instructables Untwerp in funksjoneel EKG mei automatisearre plotting fan it biosignal
Untwerp in funksjoneel EKG mei automatysk plotting fan it biosignal
Dit projekt kombinearret alles wat dit semester leard is en tapast it op ien taak. Us taak is om in sirkwy te meitsjen dat kin wurde brûkt as in elektrokardiogram (EKG) mei help fan ynstruminten amplifier, lowpass filter, en notch fi lter. In EKG brûkt elektroden pleatst op in yndividu om de hertaktiviteit te mjitten en wer te jaan. Berekkeningen waarden makke op basis fan it gemiddelde folwoeksen hert, en de orizjinele circuitskema's waarden makke op LTSpice om winst- en cutoff-frekwinsjes te kontrolearjen. De doelstellingen fan dit ûntwerpprojekt binne as folget:
- Tapasse ynstrumintaasjefeardigens leard yn it laboratoarium dit semester
- Untwerp, bouwe en ferifiearje de funksjonaliteit fan in apparaat foar sinjaalwinning
- Validearje it apparaat op in minsklik ûnderwerp
Supplies:
- LTSpice simulator (of ferlykbere software) Breadboard
- Ferskate wjerstannen
- Ferskate capacitors
- Opamps
- Elektrode triedden
- Ynfier foltage boarne
- Apparaat om útfier voltage (dus oscilloskoop)
Stap 1: Meitsje de berekkeningen foar elke circuitkomponint
De ôfbyldings hjirboppe litte de berekkeningen foar elk circuit sjen. Hjirûnder leit it mear út oer de komponinten en de dienbere berekkeningen.
Ynstrumintaasje Amplibbener
In ynstrumintaasje amplifier, of IA, helpt te foarsjen in grut bedrach fan winst foar low-nivo sinjalen. It helpt de grutte fan it sinjaal te fergrutsjen, sadat it mear sichtber is en de golffoarm kin wurde analysearre.
Foar berekkeningen hawwe wy twa willekeurige wjerstânwearden keazen foar R1 en R2, dy't respektivelik 5 kΩ en 10 kΩ binne. Wy wolle ek dat de winst 1000 is, sadat it sinjaal makliker te analysearjen sil wêze. De ferhâlding foar R3 en R4 wurdt dan oplost troch de folgjende fergeliking:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Wy brûkten dan dy ferhâlding om te besluten wat elke wjerstânwearde sil wêze. De wearden binne as folget:
R3 = 1 kΩ
Notchfilter
In notchfilter attenuates sinjalen binnen in smelle band fan frekwinsjes of ferwideret in inkele frekwinsje. De frekwinsje dy't wy yn dit gefal fuortsmite wolle is 60 Hz, om't de measte lûd produsearre troch elektroanyske apparaten op dy frekwinsje is. AQ faktor is de ferhâlding fan it sintrum frekwinsje oan bânbreedte, en it helpt ek beskriuwe de foarm fan de grutte plot. In gruttere Q faktor resultearret yn in smellere stop band. Foar berekkeningen sille wy in Q-wearde fan 8 brûke.
Wy besletten om te kiezen capacitor wearden wy hiene. Dus, C1 = C2 = 0.1 uF, en C2 = 0.2 uF.
De fergelikingen dy't wy sille brûke om R1, R2 en R3 te berekkenjen binne as folget:
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
In leechpassfilter ferminderet hege frekwinsjes, wylst legere frekwinsjes trochgean kinne. De ôfsnijfrekwinsje sil wearde hawwe fan 150 Hz, om't dat de juste EKG-wearde is foar folwoeksenen. Ek sil de winst (K-wearde) 1 wêze, en konstanten a en b binne respektivelik 1.414214 en 1.
Wy hawwe C1 keazen om gelyk te wêzen oan 68 nF om't wy dy kondensator hiene. Foar nd C2 brûkten wy de folgjende fergeliking:
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
Dêrom hawwe wy keazen foar C2 om gelyk te wêzen oan 0.15 uF
Om de twa wjerstânwearden te berekkenjen, moasten wy de folgjende fergelikingen brûke:
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
Stap 2: Skema's oanmeitsje op LTSpice
Alle trije komponinten waarden makke en rûnen yndividueel op LTSpice mei in AC sweep analyze. De brûkte wearden binne dejingen dy't wy yn stap 1 berekkene hawwe.
Stap 3: Bouwe de ynstrumintaasje Ampliif
Wy hawwe de ynstrumintaasje boud amplifier op it breadboard troch it folgjen fan it skema op LTSpice. Sadree't it waard boud, de ynfier (giel) en útfier (grien) voltages waarden werjûn. De griene line hat mar in winst fan 743.5X yn ferliking mei de giele line.
Stap 4: Bou it Notch Filter
Dêrnei bouden wy it notchfilter op it breadboard basearre op it skema makke op LTSpice. It waard boud neist it IA circuit. Wy hawwe dan opnommen ynput en útfier voltage-wearden op ferskate frekwinsjes om de grutte te bepalen. Dan tekene wy de grutte tsjin frekwinsje op it plot om it te fergelykjen mei de LTSpice-simulaasje. It iennichste dat wy feroare wiene de wearden fan C3 en R2 dy't respektivelik 0.22 uF en 430 kΩ binne. Nochris is de frekwinsje dy't it fuortsmiten 60 Hz.
Stap 5: Bou it leechpassfilter
Wy bouden dan it leechpassfilter op it breadboard basearre op it skema op LTSpice neist it notchfilter. Wy hawwe dan de ynfier en útfier voltages op ferskate frekwinsjes om de grutte te bepalen. Dan hawwe wy de grutte en frekwinsje útset om it te fergelykjen mei de LTSpice-simulaasje. De ienige wearde dy't wy feroare foar dit filter wie C2 dat is 0.15 uF. De ôfsnijfrekwinsje dy't wy ferifieare is 150 Hz.
Stap 6: Test op in minsklik ûnderwerp
Earst, ferbine de trije yndividuele komponinten fan it circuit byinoar. Test it dan mei in simulearre hertslach om te soargjen dat alles wurket. Pleats dan de elektroden op it yndividu sadat it positive op 'e rjochter pols is, negatyf is op' e linker enkel, en de grûn is op 'e rjochter enkel. Sadree't it yndividu klear is, ferbine in 9V-batterij om de op te betsjinjenamps en werjaan de útfier sinjaal. Tink derom dat it yndividu sawat 10 sekonden heul stil moat bliuwe om in krekte lêzing te krijen.
Lokwinske, jo hawwe mei súkses in automatisearre EKG makke!
Dokuminten / Resources
 |
instructables Untwerp in funksjoneel EKG mei automatisearre plotting fan it biosignal [pdfYnstruksjes Untwerp in funksjoneel EKG mei automatisearre plotting fan it biosinjaal, ûntwerp in funksjoneel EKG, funksjoneel EKG, plotting fan it biosignal |
