instructables Дизајнирајте функционално ЕКГ со автоматско исцртување на биосигналот
Дизајнирајте функционално ЕКГ со автоматско исцртување на биосигналот
Овој проект комбинира сè што е научено овој семестар и го применува на една единствена задача. Наша задача е да создадеме коло што може да се користи како електрокардиограм (ЕКГ) со помош на инструменти ampлајфикатор, нископропусен филтер и филтер со засеци. ЕКГ користи електроди поставени на поединец за мерење и прикажување на срцевата активност. Пресметките беа направени врз основа на просечното срце на возрасен, а оригиналните шеми на кола беа креирани на LTSpice за да се потврдат фреквенциите на засилување и прекинување. Целите на овој проект за дизајн се како што следува:
- Применете ги вештините за инструментација научени во лабораторија овој семестар
- Дизајнирајте, конструирајте и потврдете ја функционалноста на уред за добивање сигнал
- Потврдете го уредот на човечка тема
Залихи:
- LTSpice симулатор (или сличен софтвер) Breadboard
- Различни отпорници
- Различни кондензатори
- Opamps
- Електродни жици
- Влез волtagе извор
- Уред за мерење на излезната јачинаtage (т.е. осцилоскоп)
Чекор 1: Направете пресметки за секоја компонента на колото
Сликите погоре ги прикажуваат пресметките за секое коло. Подолу, објаснува повеќе за компонентите и направените пресметки.
Инструментација Ampживописен
Инструментација ampзајакнувачот, или IA, помага да се обезбеди голема количина на засилување за сигнали на ниско ниво. Тоа помага да се зголеми големината на сигналот за да биде повидлив и да може да се анализира брановата форма.
За пресметки, избравме две случајни вредности на отпорници за R1 и R2, кои се 5 kΩ и 10 kΩ, соодветно. Исто така, сакаме добивката да биде 1000, така што сигналот ќе биде полесен за анализа. Односот за R3 и R4 потоа се решава со следнава равенка:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Потоа го користевме тој сооднос за да одлучиме каква ќе биде вредноста на секој отпорник. Вредностите се како што следува:
R3 = 1 kΩ
Засечен филтер
Филтерот со засеци ги ослабува сигналите во тесен опсег на фреквенции или отстранува една фреквенција. Фреквенцијата што сакаме да ја отстраниме во овој случај е 60 Hz бидејќи најголемиот дел од бучавата произведена од електронските уреди е на таа фреквенција. Факторот AQ е односот на централната фреквенција до пропусниот опсег, а исто така помага да се опише обликот на заплетот на големината. Поголемиот Q фактор резултира со потесен опсег на застанување. За пресметки, ќе користиме Q вредност од 8.
Решивме да ги избереме вредностите на кондензаторот што ги имавме. Значи, C1 = C2 = 0.1 uF и C2 = 0.2 uF.
Равенките што ќе ги користиме за да ги пресметаме R1, R2 и R3 се како што следува:
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
Нископропусен филтер
Нископропусен филтер ги намалува високите фреквенции додека дозволува пониски фреквенции да минуваат низ. Исклучената фреквенција ќе има вредност од 150 Hz бидејќи тоа е точната вредност на ЕКГ за возрасни. Исто така, засилувањето (вредноста на К) ќе биде 1, а константите a и b се 1.414214 и 1, соодветно.
Избравме C1 да биде еднакво на 68 nF бидејќи го имавме тој кондензатор. За nd C2 ја користевме следнава равенка:
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
Затоа, избравме C2 да биде еднаква на 0.15 uF
За да ги пресметаме двете вредности на отпорниците, моравме да ги користиме следните равенки:
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
Чекор 2: Креирајте шеми на LTSpice
Сите три компоненти беа создадени и работеа поединечно на LTSpice со анализа на бришење на наизменична струја. Користените вредности се оние што ги пресметавме во чекор 1.
Чекор 3: Изградете ја инструментацијата Ampрашири
Ние ја изградивме инструментацијата ampлафијатор на лебната табла следејќи ја шемата на LTSpice. Откако беше изграден, влезот (жолт) и излезот (зелен) волtagбеа прикажани. Зелената линија има само добивка од 743.5X во споредба со жолтата линија.
Чекор 4: Изградете го филтерот Notch
Следно, го изградивме филтерот за засеци на лебната плоча врз основа на шемата направена на LTSpice. Изграден е веднаш до колото IA. Потоа ги снимивме влезните и излезните томtage вредности на различни фреквенции за да се одреди големината. Потоа, ние направивме графика на големината наспроти фреквенцијата на заплетот за да ја споредиме со симулацијата LTSpice. Единственото нешто што го променивме беа вредностите на C3 и R2 кои се 0.22 uF и 430 kΩ, соодветно. Повторно, фреквенцијата што ја отстранува е 60 Hz.
Чекор 5: Изградете го нископасниот филтер
Потоа го изградивме нископропусниот филтер на лебната плоча врз основа на шемата на LTSpice до филтерот за засеци. Потоа ги снимивме влезните и излезните томtagе на различни фреквенции за да се одреди големината. Потоа, ја нацртавме големината и фреквенцијата за да ги споредиме со симулацијата LTSpice. Единствената вредност што ја сменивме за овој филтер беше C2 што е 0.15 uF. Пресечната фреквенција што ја потврдувавме е 150 Hz.
Чекор 6: Тест на човечка тема
Прво, поврзете ги трите поединечни компоненти на колото заедно. Потоа, тестирајте го со симулирани отчукувања на срцето за да бидете сигурни дека сè работи. Потоа, поставете ги електродите на поединецот така што позитивата е на десниот зглоб, негативната е на левиот глужд, а земјата е на десниот зглоб. Откако поединецот е подготвен, поврзете батерија од 9V за да го напојувате опamps и прикажете го излезниот сигнал. Забележете дека поединецот треба да остане многу мирен околу 10 секунди за да добие точно читање.
Честитки, успешно креиравте автоматизирано ЕКГ!
Документи / ресурси
 |
instructables Дизајнирајте функционално ЕКГ со автоматско исцртување на биосигналот [pdf] Инструкции Дизајнирајте функционално ЕКГ со автоматско исцртување на биосигналот, дизајнирајте функционално ЕКГ, функционално ЕКГ, исцртување на биосигналот |
