instructables Hannaðu virkt hjartalínurit með sjálfvirkri samsæri á lífmerki
Hannaðu virkt hjartalínurit með sjálfvirkri teikningu á lífmerkinu
Þetta verkefni sameinar allt sem lært er á þessari önn og notar það í eitt verkefni. Verkefni okkar er að búa til hringrás sem hægt er að nota sem hjartalínurit (EKG) með því að nota tækjabúnað amplyftara, lágpassasíu og hakfi lter. Hjartalínurit notar rafskaut sem sett eru á einstakling til að mæla og sýna hjartavirkni. Útreikningar voru gerðir út frá meðalhjarta fullorðinna og upprunalegu hringrásarteikningarnar voru búnar til á LTSpice til að sannreyna ávinnings- og skerðingartíðni. Markmið þessa hönnunarverkefnis eru eftirfarandi:
- Notaðu tækjafærni sem lærð er í tilraunastofu á þessari önn
- Hannaðu, smíðaðu og staðfestu virkni merkjatökutækis
- Staðfestu tækið á manneskju
Birgðir:
- LTSpice hermir (eða svipaður hugbúnaður) Breadboard
- Ýmsar viðnám
- Ýmsir þéttar
- Opamps
- Rafskautsvírar
- Inntak binditage heimild
- Tæki til að mæla framleiðsla voltage (þ.e. sveiflusjá)
Skref 1: Gerðu útreikninga fyrir hvern hringrásarhluta
Myndirnar hér að ofan sýna útreikninga fyrir hverja hringrás. Hér að neðan er útskýrt meira um íhlutina og útreikninga sem gerðir eru.
Tækjabúnaður Amplíflegri
Hljóðfæri amplifier, eða IA, hjálpar til við að veita mikið magn af ávinningi fyrir lágstigsmerki. Það hjálpar til við að auka stærð merksins svo það sé sýnilegra og hægt sé að greina bylgjuformið.
Við útreikninga völdum við tvö tilviljunarkennd viðnámsgildi fyrir R1 og R2, sem eru 5 kΩ og 10 kΩ, í sömu röð. Við viljum líka að ávinningurinn sé 1000 svo auðveldara sé að greina merkið. Hlutfallið fyrir R3 og R4 er síðan leyst með eftirfarandi jöfnu:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Við notuðum síðan það hlutfall til að ákveða hvert viðnámsgildi verður. Gildin eru sem hér segir:
R3 = 1 kΩ
Hakssía
Hakksía dregur úr merki innan þröngs tíðnisviðs eða fjarlægir eina tíðni. Tíðnin sem við viljum fjarlægja í þessu tilfelli er 60 Hz vegna þess að mestur hávaði sem myndast af rafeindatækjum er á þeirri tíðni. AQ stuðull er hlutfall miðtíðni og bandbreiddar og það hjálpar einnig til við að lýsa lögun stærðarritsins. Stærri Q stuðull leiðir til þrengra stoppbands. Við útreikninga munum við nota Q gildið 8.
Við ákváðum að velja þéttagildi sem við höfðum. Þannig að C1 = C2 = 0.1 uF og C2 = 0.2 uF.
Jöfnurnar sem við munum nota til að reikna út R1, R2 og R3 eru sem hér segir:
R1 = 1 / (4*pí*Q*f*C1) = 1 / (4*pí*8*60*0.1E-6) = 1.6 kΩ
R2 = (2*Q) / (2*pí*f*C1) = (2*8) / (2*pí*60*0.1E-6) = 424 kΩ
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 kΩ
Lowpass sía
Lágrásarsía dregur úr háum tíðni en hleypir lægri tíðnum í gegn. Viðmiðunartíðnin mun hafa gildið 150 Hz vegna þess að það er rétt hjartalínurit gildi fyrir fullorðna. Einnig verður ávinningurinn (K gildi) 1 og fastar a og b eru 1.414214 og 1, í sömu röð.
Við völdum C1 til að vera jafn 68 nF vegna þess að við höfðum þann þétta. Til að finna C2 notuðum við eftirfarandi jöfnu:
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
Þess vegna völdum við C2 til að vera jafn 0.15 uF
Til að reikna út viðnámsgildin tvö þurftum við að nota eftirfarandi jöfnur:
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
Skref 2: Búðu til skýringarmyndir á LTSpice
Allir þrír þættirnir voru búnir til og keyrðir hver fyrir sig á LTSpice með AC sweep greiningu. Gildin sem notuð eru eru þau sem við reiknuðum út í skrefi 1.
Skref 3: Byggja tækjabúnaðinn Ampli fi er
Við smíðuðum tækjabúnaðinn amplyftara á brauðborðinu með því að fylgja skýringarmyndinni á LTSpice. Þegar það var byggt, inntak (gult) og úttak (grænt) binditages voru sýndar. Græna línan hefur aðeins hagnað upp á 743.5X miðað við gula línan.
Skref 4: Byggðu hakksíuna
Næst smíðuðum við hakksíuna á breadboardið út frá skýringarmyndinni sem gerð var á LTSpice. Það var byggt við hlið IA hringrásarinnar. Við tókum svo upp input og output voltage gildi á mismunandi tíðnum til að ákvarða stærðina. Síðan tókum við línurit af stærðargráðu á móti tíðni á lóðinni til að bera það saman við LTSpice uppgerðina. Það eina sem við breyttum var gildi C3 og R2 sem eru 0.22 uF og 430 kΩ, í sömu röð. Aftur, tíðnin sem það er að fjarlægja er 60 Hz.
Skref 5: Byggðu lágpassasíuna
Við smíðuðum svo lágrásarsíuna á brauðbrettið út frá skýringarmyndinni á LTSpice við hlið hakksíunnar. Við tókum síðan upp inntak og úttak voltages á mismunandi tíðnum til að ákvarða stærðina. Síðan teiknuðum við stærðina og tíðnina til að bera það saman við LTSpice uppgerðina. Eina gildið sem við breyttum fyrir þessa síu var C2 sem er 0.15 uF. Skurðtíðnin sem við vorum að sannreyna er 150 Hz.
Skref 6: Próf á mannlegu efni
Fyrst skaltu tengja þrjá einstaka íhluti hringrásarinnar saman. Prófaðu það síðan með herma hjartslætti til að tryggja að allt virki. Settu síðan rafskautin á einstaklinginn þannig að það jákvæða sé á hægri úlnlið, neikvætt sé á vinstri ökkla og jörðin sé á hægri ökkla. Þegar einstaklingurinn er tilbúinn skaltu tengja 9V rafhlöðu til að knýja opamps og birta úttaksmerkið. Athugaðu að einstaklingurinn ætti að vera mjög kyrr í um það bil 10 sekúndur til að fá nákvæman lestur.
Til hamingju, þú hefur búið til sjálfvirkt hjartalínurit!
Skjöl / auðlindir
 |
instructables Hannaðu virkt hjartalínurit með sjálfvirkri samsæri á lífmerki [pdfLeiðbeiningar Hannaðu virkt hjartalínurit með sjálfvirkri teikningu á lífmerkinu, hannaðu virkt hjartalínurit, hagnýtt hjartalínurit, teikning á lífmerkinu |
