instructables Desegnu Funkcian EKG Kun Aŭtomatigita Plotado de la Biosignalo
Desegnu Funkcian EKG Kun Aŭtomatigita Plotado de la Biosignalo
Ĉi tiu projekto kombinas ĉion lernitan ĉi-semestro kaj aplikas ĝin al unu sola tasko. Nia tasko estas krei cirkviton kiu povas esti uzata kiel elektrokardiogramo (EKG) per instrumentado. ampligilo, malaltpasa filtrilo kaj noĉa filtrilo. EKG uzas elektrodojn metitajn sur individuon por mezuri kaj montri la koraktivecon. Kalkuloj estis faritaj surbaze de la meza plenkreska koro, kaj la originaj cirkvitskemoj estis kreitaj sur LTSpice por kontroli gajnon kaj detranĉajn frekvencojn. La celoj de ĉi tiu dezajnprojekto estas kiel sekvas:
- Apliki instrumentajn kapablojn lernitajn en laboratorio ĉi-semestro
- Desegni, konstrui kaj kontroli la funkciecon de signal-akira aparato
- Konfirmu la aparaton pri homa temo
Provizoj:
- LTSpice-simulilo (aŭ simila programaro) Breadboard
- Diversaj rezistiloj
- Diversaj kondensiloj
- Opamps
- Elektrodaj dratoj
- Eniga voltage fonto
- Aparato por mezuri produktaĵon voltage (t.e. osciloskopo)
Paŝo 1: Faru la Kalkulojn por Ĉiu Cirkvita Komponanto
La bildoj supre montras la kalkulojn por ĉiu cirkvito. Malsupre, ĝi klarigas pli pri la komponantoj kaj la kalkuloj faritaj.
Instrumentado Amppli viva
Instrumentado amplifier, aŭ IA, helpas disponigi grandan kvanton de gajno por malalt-nivelaj signaloj. Ĝi helpas pliigi la grandecon de la signalo tiel ke ĝi estas pli videbla kaj la ondformo povas esti analizita.
Por kalkuloj, ni elektis du hazardajn rezistvalorojn por R1 kaj R2, kiuj estas 5 kΩ kaj 10 kΩ, respektive. Ni ankaŭ volas, ke la gajno estu 1000, do la signalo estos pli facile analizebla. La rilatumo por R3 kaj R4 tiam estas solvita per la sekva ekvacio:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Ni tiam uzis tiun rilatumon por decidi kio estos ĉiu rezistvaloro. La valoroj estas kiel sekvas:
R3 = 1 kΩ
Notch-Filtrilo
Noĉa filtrilo mildigas signalojn ene de mallarĝa grupo de frekvencoj aŭ forigas ununuran frekvencon. La frekvenco, kiun ni volas forigi ĉi-kaze, estas 60 Hz ĉar plej multe de la bruo produktita de elektronikaj aparatoj estas ĉe tiu frekvenco. AQ-faktoro estas la rilatumo de la centra frekvenco al bendolarĝo, kaj ĝi ankaŭ helpas priskribi la formon de la grandega intrigo. Pli granda Q-faktoro rezultigas pli mallarĝan haltgrupon. Por kalkuloj, ni uzos Q-valoron de 8.
Ni decidis elekti kondensilajn valorojn, kiujn ni havis. Do, C1 = C2 = 0.1 uF, kaj C2 = 0.2 uF.
La ekvacioj, kiujn ni uzos por kalkuli R1, R2 kaj R3, estas jenaj:
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
Malaltpasa Filtrilo
Malalta pasa filtrilo mildigas altfrekvencojn permesante al pli malaltaj frekvencoj trapasi. La detranĉa frekvenco havos valoron de 150 Hz ĉar tio estas la ĝusta ECG-valoro por plenkreskuloj. Ankaŭ, la gajno (K valoro) estos 1, kaj konstantoj a kaj b estas 1.414214 kaj 1, respektive.
Ni elektis C1 por egali 68 nF ĉar ni havis tiun kondensilon. Por nd C2 ni uzis la sekvan ekvacion:
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
Tial, ni elektis C2 por egali 0.15 uF
Por kalkuli la du rezistvalorojn, ni devis uzi la sekvajn ekvaciojn:
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
Paŝo 2: Kreu Skemojn sur LTSpice
Ĉiuj tri komponentoj estis kreitaj kaj funkciis individue sur LTSpice kun AC-svinganalizo. La uzataj valoroj estas tiuj, kiujn ni kalkulis en la paŝo 1.
Paŝo 3: Konstruu la Instrumentadon Ampli fi er
Ni konstruis la instrumentadon ampligilo sur la pantabulo sekvante la skemon sur LTSpice. Post kiam ĝi estis konstruita, la enigo (flava) kaj eligo (verda) voltages estis montritaj. La verda linio nur havas gajnon de 743.5X kompare kun la flava linio.
Paŝo 4: Konstruu la Noĉan Filtrilon
Poste, ni konstruis la noĉan filtrilon sur la breadboard bazita sur la skemo farita sur LTSpice. Ĝi estis konstruita plej proksime al la IA-cirkvito. Ni tiam registris enigaĵon kaj eligaĵon voltage valoroj je diversaj frekvencoj por determini la grandon. Tiam, ni grafeis magnitudon kontraŭ frekvenco sur la intrigo por kompari ĝin kun la LTSpice-simulado. La nura afero, kiun ni ŝanĝis, estis la valoroj de C3 kaj R2, kiuj estas 0.22 uF kaj 430 kΩ, respektive. Denove, la frekvenco, kiun ĝi forigas, estas 60 Hz.
Paŝo 5: Konstruu la Malaltpasan Filtrilon
Ni tiam konstruis la malaltan pasfiltrilon sur la breadboard bazita sur la skemo sur LTSpice apud la noĉa filtrilo. Ni tiam registris la enigaĵon kaj eligaĵon voltages je diversaj frekvencoj por determini la grandon. Poste, ni punktskribis la grandecon kaj frekvencon por kompari ĝin kun la simulado de LTSpice. La sola valoro, kiun ni ŝanĝis por ĉi tiu filtrilo, estis C2, kiu estas 0.15 uF. La detranĉa frekvenco, kiun ni kontrolis, estas 150 Hz.
Paŝo 6: Testo pri Homa Temo
Unue, konektu la tri individuajn komponentojn de la cirkvito kune. Poste, provu ĝin per simulita korbato por certigi, ke ĉio funkcias. Poste, metu la elektrodojn sur la individuon tiel la pozitivo estas sur la dekstra pojno, negativo estas sur la maldekstra maleolo, kaj la grundo estas sur la dekstra maleolo. Post kiam la individuo estas preta, konektu 9V-kuirilaron por funkciigi la opcionamps kaj montru la eligsignalon. Notu, ke la individuo devas resti tre kvieta dum ĉirkaŭ 10 sekundoj por akiri precizan legadon.
Gratulon, vi sukcese kreis aŭtomatan EKG!
Dokumentoj/Rimedoj
 |
instructables Desegnu Funkcian EKG Kun Aŭtomatigita Plotado de la Biosignalo [pdf] Instrukcioj Desegni Funkcian ECG Kun Aŭtomatigita Grafiko de la Biosignalo, Desegni Funkcian ECG, Funkcian ECG, Grafikadon de la Biosignalo |
