instructables Reka ECG Berfungsi Dengan Plotting Automatik Biosignal
Reka bentuk ECG Berfungsi Dengan Plotting Automatik Biosignal
Projek ini menggabungkan semua yang dipelajari pada semester ini dan mengaplikasikannya kepada satu tugasan. Tugas kami adalah untuk mencipta litar yang boleh digunakan sebagai elektrokardiogram (ECG) dengan menggunakan instrumentasi. amppenguat, penapis laluan rendah dan penapis takuk. ECG menggunakan elektrod yang diletakkan pada individu untuk mengukur dan memaparkan aktiviti jantung. Pengiraan dibuat berdasarkan purata jantung dewasa, dan skema litar asal dicipta pada LTSpice untuk mengesahkan frekuensi perolehan dan pemotongan. Objektif projek reka bentuk ini adalah seperti berikut:
- Mengaplikasikan kemahiran instrumentasi yang dipelajari di makmal pada semester ini
- Reka bentuk, bina dan sahkan kefungsian peranti pemerolehan isyarat
- Sahkan peranti pada subjek manusia
Bekalan:
- Simulator LTSpice (atau perisian serupa) Papan roti
- Pelbagai perintang
- Pelbagai kapasitor
- Opamps
- Wayar elektrod
- Masukan voltagsumber e
- Peranti untuk mengukur output voltage (iaitu osiloskop)
Langkah 1: Buat Pengiraan untuk Setiap Komponen Litar
Imej di atas menunjukkan pengiraan bagi setiap litar. Di bawah, ia menerangkan lebih lanjut tentang komponen dan pengiraan yang dilakukan.
Instrumentasi Amplebih hidup
Sebuah instrumentasi amplifier, atau IA, membantu memberikan sejumlah besar keuntungan untuk isyarat tahap rendah. Ia membantu meningkatkan saiz isyarat supaya lebih jelas dan bentuk gelombang boleh dianalisis.
Untuk pengiraan, kami memilih dua nilai perintang rawak untuk R1 dan R2, iaitu 5 kΩ dan 10 kΩ, masing-masing. Kami juga mahu keuntungan menjadi 1000 supaya isyarat akan lebih mudah untuk dianalisis. Nisbah untuk R3 dan R4 kemudiannya 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 nisbah itu untuk menentukan nilai setiap perintang. Nilainya adalah seperti berikut:
R3 = 1 kΩ
Penapis takik
Penapis takuk melemahkan isyarat dalam jalur frekuensi yang sempit atau mengeluarkan satu frekuensi. Kekerapan yang ingin kami keluarkan dalam kes ini ialah 60 Hz kerana kebanyakan bunyi yang dihasilkan oleh peranti elektronik berada pada frekuensi tersebut. Faktor AQ ialah nisbah frekuensi tengah kepada lebar jalur, dan ia juga membantu menerangkan bentuk plot magnitud. Faktor Q yang lebih besar menghasilkan jalur hentian yang lebih sempit. Untuk pengiraan, kita akan menggunakan nilai Q 8.
Kami memutuskan untuk memilih nilai kapasitor yang kami ada. Jadi, C1 = C2 = 0.1 uF, dan C2 = 0.2 uF.
Persamaan yang akan kita gunakan untuk mengira R1, R2, dan R3 adalah seperti 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
Penapis Laluan Rendah
Penapis lulus rendah melemahkan frekuensi tinggi sambil membenarkan frekuensi rendah melaluinya. Kekerapan cutoff akan mempunyai nilai 150 Hz kerana itu adalah nilai ECG yang betul untuk orang dewasa. Juga, keuntungan (nilai K) akan menjadi 1, dan pemalar a dan b ialah 1.414214 dan 1, masing-masing.
Kami memilih C1 untuk menyamai 68 nF kerana kami mempunyai kapasitor itu. Untuk mendapatkan 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 itu, kami memilih C2 untuk menyamai 0.15 uF
Untuk mengira dua nilai perintang, kita perlu menggunakan persamaan berikut:
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
Langkah 2: Cipta Skema pada LTSpice
Ketiga-tiga komponen telah dicipta dan dijalankan secara individu pada LTSpice dengan analisis sapuan AC. Nilai yang digunakan ialah nilai yang kami kira dalam langkah 1.
Langkah 3: Bina Instrumentasi Amppembohong
Kami membina instrumentasi amppenguat pada papan roti dengan mengikut skema pada LTSpice. Sebaik sahaja ia dibina, input (kuning) dan output (hijau) voltages telah dipaparkan. Garisan hijau hanya mempunyai keuntungan sebanyak 743.5X berbanding garisan kuning.
Langkah 4: Bina Penapis Takik
Seterusnya, kami membina penapis takuk pada papan roti berdasarkan skema yang dibuat pada LTSpice. Ia dibina bersebelahan dengan litar IA. Kami kemudian merekodkan input dan output voltagnilai e pada pelbagai frekuensi untuk menentukan magnitud. Kemudian, kami membuat graf magnitud vs. kekerapan pada plot untuk membandingkannya dengan simulasi LTSpice. Satu-satunya perkara yang kami ubah ialah nilai C3 dan R2 iaitu 0.22 uF dan 430 kΩ, masing-masing. Sekali lagi, frekuensi yang dialih keluar ialah 60 Hz.
Langkah 5: Bina Penapis Laluan Rendah
Kami kemudian membina penapis laluan rendah pada papan roti berdasarkan skema pada LTSpice di sebelah penapis takuk. Kami kemudian merekodkan input dan output voltages pada pelbagai frekuensi untuk menentukan magnitud. Kemudian, kami memplot magnitud dan kekerapan untuk membandingkannya dengan simulasi LTSpice. Satu-satunya nilai yang kami tukar untuk penapis ini ialah C2 iaitu 0.15 uF. Kekerapan potongan yang kami sahkan ialah 150 Hz.
Langkah 6: Ujian pada Subjek Manusia
Mula-mula, sambungkan tiga komponen individu litar bersama-sama. Kemudian, uji dengan degupan jantung simulasi untuk memastikan semuanya berfungsi. Kemudian, letakkan elektrod pada individu supaya positif berada di pergelangan tangan kanan, negatif pada buku lali kiri, dan tanah berada pada buku lali kanan. Setelah individu itu bersedia, sambungkan bateri 9V untuk menghidupkan opamps dan paparkan isyarat keluaran. Ambil perhatian bahawa individu itu harus berdiam diri selama kira-kira 10 saat untuk mendapatkan bacaan yang tepat.
Tahniah, anda telah berjaya mencipta ECG automatik!
Dokumen / Sumber
 |
instructables Reka ECG Berfungsi Dengan Plotting Automatik Biosignal [pdf] Arahan Reka ECG Berfungsi Dengan Plotting Automatik Biosignal, Reka ECG Fungsional, ECG Fungsional, Plotting Biosignal |
