd torri i ffwrdd yr oeddem yn ei wirio yw 150 Hz.
Cam 6: Prawf ar Bwnc Dynol
Yn gyntaf, cysylltwch y tair cydran unigol o'r gylched gyda'i gilydd. Yna, profwch ef gyda churiad calon ffug i sicrhau bod popeth yn gweithio. Yna, gosodwch yr electrodau ar yr unigolyn fel bod y positif ar yr arddwrn dde, negyddol ar y ffêr chwith, ac mae'r ddaear ar y ffêr dde. Unwaith y bydd yr unigolyn yn barod, cysylltwch batri 9V i bweru'r opamps ac arddangos y signal allbwn. Sylwch y dylai'r unigolyn aros yn llonydd iawn am tua 10 eiliad i gael darlleniad cywir.
Llongyfarchiadau, rydych chi wedi creu ECG awtomataidd yn llwyddiannus!
Dogfennau / Adnoddau
 |
instructables Dylunio ECG Swyddogaethol Gyda Plotio Awtomataidd y Biosignal [pdfCyfarwyddiadau Dylunio ECG Swyddogaethol Gyda Phlotio'r Biosignal yn Awtomataidd, Dylunio ECG Swyddogaethol, ECG Swyddogaethol, Plotio'r Biosignal |
