instructables Deseña un ECG funcional con trazado automatizado do biosinal
Deseñar un ECG funcional con representación gráfica automatizada do biosinal
Este proxecto combina todo o aprendido este semestre e aplícao a unha única tarefa. A nosa tarefa é crear un circuíto que poida ser usado como electrocardiograma (ECG) mediante o uso dunha instrumentación. ampfiltro de paso baixo e filtro de muesca. Un ECG utiliza electrodos colocados nun individuo para medir e mostrar a actividade cardíaca. Os cálculos fixéronse en función do corazón adulto medio e os esquemas orixinais do circuíto creáronse en LTSpice para verificar as frecuencias de ganancia e corte. Os obxectivos deste proxecto de deseño son os seguintes:
- Aplica as habilidades de instrumentación aprendidas no laboratorio este semestre
- Deseñar, construír e verificar a funcionalidade dun dispositivo de adquisición de sinal
- Validar o dispositivo nun suxeito humano
Subministros:
- Simulador LTSpice (ou software similar) Breadboard
- Varias resistencias
- Condensadores varios
- Opamps
- Fíos de electrodos
- Vol. De entradatage fonte
- Dispositivo para medir o volume de saídatage (ou osciloscopio)
Paso 1: Fai os cálculos para cada compoñente do circuíto
As imaxes anteriores mostran os cálculos de cada circuíto. A continuación, explícase máis sobre os compoñentes e os cálculos realizados.
Instrumentación Ampmáis vivo
Unha instrumentación amplifier, ou IA, axuda a proporcionar unha gran cantidade de ganancia para sinais de baixo nivel. Axuda a aumentar o tamaño do sinal para que sexa máis visible e se poida analizar a forma de onda.
Para os cálculos, escollemos dous valores aleatorios de resistencia para R1 e R2, que son 5 kΩ e 10 kΩ, respectivamente. Tamén queremos que a ganancia sexa 1000 polo que o sinal será máis fácil de analizar. A razón para R3 e R4 resólvese entón coa seguinte ecuación:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Despois usamos esa proporción para decidir cal será o valor de cada resistencia. Os valores son os seguintes:
R3 = 1 kΩ
Filtro de entallado
Un filtro notch atenúa os sinais dentro dunha banda estreita de frecuencias ou elimina unha única frecuencia. A frecuencia que queremos eliminar neste caso é de 60 Hz porque a maior parte do ruído que producen os dispositivos electrónicos está nesa frecuencia. O factor AQ é a relación entre a frecuencia central e o ancho de banda e tamén axuda a describir a forma da gráfica de magnitude. Un factor Q maior resulta nunha banda de parada máis estreita. Para os cálculos, utilizaremos un valor Q de 8.
Decidimos escoller os valores dos capacitores que tiñamos. Así, C1 = C2 = 0.1 uF e C2 = 0.2 uF.
As ecuacións que usaremos para calcular R1, R2 e R3 son as seguintes:
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
Filtro paso baixo
Un filtro pasabaixos atenúa as frecuencias altas mentres permite que as frecuencias máis baixas pasen. A frecuencia de corte terá un valor de 150 Hz porque ese é o valor de ECG correcto para adultos. Ademais, a ganancia (valor K) será 1, e as constantes a e b son 1.414214 e 1, respectivamente.
Escollemos C1 para igualar 68 nF porque tiñamos ese capacitor. Para calcular C2 utilizamos a seguinte ecuación:
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
Polo tanto, escollemos C2 para igualar 0.15 uF
Para calcular os valores dos dous resistores, tivemos que utilizar as seguintes ecuacións:
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
Paso 2: Crear esquemas en LTSpice
Os tres compoñentes creáronse e executáronse individualmente en LTSpice cunha análise de varrido de CA. Os valores utilizados son os que calculamos no paso 1.
Paso 3: Construír a Instrumentación Ampli fi er
Construímos a instrumentación amplifier na placa seguindo o esquema de LTSpice. Unha vez construído, a entrada (amarelo) e a saída (verde) voltagmostráronse. A liña verde só ten unha ganancia de 743.5X en comparación coa liña amarela.
Paso 4: Construír o filtro Notch
A continuación, construímos o filtro notch na placa baseado no esquema feito en LTSpice. Foi construído xunto ao circuíto IA. Despois gravamos o vol de entrada e saídatage valores en varias frecuencias para determinar a magnitude. Despois, representamos gráficamente a magnitude fronte á frecuencia no gráfico para comparalo coa simulación LTSpice. O único que cambiamos foron os valores de C3 e R2 que son 0.22 uF e 430 kΩ, respectivamente. De novo, a frecuencia que está eliminando é de 60 Hz.
Paso 5: Construír o filtro paso baixo
Despois construímos o filtro de paso baixo na placa baseado no esquema de LTSpice xunto ao filtro de muesca. Despois gravamos o vol de entrada e saídatages a varias frecuencias para determinar a magnitude. Despois, representamos a magnitude e a frecuencia para comparalas coa simulación LTSpice. O único valor que cambiamos para este filtro foi C2, que é 0.15 uF. A frecuencia de corte que estabamos a verificar é de 150 Hz.
Paso 6: Test sobre un suxeito humano
En primeiro lugar, conecta os tres compoñentes individuais do circuíto. A continuación, proba-lo cun latexo cardíaco simulado para asegurarte de que todo funciona. A continuación, coloque os electrodos sobre o individuo para que o positivo estea no pulso dereito, o negativo no nocello esquerdo e o chan no nocello dereito. Unha vez que o individuo estea listo, conecte unha batería de 9 V para alimentar a operaciónamps e amosar o sinal de saída. Teña en conta que o individuo debe permanecer moi quieto durante uns 10 segundos para obter unha lectura precisa.
Parabéns, creaches con éxito un ECG automatizado.
Documentos/Recursos
 |
instructables Deseña un ECG funcional con trazado automatizado do biosinal [pdfInstrucións Deseña un ECG funcional con trazado automatizado do biosinal, Deseña un ECG funcional, ECG funcional, trazado do biosinal |
