pokyny Navrhnite funkčné EKG s automatickým vykresľovaním biosignálu
Navrhnite funkčné EKG s automatickým vykresľovaním biosignálu
Tento projekt spája všetko, čo sa naučil tento semester, a aplikuje to na jednu jedinú úlohu. Našou úlohou je vytvoriť obvod, ktorý je možné použiť ako elektrokardiogram (EKG) pomocou prístrojového vybavenia ampfilter, dolnopriepustný filter a zárezový filter. EKG používa elektródy umiestnené na jednotlivcovi na meranie a zobrazenie srdcovej aktivity. Výpočty boli vykonané na základe priemerného dospelého srdca a pôvodné schémy obvodu boli vytvorené na LTSpice na overenie zisku a medzných frekvencií. Ciele tohto dizajnérskeho projektu sú nasledovné:
- Aplikujte prístrojové zručnosti získané v laboratóriu v tomto semestri
- Navrhnite, postavte a overte funkčnosť zariadenia na zber signálu
- Overte zariadenie na ľudskom subjekte
Dodávky:
- Simulátor LTSpice (alebo podobný softvér) Breadboard
- Rôzne odpory
- Rôzne kondenzátory
- Opamps
- Elektródové drôty
- Vstupný objemtage zdroj
- Prístroj na meranie výstupného objtage (tj osciloskop)
Krok 1: Vykonajte výpočty pre každý komponent obvodu
Vyššie uvedené obrázky zobrazujú výpočty pre každý okruh. Nižšie vysvetľuje viac o komponentoch a vykonaných výpočtoch.
Prístrojové vybavenie Ampživšie
Prístrojové vybavenie amplifier, alebo IA, pomáha poskytnúť veľké množstvo zisku pre nízkoúrovňové signály. Pomáha zväčšiť veľkosť signálu, takže je viditeľnejší a dá sa analyzovať priebeh.
Pre výpočty sme zvolili dve náhodné hodnoty odporu pre R1 a R2, ktoré sú 5 kΩ a 10 kΩ. Chceme tiež, aby bol zisk 1000, takže signál bude ľahšie analyzovať. Pomer pre R3 a R4 sa potom rieši nasledujúcou rovnicou:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Potom sme tento pomer použili na rozhodnutie, aká bude hodnota každého odporu. Hodnoty sú nasledovné:
R3 = 1 kΩ
Filter zárezov
Zárezový filter zoslabuje signály v úzkom pásme frekvencií alebo odstraňuje jednu frekvenciu. Frekvencia, ktorú chceme v tomto prípade odstrániť, je 60 Hz, pretože väčšina hluku produkovaného elektronickými zariadeniami je na tejto frekvencii. Faktor AQ je pomer strednej frekvencie k šírke pásma a tiež pomáha opísať tvar grafu magnitúdy. Väčší faktor Q má za následok užší stop pás. Na výpočty budeme používať hodnotu Q 8.
Rozhodli sme sa vybrať hodnoty kondenzátorov, ktoré sme mali. Takže C1 = C2 = 0.1 uF a C2 = 0.2 uF.
Rovnice, ktoré použijeme na výpočet R1, R2 a R3, sú nasledovné:
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
Dolnopriepustný filter
Nízkopriepustný filter tlmí vysoké frekvencie a zároveň umožňuje prestup nižších frekvencií. Medzná frekvencia bude mať hodnotu 150 Hz, pretože to je správna hodnota EKG pre dospelých. Zosilnenie (hodnota K) bude tiež 1 a konštanty a a b sú 1.414214 a 1.
Vybrali sme C1, aby sa rovnal 68 nF, pretože sme mali tento kondenzátor. Na nd C2 sme použili nasledujúcu rovnicu:
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
Preto sme zvolili C2, aby sa rovnal 0.15 uF
Na výpočet dvoch hodnôt odporu sme museli použiť nasledujúce rovnice:
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: Vytvorte schémy na LTSpice
Všetky tri komponenty boli vytvorené a bežali jednotlivo na LTSpice s analýzou striedavého prúdu. Použité hodnoty sú tie, ktoré sme vypočítali v kroku 1.
Krok 3: Zostavte prístrojové vybavenie Amplifer
Postavili sme prístrojové vybavenie amppomocou schémy na LTSpice. Akonáhle bola postavená, vstup (žltý) a výstup (zelený) objtages boli zobrazené. Zelená čiara má v porovnaní so žltou čiarou zisk iba 743.5X.
Krok 4: Vytvorte zárezový filter
Ďalej sme postavili zárezový filter na doske na krájanie na základe schémy vyrobenej na LTSpice. Bol postavený vedľa okruhu IA. Potom sme zaznamenali vstupné a výstupné objtage hodnoty pri rôznych frekvenciách na určenie veľkosti. Potom sme na grafe zobrazili veľkosť vs. frekvenciu, aby sme to porovnali so simuláciou LTSpice. Jediná vec, ktorú sme zmenili, boli hodnoty C3 a R2, ktoré sú 0.22 uF a 430 kΩ. Frekvencia, ktorú odstraňuje, je opäť 60 Hz.
Krok 5: Zostavte dolnopriepustný filter
Potom sme postavili dolnopriepustný filter na doske na krájanie na základe schémy na LTSpice vedľa zárezového filtra. Potom sme zaznamenali vstupné a výstupné objtages pri rôznych frekvenciách na určenie veľkosti. Potom sme vyniesli veľkosť a frekvenciu, aby sme ju porovnali so simuláciou LTSpice. Jediná hodnota, ktorú sme pre tento filter zmenili, bola C2, čo je 0.15 uF. Medzná frekvencia, ktorú sme overovali, je 150 Hz.
Krok 6: Test na ľudskom subjekte
Najprv spojte tri jednotlivé komponenty obvodu. Potom ho otestujte pomocou simulovaného srdcového tepu, aby ste sa uistili, že všetko funguje. Potom umiestnite elektródy na jednotlivca tak, aby bol kladný pól na pravom zápästí, záporný pól na ľavý členok a zem na pravý členok. Keď je jednotlivec pripravený, pripojte 9V batériu na napájanie operačného systémuamps a zobrazí výstupný signál. Všimnite si, že jednotlivec by mal zostať veľmi nehybný asi 10 sekúnd, aby získal presný údaj.
Gratulujeme, úspešne ste vytvorili automatické EKG!
Dokumenty / zdroje
 |
pokyny Navrhnite funkčné EKG s automatickým vykresľovaním biosignálu [pdfPokyny Navrhnite funkčné EKG s automatickým vykresľovaním biosignálu, navrhnite funkčné EKG, funkčné EKG, vykreslenie biosignálu |
