مطالب پنهان کردن
1 instructables طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال
2 طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال
3 اسناد / منابع
3.1 مراجع
4 پست های مرتبط

instructables-logo

instructables طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-product-image

طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال

این پروژه همه چیزهایی را که در این ترم آموخته‌اید ترکیب می‌کند و آن را برای یک کار واحد اعمال می‌کند. وظیفه ما ایجاد مداری است که بتواند به عنوان نوار قلب (ECG) با استفاده از ابزار دقیق استفاده شود. ampلافایر، فیلتر پایین گذر و فیلتر ناچ. ECG از الکترودهایی استفاده می کند که روی یک فرد قرار می گیرد تا فعالیت قلب را اندازه گیری و نمایش دهد. محاسبات بر اساس میانگین قلب بزرگسالان انجام شد، و شماتیک مدار اصلی در LTSpice برای تأیید فرکانس های بهره و قطع ایجاد شد. اهداف این پروژه طراحی به شرح زیر است:

  1. مهارت های ابزار دقیق آموخته شده در آزمایشگاه را در این ترم به کار ببرید
  2. طراحی، ساخت و تأیید عملکرد یک دستگاه دریافت سیگنال
  3. اعتبار دستگاه را روی یک موضوع انسانی تأیید کنید

لوازم:

  • شبیه ساز LTSpice (یا نرم افزار مشابه) Breadboard
  • مقاومت های مختلف
  • خازن های مختلف
  • Opamps
  • سیم های الکترود
  • حجم ورودیtagمنبع e
  • دستگاه اندازه گیری حجم خروجیtage (یعنی اسیلوسکوپ)

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-1

مرحله 1: محاسبات را برای هر جزء مدار انجام دهید
تصاویر بالا محاسبات مربوط به هر مدار را نشان می دهد. در زیر، در مورد اجزاء و محاسبات انجام شده بیشتر توضیح داده شده است.
ابزار دقیق Ampزنده تر
یک ابزار دقیق ampLifier یا IA به ارائه مقدار زیادی بهره برای سیگنال های سطح پایین کمک می کند. این به افزایش اندازه سیگنال کمک می کند تا بیشتر قابل مشاهده باشد و شکل موج آن قابل تجزیه و تحلیل باشد.
برای محاسبات، دو مقدار مقاومت تصادفی برای R1 و R2 انتخاب کردیم که به ترتیب 5 کیلو اهم و 10 کیلو اهم هستند. ما همچنین می‌خواهیم که بهره 1000 باشد، بنابراین تجزیه و تحلیل سیگنال آسان‌تر خواهد بود. سپس نسبت R3 و R4 با معادله زیر حل می شود:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
سپس از این نسبت برای تعیین مقدار هر مقاومت استفاده کردیم. مقادیر به شرح زیر است:
R3 = 1 کیلو اهم

فیلتر ناچ
یک فیلتر ناچ سیگنال ها را در یک باند باریک فرکانس ضعیف می کند یا یک فرکانس را حذف می کند. فرکانسی که می خواهیم در این مورد حذف کنیم 60 هرتز است زیرا بیشترین نویز تولید شده توسط دستگاه های الکترونیکی در آن فرکانس است. فاکتور AQ نسبت فرکانس مرکزی به پهنای باند است و همچنین به توصیف شکل نمودار بزرگی کمک می کند. فاکتور Q بزرگتر منجر به باند توقف باریکتر می شود. برای محاسبات، از مقدار Q 8 استفاده خواهیم کرد.
ما تصمیم گرفتیم که مقادیر خازن را انتخاب کنیم. بنابراین، C1 = C2 = 0.1 uF، و C2 = 0.2 uF.
معادلاتی که ما برای محاسبه R1، R2 و R3 استفاده خواهیم کرد به شرح زیر است:
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

فیلتر پایین گذر
فیلتر پایین گذر فرکانس های بالا را کاهش می دهد در حالی که به فرکانس های پایین اجازه عبور می دهد. فرکانس قطع 150 هرتز خواهد بود زیرا این مقدار ECG صحیح برای بزرگسالان است. همچنین بهره (مقدار K) 1 خواهد بود و ثابت های a و b به ترتیب 1.414214 و 1 هستند.
ما C1 را برابر با 68 nF انتخاب کردیم زیرا آن خازن را داشتیم. برای C2 از معادله زیر استفاده کردیم:
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
بنابراین، C2 را برابر 0.15 uF انتخاب کردیم
برای محاسبه دو مقدار مقاومت، باید از معادلات زیر استفاده کنیم:
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

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-2 instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-3 instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-4 instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-5

مرحله 2: ایجاد طرحواره در LTSpice
هر سه مولفه به صورت جداگانه روی LTSpice با تجزیه و تحلیل AC Sweep ایجاد و اجرا شدند. مقادیر استفاده شده مقادیری هستند که در مرحله 1 محاسبه کردیم.

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-6

مرحله 3: ابزار دقیق را بسازید Ampمن فکر می کنم
ابزار دقیق را ساختیم ampبر روی تخته نان با پیروی از شماتیک در LTSpice. پس از ساخته شدن، ورودی (زرد) و خروجی (سبز) جلدtages نمایش داده شد. خط سبز در مقایسه با خط زرد فقط 743.5 برابر افزایش دارد.instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-7

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-8

مرحله 4: فیلتر Notch را بسازید
در مرحله بعد، فیلتر ناچ را بر اساس شماتیک ساخته شده در LTSpice روی تخته نان برد ساختیم. در کنار مدار IA ساخته شد. سپس حجم ورودی و خروجی را ضبط کردیمtagمقادیر e در فرکانس های مختلف برای تعیین مقدار. سپس، قدر در مقابل فرکانس را در نمودار ترسیم کردیم تا آن را با شبیه‌سازی LTSpice مقایسه کنیم. تنها چیزی که ما تغییر دادیم مقادیر C3 و R2 بود که به ترتیب 0.22 uF و 430 kΩ هستند. باز هم فرکانس حذف 60 هرتز است.instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-9

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-10

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-11

مرحله 5: فیلتر Lowpass را بسازید
سپس فیلتر پایین گذر را بر اساس شماتیک LTSpice در کنار فیلتر ناچ بر روی تخته نان بردیم. سپس حجم ورودی و خروجی را ضبط کردیمtages در فرکانس های مختلف برای تعیین قدر. سپس، اندازه و فرکانس را رسم کردیم تا آن را با شبیه‌سازی LTSpice مقایسه کنیم. تنها مقداری که برای این فیلتر تغییر دادیم C2 بود که 0.15 uF است. فرکانس قطعی که ما بررسی کردیم 150 هرتز است.

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-12

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-13

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-14

مرحله 6: تست روی موضوع انسانی
ابتدا سه جزء مجزای مدار را به هم وصل کنید. سپس، آن را با یک ضربان قلب شبیه سازی شده تست کنید تا مطمئن شوید همه چیز کار می کند. سپس الکترودها را روی فرد قرار دهید تا مثبت روی مچ دست راست، منفی روی مچ پای چپ و زمین روی مچ پای راست باشد. هنگامی که فرد آماده شد، یک باتری 9 ولتی را برای تغذیه دستگاه وصل کنیدamps و سیگنال خروجی را نمایش دهید. توجه داشته باشید که فرد باید حدود 10 ثانیه در حالت ثابت بماند تا به خواندن دقیق برسد.
تبریک، شما با موفقیت یک نوار قلب خودکار ایجاد کردید!instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-15

instructables-Design-a-Functional-ECG-With-Automated-Plotting-of-the-Biosignal-16

اسناد / منابع

instructables طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال [pdfدستورالعمل‌ها
طراحی یک ECG عملکردی با رسم خودکار بیوسیگنال، طراحی یک ECG عملکردی، ECG عملکردی، ترسیم بیوسیگنال

مراجع

پست های مرتبط

نظر بدهید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای الزامی مشخص شده اند *