instruksional Merancang EKG Fungsional Dengan Plot Biosignal Otomatis
Merancang EKG Fungsional Dengan Pemetaan Otomatis Biosignal
Proyek ini menggabungkan semua yang dipelajari semester ini dan menerapkannya pada satu tugas. Tugas kita adalah membuat rangkaian yang dapat digunakan sebagai elektrokardiogram (EKG) dengan menggunakan instrumentasi amplifier, filter lowpass, dan filter takik. EKG menggunakan elektroda yang dipasang pada seseorang untuk mengukur dan menampilkan aktivitas jantung. Perhitungan dibuat berdasarkan rata-rata jantung orang dewasa, dan skema rangkaian asli dibuat di LTSpice untuk memverifikasi frekuensi penguatan dan cutoff. Tujuan dari proyek desain ini adalah sebagai berikut:
- Menerapkan keterampilan instrumentasi yang dipelajari di laboratorium semester ini
- Rancang, bangun, dan verifikasi fungsionalitas perangkat akuisisi sinyal
- Validasi perangkat pada subjek manusia
Perlengkapan:
- Simulator LTSpice (atau perangkat lunak serupa) Breadboard
- Berbagai resistor
- Berbagai kapasitor
- Opamps
- Kabel elektroda
- Volume masukantagsumber
- Perangkat untuk mengukur output voltage (yaitu osiloskop)
Langkah 1: Buatlah Perhitungan untuk Setiap Komponen Rangkaian
Gambar di atas menunjukkan perhitungan untuk setiap rangkaian. Di bawah ini dijelaskan lebih lanjut tentang komponen dan perhitungan yang dilakukan.
Instrumentasi Amppengangkat
Sebuah instrumentasi amplifier, atau IA, membantu memberikan penguatan dalam jumlah besar untuk sinyal tingkat rendah. Ini membantu meningkatkan ukuran sinyal sehingga lebih terlihat dan bentuk gelombang dapat dianalisis.
Untuk perhitungan, kami memilih dua nilai resistor acak untuk R1 dan R2, yaitu masing-masing 5 kΩ dan 10 kΩ. Kita juga ingin gainnya menjadi 1000 agar sinyal lebih mudah dianalisa. Perbandingan R3 dan R4 kemudian diselesaikan dengan persamaan berikut:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Kami kemudian menggunakan rasio itu untuk menentukan nilai masing-masing resistor. Nilai-nilainya adalah sebagai berikut:
Tegangan R3 = 1kΩ
Filter Takik
Filter takik melemahkan sinyal dalam pita frekuensi sempit atau menghilangkan satu frekuensi. Frekuensi yang ingin kita hilangkan dalam hal ini adalah 60 Hz karena sebagian besar kebisingan yang dihasilkan oleh perangkat elektronik berada pada frekuensi tersebut. Faktor AQ adalah rasio frekuensi pusat terhadap bandwidth, dan juga membantu menggambarkan bentuk plot magnitudo. Faktor Q yang lebih besar menghasilkan stop band yang lebih sempit. Untuk perhitungannya, kita akan menggunakan nilai Q sebesar 8.
Kami memutuskan untuk memilih nilai kapasitor yang kami miliki. Jadi, C1 = C2 = 0.1 uF, dan C2 = 0.2 uF.
Persamaan yang akan kita gunakan untuk menghitung R1, R2, dan R3 adalah sebagai berikut:
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
Filter Lowpass
Filter lolos rendah melemahkan frekuensi tinggi sekaligus membiarkan frekuensi rendah melewatinya. Frekuensi cutoff akan bernilai 150 Hz karena itulah nilai EKG yang benar untuk orang dewasa. Selain itu, penguatan (nilai K) adalah 1, dan konstanta a dan b masing-masing adalah 1.414214 dan 1.
Kami memilih C1 sama dengan 68 nF karena kami memiliki kapasitor itu. Untuk menemukan C2 kami menggunakan persamaan berikut:
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
Oleh karena itu, kami memilih C2 sama dengan 0.15 uF
Untuk menghitung dua nilai resistor, kita harus menggunakan persamaan berikut:
R1 = 2 / (2*pi*f*[a*C2 + akar persegi([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
Langkah 2: Buat Skema di LTSpice
Ketiga komponen dibuat dan dijalankan secara individual di LTSpice dengan analisis sapuan AC. Nilai yang digunakan adalah nilai yang kita hitung pada langkah 1.
Langkah 3: Bangun Instrumentasinya Amppengangkat
Kami membuat instrumentasinya amplifier pada breadboard dengan mengikuti skema pada LTSpice. Setelah dibangun, input (kuning) dan output (hijau) voltages ditampilkan. Garis hijau hanya memperoleh keuntungan sebesar 743.5X dibandingkan garis kuning.
Langkah 4: Buat Filter Takik
Selanjutnya, kami membuat filter takik pada papan tempat memotong roti berdasarkan skema yang dibuat pada LTspice. Itu dibangun di sebelah sirkuit IA. Kami kemudian mencatat input dan output voltagnilai e pada berbagai frekuensi untuk menentukan besarnya. Kemudian, kami membuat grafik magnitudo vs. frekuensi pada plot untuk membandingkannya dengan simulasi LTspice. Satu-satunya hal yang kami ubah adalah nilai C3 dan R2 masing-masing sebesar 0.22 uF dan 430 kΩ. Sekali lagi, frekuensi yang dihilangkan adalah 60 Hz.
Langkah 5: Bangun Filter Lowpass
Kami kemudian membuat filter lolos rendah di papan tempat memotong roti berdasarkan skema pada LTSpice di sebelah filter takik. Kami kemudian mencatat input dan output voltages pada berbagai frekuensi untuk menentukan besarnya. Kemudian, kami memplot besaran dan frekuensinya untuk dibandingkan dengan simulasi LTSpice. Satu-satunya nilai yang kami ubah untuk filter ini adalah C2 yaitu 0.15 uF. Frekuensi cutoff yang kami verifikasi adalah 150 Hz.
Langkah 6: Tes pada Subjek Manusia
Pertama, sambungkan ketiga komponen rangkaian bersama-sama. Kemudian, uji dengan simulasi detak jantung untuk memastikan semuanya berfungsi. Kemudian, letakkan elektroda pada orang tersebut sehingga elektroda positif berada di pergelangan tangan kanan, elektroda negatif berada di pergelangan kaki kiri, dan ground berada di pergelangan kaki kanan. Setelah individu siap, sambungkan baterai 9V untuk menyalakan operasiamps dan menampilkan sinyal output. Perhatikan bahwa individu tersebut harus tetap diam selama sekitar 10 detik untuk mendapatkan pembacaan yang akurat.
Selamat, Anda telah berhasil membuat EKG otomatis!
Dokumen / Sumber Daya
 |
instruksional Merancang EKG Fungsional Dengan Plot Biosignal Otomatis [Bahasa Indonesia:] Instruksi Rancang EKG Fungsional Dengan Plotting Biosignal Otomatis, Rancang EKG Fungsional, EKG Fungsional, Plotting Biosignal |
