Instructables Tervezze meg a funkcionális EKG-t a biojel automatikus ábrázolásával
Tervezze meg a funkcionális EKG-t a biojel automatikus ábrázolásával
Ez a projekt egyesíti az ebben a félévben tanult dolgokat, és egyetlen feladatra alkalmazza. Feladatunk egy olyan áramkör létrehozása, amely műszer segítségével elektrokardiogramként (EKG) használható. ampemelő, aluláteresztő szűrő és hornyos szűrő. Az EKG az egyénre helyezett elektródákat használ a szívműködés mérésére és megjelenítésére. A számításokat az átlagos felnőtt szív alapján végezték, és az eredeti áramköri vázlatokat az LTSpice-en készítették el az erősítési és vágási frekvenciák ellenőrzésére. Ennek a tervezési projektnek a céljai a következők:
- Alkalmazza a laborban tanult műszerezési ismereteket ebben a félévben
- Jelfogó eszköz tervezése, építése és működőképességének ellenőrzése
- Érvényesítse az eszközt emberi alanyon
Kellékek:
- LTSpice szimulátor (vagy hasonló szoftver) Breadboard
- Különféle ellenállások
- Különféle kondenzátorok
- Opamps
- Elektróda vezetékek
- Bemenet voltage forrás
- Kimeneti térfogat mérésére szolgáló eszköztage (azaz oszcilloszkóp)
1. lépés: Végezze el a számításokat az egyes áramkör-összetevőkre
A fenti képek az egyes áramkörök számításait mutatják. Az alábbiakban részletesebben ismertetjük az összetevőket és az elvégzett számításokat.
Hangszerelés Ampélethűbb
Egy műszer ampLifier vagy IA segít nagy mennyiségű erősítést biztosítani az alacsony szintű jelek számára. Segít növelni a jel méretét, így jobban látható és a hullámforma elemezhető.
A számításokhoz két véletlenszerű ellenállásértéket választottunk R1-hez és R2-höz, amelyek 5 kΩ, illetve 10 kΩ. Azt is szeretnénk, hogy az erősítés 1000 legyen, így a jel könnyebben elemezhető lesz. Az R3 és R4 arányát a következő egyenlettel oldjuk meg:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2* (10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Ezután ezt az arányt használtuk annak eldöntésére, hogy mekkora legyen az egyes ellenállásértékek. Az értékek a következők:
R3 = 1 kΩ
Résszűrő
A bevágásszűrő csillapítja a jeleket egy szűk frekvenciasávon belül, vagy eltávolít egyetlen frekvenciát. Az eltávolítani kívánt frekvencia ebben az esetben 60 Hz, mivel az elektronikus eszközök által keltett legtöbb zaj ezen a frekvencián van. Az AQ tényező a középfrekvencia és a sávszélesség aránya, és segít leírni a magnitúdódiagram alakját is. A nagyobb Q tényező szűkebb stopsávot eredményez. A számításokhoz 8-as Q értéket fogunk használni.
Úgy döntöttünk, hogy a meglévő kondenzátorértékeket választjuk. Tehát C1 = C2 = 0.1 uF és C2 = 0.2 uF.
Az R1, R2 és R3 kiszámításához használt egyenletek a következők:
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
Aluláteresztő szűrő
Az aluláteresztő szűrő csillapítja a magas frekvenciákat, miközben lehetővé teszi az alacsonyabb frekvenciák áthaladását. A határfrekvencia értéke 150 Hz lesz, mert ez a helyes EKG-érték felnőtteknél. Ezenkívül az erősítés (K érték) 1 lesz, az a és b konstansok pedig 1.414214 és 1.
A C1-et 68 nF-nak választottuk, mert megvolt ez a kondenzátor. A C2-hez a következő egyenletet használtuk:
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
Ezért a C2-t 0.15 uF-nak választottuk
A két ellenállás értékének kiszámításához a következő egyenleteket kellett használnunk:
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
2. lépés: Hozzon létre vázlatokat az LTSpice-en
Mindhárom összetevőt külön-külön hozták létre és futtatták LTSpice-en AC sweep elemzéssel. A használt értékek azok, amelyeket az 1. lépésben számítottunk ki.
3. lépés: Építsd meg a műszereket Ampszűkebb
Megépítettük a műszereket ampemelje fel a kenyérsütőtáblán az LTSpice vázlatát követve. Miután megépítették, a bemeneti (sárga) és a kimeneti (zöld) voltages megjelentek. A zöld vonal csak 743.5-szeres nyereséggel rendelkezik a sárga vonalhoz képest.
4. lépés: Építse meg a Notch szűrőt
Ezt követően az LTSpice-en készült kapcsolási rajz alapján felépítettük a bevágás szűrőt a kenyérlapra. Az IA áramkör mellett épült. Ezután rögzítettük a bemeneti és kimeneti voltage értékeket különböző frekvenciákon a nagyság meghatározásához. Ezután a nagyság és a frekvencia közötti grafikont ábrázoltuk a diagramon, hogy összehasonlítsuk az LTSpice szimulációval. Az egyetlen dolog, amit megváltoztattunk, a C3 és R2 értéke 0.22 uF, illetve 430 kΩ. Az eltávolított frekvencia ismét 60 Hz.
5. lépés: Építsd meg az aluláteresztő szűrőt
Ezután felépítettük az aluláteresztő szűrőt a kenyérsütőtáblára az LTSpice-en található kapcsolási rajz alapján a bevágásszűrő mellett. Ezután rögzítettük a bemeneti és kimeneti voltages különböző frekvenciákon a nagyság meghatározásához. Ezután ábrázoltuk a nagyságot és a frekvenciát, hogy összehasonlítsuk az LTSpice szimulációval. Az egyetlen érték, amit ennél a szűrőnél megváltoztattunk, a C2 volt, ami 0.15 uF. Az általunk ellenőrzött vágási frekvencia 150 Hz.
6. lépés: Teszt emberi alanyon
Először kösse össze az áramkör három különálló alkatrészét. Ezután tesztelje szimulált szívveréssel, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden működik. Ezután helyezze az elektródákat az egyénre úgy, hogy a pozitív a jobb csuklón, a negatív a bal bokán, a talaj pedig a jobb bokán legyen. Ha az egyén készen áll, csatlakoztasson egy 9 V-os elemet az opamps és megjeleníti a kimeneti jelet. Vegye figyelembe, hogy az egyénnek körülbelül 10 másodpercig nagyon mozdulatlannak kell lennie, hogy pontos leolvasást kapjon.
Gratulálunk, sikeresen létrehozta az automata EKG-t!
Dokumentumok / Források
 |
Instructables Tervezze meg a funkcionális EKG-t a biojel automatikus ábrázolásával [pdfUtasítások Funkcionális EKG tervezése a biojel automatikus ábrázolásával, Funkcionális EKG tervezése, Funkcionális EKG tervezése, Biojel ábrázolása |
