instructables Proiectați un ECG funcțional cu graficarea automată a biosemnalului
Proiectați un ECG funcțional cu graficarea automată a biosemnalului
Acest proiect combină tot ce s-a învățat în acest semestru și îl aplică la o singură sarcină. Sarcina noastră este să creăm un circuit care să poată fi utilizat ca electrocardiogramă (ECG) folosind instrumente. ampfiltrator, filtru trece jos și filtru cu crestătură. Un ECG folosește electrozi plasați pe o persoană pentru a măsura și afișa activitatea inimii. Calculele au fost făcute pe baza mediei inimii adulților, iar schemele originale ale circuitelor au fost create pe LTSpice pentru a verifica câștigul și frecvențele de tăiere. Obiectivele acestui proiect de proiectare sunt următoarele:
- Aplicați abilitățile de instrumentare învățate în laborator în acest semestru
- Proiectați, construiți și verificați funcționalitatea unui dispozitiv de achiziție a semnalului
- Validați dispozitivul pe un subiect uman
Furnituri:
- Simulator LTSpice (sau software similar) Breadboard
- Diverse rezistențe
- Condensatoare diverse
- Opamps
- Fire de electrozi
- Vol. De intraretage sursa
- Dispozitiv pentru măsurarea volumului de ieșiretage (adică osciloscop)
Pasul 1: Faceți calculele pentru fiecare componentă a circuitului
Imaginile de mai sus arată calculele pentru fiecare circuit. Mai jos, se explică mai multe despre componente și calculele efectuate.
Instrumentaţie Ampmai în viață
O instrumentare amplifier, sau IA, ajută la furnizarea unei cantități mari de câștig pentru semnalele de nivel scăzut. Ajută la creșterea mărimii semnalului, astfel încât să fie mai vizibil și forma de undă să poată fi analizată.
Pentru calcule, am ales două valori ale rezistoarelor pentru R1 și R2, care sunt 5 kΩ și, respectiv, 10 kΩ. De asemenea, dorim ca câștigul să fie de 1000, astfel încât semnalul să fie mai ușor de analizat. Raportul pentru R3 și R4 este apoi rezolvat prin următoarea ecuație:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Apoi am folosit acel raport pentru a decide care va fi valoarea fiecărui rezistor. Valorile sunt următoarele:
R3 = 1 kΩ
Filtru Notch
Un filtru notch atenuează semnalele într-o bandă îngustă de frecvențe sau elimină o singură frecvență. Frecvența pe care dorim să o eliminăm în acest caz este de 60 Hz deoarece majoritatea zgomotului produs de dispozitivele electronice este la acea frecvență. Factorul AQ este raportul dintre frecvența centrală și lățimea de bandă și, de asemenea, ajută la descrierea formei diagramei de magnitudine. Un factor Q mai mare are ca rezultat o bandă de oprire mai îngustă. Pentru calcule, vom folosi o valoare Q de 8.
Am decis să alegem valorile condensatoarelor pe care le aveam. Deci, C1 = C2 = 0.1 uF și C2 = 0.2 uF.
Ecuațiile pe care le vom folosi pentru a calcula R1, R2 și R3 sunt următoarele:
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
Filtru trece jos
Un filtru trece jos atenuează frecvențele înalte, permițând în același timp trecerea frecvențelor inferioare. Frecvența de tăiere va avea o valoare de 150 Hz, deoarece aceasta este valoarea ECG corectă pentru adulți. De asemenea, câștigul (valoarea K) va fi 1, iar constantele a și b sunt 1.414214 și, respectiv, 1.
Am ales C1 să fie egal cu 68 nF pentru că aveam acel condensator. Pentru a găsi C2 am folosit următoarea ecuație:
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
Prin urmare, am ales C2 să fie egal cu 0.15 uF
Pentru a calcula valorile celor două rezistențe, a trebuit să folosim următoarele ecuații:
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
Pasul 2: Creați scheme pe LTSpice
Toate cele trei componente au fost create și rulate individual pe LTSpice cu o analiză AC sweep. Valorile utilizate sunt cele pe care le-am calculat la pasul 1.
Pasul 3: Construiți instrumentația Ampli fi er
Am construit instrumentarul amplifier pe placa de breadboard urmând schema de pe LTSpice. Odată construit, volumul de intrare (galben) și de ieșire (verde).tagau fost afișate. Linia verde are doar un câștig de 743.5X în comparație cu linia galbenă.
Pasul 4: Construiți filtrul Notch
Apoi, am construit filtrul de crestătură pe placa de breadboard pe baza schemei realizate pe LTSpice. A fost construit lângă circuitul IA. Am înregistrat apoi volumul de intrare și de ieșiretage valorile la diferite frecvențe pentru a determina magnitudinea. Apoi, am reprezentat grafic magnitudinea față de frecvență pe grafic pentru a o compara cu simularea LTSpice. Singurul lucru pe care l-am schimbat au fost valorile lui C3 și R2 care sunt 0.22 uF și, respectiv, 430 kΩ. Din nou, frecvența pe care o elimină este de 60 Hz.
Pasul 5: Construiți filtrul lowpass
Apoi am construit filtrul trece jos pe placa de breadboard pe baza schemei de pe LTSpice de lângă filtrul de crestătură. Am înregistrat apoi volumul de intrare și de ieșiretageste la diferite frecvențe pentru a determina magnitudinea. Apoi, am trasat mărimea și frecvența pentru a le compara cu simularea LTSpice. Singura valoare pe care am schimbat-o pentru acest filtru a fost C2, care este 0.15 uF. Frecvența de tăiere pe care o verificăm este de 150 Hz.
Pasul 6: Test pe un subiect uman
Mai întâi, conectați cele trei componente individuale ale circuitului împreună. Apoi, testați-l cu o bătaie simulată a inimii pentru a vă asigura că totul funcționează. Apoi, plasați electrozii pe individ, astfel încât pozitivul să fie pe încheietura mâinii drepte, negativul să fie pe glezna stângă și pământul să fie pe glezna dreaptă. Odată ce persoana este gata, conectați o baterie de 9V pentru a alimenta operaamps și afișați semnalul de ieșire. Rețineți că persoana ar trebui să rămână nemișcată timp de aproximativ 10 secunde pentru a obține o citire precisă.
Felicitări, ați creat cu succes un ECG automat!
Documente/Resurse
 |
instructables Proiectați un ECG funcțional cu graficarea automată a biosemnalului [pdfInstrucțiuni Proiectați un ECG funcțional cu graficarea automată a biosemnalului, proiectați un ECG funcțional, ECG funcțional, reprezentarea grafică a biosemnalului |
