instructables Zaprojektuj funkcjonalne EKG z automatycznym wykreślaniem biosygnału
Zaprojektuj funkcjonalne EKG z automatycznym kreśleniem biosygnału
Ten projekt łączy wszystko, czego nauczyłeś się w tym semestrze i wykorzystuje to do jednego zadania. Naszym zadaniem jest stworzenie obwodu, który będzie można wykorzystać jako elektrokardiogram (EKG) za pomocą oprzyrządowania ampfiltr dolnoprzepustowy i filtr wycinający. W EKG wykorzystuje się elektrody umieszczone na ciele pacjenta w celu pomiaru i wyświetlenia czynności serca. Obliczeń dokonano w oparciu o serce przeciętnego dorosłego człowieka, a oryginalne schematy obwodów utworzono w programie LTSpice w celu sprawdzenia wzmocnienia i częstotliwości odcięcia. Cele tego projektu projektowego są następujące:
- Zastosuj umiejętności posługiwania się instrumentami zdobyte w laboratorium w tym semestrze
- Projektuj, buduj i sprawdzaj funkcjonalność urządzenia do pozyskiwania sygnału
- Sprawdź działanie urządzenia na osobie
Zaopatrzenie:
- Symulator LTSpice (lub podobne oprogramowanie) Breadboard
- Różne rezystory
- Różne kondensatory
- Opamps
- Druty elektrodowe
- Objętość wejściowatage źródło
- Urządzenie do pomiaru objętości wyjściowejtage (tj. oscyloskop)
Krok 1: Wykonaj obliczenia dla każdego elementu obwodu
Powyższe obrazy pokazują obliczenia dla każdego obwodu. Poniżej wyjaśniono więcej na temat komponentów i przeprowadzonych obliczeń.
Oprzyrządowanie Ampżywsze
Instrumentacja amplifier, czyli IA, pomaga zapewnić duże wzmocnienie dla sygnałów o niskim poziomie. Pomaga zwiększyć rozmiar sygnału, dzięki czemu jest on bardziej widoczny i można analizować przebieg fali.
Do obliczeń wybraliśmy dwie losowe wartości rezystorów dla R1 i R2, które wynoszą odpowiednio 5 kΩ i 10 kΩ. Chcemy również, aby wzmocnienie wynosiło 1000, aby sygnał był łatwiejszy do analizy. Następnie oblicza się stosunek R3 i R4 za pomocą następującego równania:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Następnie wykorzystaliśmy ten stosunek, aby zdecydować, jaka będzie wartość każdego rezystora. Wartości są następujące:
R3 = 1 kΩ
Filtr wycinający
Filtr wycinający tłumi sygnały w wąskim paśmie częstotliwości lub usuwa pojedynczą częstotliwość. Częstotliwość, którą chcemy usunąć w tym przypadku, wynosi 60 Hz, ponieważ większość szumów wytwarzanych przez urządzenia elektroniczne ma tę częstotliwość. Współczynnik AQ to stosunek częstotliwości środkowej do szerokości pasma, który pomaga również opisać kształt wykresu wielkości. Większy współczynnik Q powoduje węższe pasmo zatrzymania. Do obliczeń użyjemy wartości Q wynoszącej 8.
Zdecydowaliśmy się wybrać wartości kondensatorów, jakie mieliśmy. Zatem C1 = C2 = 0.1 uF i C2 = 0.2 uF.
Równania, których użyjemy do obliczenia R1, R2 i R3, są następujące:
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
Filtr dolnoprzepustowy
Filtr dolnoprzepustowy tłumi wysokie częstotliwości, jednocześnie umożliwiając przejście niższych częstotliwości. Częstotliwość odcięcia będzie miała wartość 150 Hz, ponieważ jest to prawidłowa wartość EKG dla dorosłych. Ponadto wzmocnienie (wartość K) będzie wynosić 1, a stałe a i b wynoszą odpowiednio 1.414214 i 1.
Wybraliśmy C1 równy 68 nF, ponieważ mieliśmy ten kondensator. Aby znaleźć C2, użyliśmy następującego równania:
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
Dlatego wybraliśmy C2 na poziomie 0.15 uF
Aby obliczyć wartości dwóch rezystorów, musieliśmy zastosować następujące równania:
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
Krok 2: Twórz schematy w LTSpice
Wszystkie trzy komponenty zostały utworzone i uruchomione indywidualnie w programie LTSpice z analizą przemiatania AC. Stosowane wartości to te, które obliczyliśmy w kroku 1.
Krok 3: Zbuduj oprzyrządowanie Amplifier
Zbudowaliśmy oprzyrządowanie amplifier na płytce prototypowej, postępując zgodnie ze schematem w LTSpice. Po zbudowaniu wejście (żółty) i wyjście (zielony) objtages zostały wyświetlone. Zielona linia ma wzmocnienie jedynie 743.5X w porównaniu z żółtą linią.
Krok 4: Zbuduj filtr wycinający
Następnie zbudowaliśmy filtr wycinający na płytce stykowej w oparciu o schemat wykonany w LTSpice. Został zbudowany obok obwodu IA. Następnie zarejestrowaliśmy objętość wejściową i wyjściowątage wartości przy różnych częstotliwościach w celu określenia wielkości. Następnie wykreśliliśmy na wykresie wielkość w funkcji częstotliwości, aby porównać to z symulacją LTSpice. Jedyne, co zmieniliśmy, to wartości C3 i R2, które wynoszą odpowiednio 0.22 uF i 430 kΩ. Ponownie, częstotliwość, którą usuwa, wynosi 60 Hz.
Krok 5: Zbuduj filtr dolnoprzepustowy
Następnie zbudowaliśmy filtr dolnoprzepustowy na płytce stykowej w oparciu o schemat w LTSpice obok filtra wycinającego. Następnie zarejestrowaliśmy objętość wejściową i wyjściowątages przy różnych częstotliwościach w celu określenia wielkości. Następnie wykreśliliśmy wielkość i częstotliwość, aby porównać je z symulacją LTSpice. Jedyną wartością, którą zmieniliśmy dla tego filtra, był C2, który wynosi 0.15 uF. Częstotliwość odcięcia, którą sprawdzaliśmy, wynosi 150 Hz.
Krok 6: Test na człowieku
Najpierw połącz ze sobą trzy poszczególne elementy obwodu. Następnie przetestuj go za pomocą symulowanego bicia serca, aby upewnić się, że wszystko działa. Następnie umieść elektrody na osobie tak, aby dodatni znajdował się na prawym nadgarstku, ujemny na lewej kostce, a masa na prawej kostce. Gdy jednostka będzie gotowa, podłącz baterię 9 V, aby zasilić opamps i wyświetlić sygnał wyjściowy. Należy pamiętać, że osoba powinna pozostać nieruchoma przez około 10 sekund, aby uzyskać dokładny odczyt.
Gratulacje, udało Ci się utworzyć automatyczne EKG!
Dokumenty / Zasoby
 |
instructables Zaprojektuj funkcjonalne EKG z automatycznym wykreślaniem biosygnału [plik PDF] Instrukcje Zaprojektuj funkcjonalne EKG z automatycznym kreśleniem biosygnału, Zaprojektuj funkcjonalne EKG, Funkcjonalne EKG, Wykreślanie biosygnału |
