Instructables Izstrādājiet funkcionālu EKG ar automātisku biosignāla plānošanu
Izveidojiet funkcionālu EKG ar automātisku biosignāla attēlojumu
Šis projekts apvieno visu šajā semestrī apgūto un pielieto to vienam uzdevumam. Mūsu uzdevums ir izveidot ķēdi, kuru var izmantot kā elektrokardiogrammu (EKG), izmantojot instrumentus. amppacēlājs, zemfrekvences filtrs un iecirtuma filtrs. EKG izmanto elektrodus, kas novietoti uz indivīdu, lai izmērītu un parādītu sirds darbību. Aprēķini tika veikti, pamatojoties uz vidējo pieaugušo sirdi, un sākotnējās ķēdes shēmas tika izveidotas LTSpice, lai pārbaudītu pastiprinājuma un izslēgšanas frekvences. Šī dizaina projekta mērķi ir šādi:
- Izmantojiet šajā semestrī laboratorijā apgūtās instrumentēšanas prasmes
- Projektējiet, izveidojiet un pārbaudiet signāla iegūšanas ierīces funkcionalitāti
- Apstipriniet ierīci uz cilvēku
Izejmateriāli:
- LTSpice simulators (vai līdzīga programmatūra) Breadboard
- Dažādi rezistori
- Dažādi kondensatori
- Opamps
- Elektrodu vadi
- Ievades apjomstage avots
- Ierīce izejas tilpuma mērīšanaitage (ti, osciloskops)
1. darbība: Veiciet aprēķinus katram ķēdes komponentam
Iepriekš redzamajos attēlos parādīti katras ķēdes aprēķini. Tālāk ir paskaidrots vairāk par komponentiem un veiktajiem aprēķiniem.
Instrumentācija Ampdzīvāks
Instruments amplifier jeb IA palīdz nodrošināt lielu pastiprinājumu zema līmeņa signāliem. Tas palīdz palielināt signāla lielumu, lai tas būtu labāk redzams un viļņu formu varētu analizēt.
Aprēķiniem mēs izvēlējāmies divas nejaušas rezistoru vērtības R1 un R2, kas ir attiecīgi 5 kΩ un 10 kΩ. Mēs arī vēlamies, lai pastiprinājums būtu 1000, lai signālu būtu vieglāk analizēt. Pēc tam attiecību R3 un R4 atrisina ar šādu vienādojumu:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2* (10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Pēc tam mēs izmantojām šo attiecību, lai izlemtu, kāda būs katra rezistora vērtība. Vērtības ir šādas:
R3 = 1 kΩ
Iecirtumu filtrs
Iecirtuma filtrs vājina signālus šaurā frekvenču joslā vai noņem vienu frekvenci. Frekvence, kuru šajā gadījumā vēlamies noņemt, ir 60 Hz, jo lielākā daļa elektronisko ierīču radītā trokšņa ir šajā frekvencē. AQ koeficients ir centrālās frekvences attiecība pret joslas platumu, un tas arī palīdz aprakstīt lieluma diagrammas formu. Lielāks Q koeficients rada šaurāku apturēšanas joslu. Aprēķiniem mēs izmantosim Q vērtību 8.
Mēs nolēmām izvēlēties kondensatoru vērtības, kas mums bija. Tātad, C1 = C2 = 0.1 uF un C2 = 0.2 uF.
Vienādojumi, ko izmantosim, lai aprēķinātu R1, R2 un R3, ir šādi:
R1 = 1 / (4 * pi * Q * f * C1) = 1 / (4 * pi * 8 * 60 * 0.1 E-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
Zemfrekvences filtrs
Zemas caurlaidības filtrs vājina augstas frekvences, vienlaikus ļaujot iziet cauri zemākām frekvencēm. Sliekšņa frekvences vērtība būs 150 Hz, jo tā ir pareizā EKG vērtība pieaugušajiem. Arī pastiprinājums (K vērtība) būs 1, un konstantes a un b ir attiecīgi 1.414214 un 1.
Mēs izvēlējāmies C1, lai tas būtu vienāds ar 68 nF, jo mums bija šis kondensators. Lai iegūtu C2, mēs izmantojām šādu vienādojumu:
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
Tāpēc mēs izvēlējāmies C2, lai tas būtu vienāds ar 0.15 uF
Lai aprēķinātu divas rezistoru vērtības, mums bija jāizmanto šādi vienādojumi:
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. darbība: Izveidojiet shēmas vietnē LTSpice
Visi trīs komponenti tika izveidoti un darbojās atsevišķi LTSpice ar maiņstrāvas slaucīšanas analīzi. Izmantotās vērtības ir tās, kuras mēs aprēķinājām 1. darbībā.
3. darbība: Izveidojiet instrumentāciju Ampšķidrāks
Mēs izveidojām instrumentus amppacēlājs uz maizes paneļa, ievērojot LTSpice shēmu. Kad tas tika uzbūvēts, ieeja (dzeltena) un izeja (zaļa) voltages tika parādīti. Zaļajai līnijai ir tikai 743.5 X pieaugums salīdzinājumā ar dzelteno līniju.
4. darbība: Izveidojiet iecirtumu filtru
Pēc tam mēs izveidojām iecirtuma filtru uz maizes paneļa, pamatojoties uz LTSpice izveidoto shēmu. Tā tika uzcelta blakus IA ķēdei. Pēc tam mēs ierakstījām ievades un izvades apjomutage vērtības dažādās frekvencēs, lai noteiktu lielumu. Pēc tam mēs diagrammā attēlojām lielumu un frekvenci, lai salīdzinātu to ar LTSpice simulāciju. Vienīgais, ko mainījām, bija C3 un R2 vērtības, kas ir attiecīgi 0.22 uF un 430 kΩ. Atkal, tā noņemšanas frekvence ir 60 Hz.
5. darbība: Izveidojiet zemfrekvences filtru
Pēc tam mēs izveidojām zemfrekvences filtru uz maizes paneļa, pamatojoties uz LTSpice shēmu blakus iecirtuma filtram. Pēc tam mēs ierakstījām ievades un izvades apjomutages dažādās frekvencēs, lai noteiktu lielumu. Pēc tam mēs uzzīmējām lielumu un frekvenci, lai salīdzinātu to ar LTSpice simulāciju. Vienīgā vērtība, ko mainījām šim filtram, bija C2, kas ir 0.15 uF. Izslēgšanas frekvence, kuru mēs pārbaudījām, ir 150 Hz.
6. darbība: Tests uz cilvēku
Vispirms savienojiet trīs atsevišķas ķēdes sastāvdaļas. Pēc tam pārbaudiet to ar simulētu sirdsdarbību, lai pārliecinātos, ka viss darbojas. Pēc tam novietojiet elektrodus uz indivīda tā, lai pozitīvais būtu uz labās plaukstas locītavas, negatīvs būtu uz kreisās potītes un zeme būtu uz labās potītes. Kad persona ir gatava, pievienojiet 9 V akumulatoru, lai darbinātu operētājsistēmuamps un parādīt izejas signālu. Ņemiet vērā, ka cilvēkam ir jāpaliek ļoti nekustīgam apmēram 10 sekundes, lai iegūtu precīzu rādījumu.
Apsveicam! Jūs esat veiksmīgi izveidojis automatizētu EKG!
Dokumenti / Resursi
 |
Instructables Izstrādājiet funkcionālu EKG ar automātisku biosignāla plānošanu [pdfNorādījumi Izstrādājiet funkcionālu EKG ar automātisku biosignāla uzzīmēšanu, izstrādājiet funkcionālo EKG, funkcionālo EKG, biosignāla attēlošanu |
