instructables Oblikujte funkcionalni EKG z avtomatiziranim izrisom biosignala
Načrtujte funkcionalni EKG z avtomatiziranim izrisom biosignala
Ta projekt združuje vse, kar ste se naučili v tem semestru, in ga uporablja za eno samo nalogo. Naša naloga je ustvariti vezje, ki ga je mogoče uporabiti kot elektrokardiogram (EKG) z uporabo instrumentov. amplifier, nizkofrekvenčni filter in zarezni filter. EKG uporablja elektrode, nameščene na posameznika, za merjenje in prikaz srčne aktivnosti. Izračuni so bili narejeni na podlagi povprečnega srca odraslega in originalne sheme vezja so bile ustvarjene na LTSpice za preverjanje ojačenja in mejnih frekvenc. Cilji tega oblikovalskega projekta so naslednji:
- Uporabite instrumentalne veščine, pridobljene v laboratoriju v tem semestru
- Oblikovanje, izdelava in preverjanje funkcionalnosti naprave za zajem signala
- Potrdite napravo na človeku
Zaloge:
- Simulator LTSpice (ali podobna programska oprema) Breadboard
- Razni upori
- Različni kondenzatorji
- Opamps
- Žice za elektrode
- Vhodna voltage vir
- Naprava za merjenje izhodne voltage (tj. osciloskop)
1. korak: Naredite izračune za vsako komponento vezja
Zgornje slike prikazujejo izračune za vsako vezje. Spodaj je razloženo več o komponentah in izvedenih izračunih.
Instrumentacija Amplifier
Instrumentacija amplifier ali IA pomaga zagotoviti veliko ojačenje za signale nizke ravni. Pomaga povečati velikost signala, tako da je bolj viden in da je mogoče analizirati valovno obliko.
Za izračune smo izbrali dve naključni vrednosti upora za R1 in R2, ki sta 5 kΩ oziroma 10 kΩ. Prav tako želimo, da je ojačanje 1000, da bo signal lažje analizirati. Razmerje za R3 in R4 se nato reši z naslednjo enačbo:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Nato smo to razmerje uporabili za odločitev, kakšna bo vrednost posameznega upora. Vrednosti so naslednje:
R3 = 1 kΩ
Zarezni filter
Zarezni filter oslabi signale znotraj ozkega frekvenčnega pasu ali odstrani posamezno frekvenco. Frekvenca, ki jo želimo v tem primeru odstraniti, je 60 Hz, ker je večina hrupa, ki ga proizvajajo elektronske naprave, na tej frekvenci. Faktor AQ je razmerje med središčno frekvenco in pasovno širino, pomaga pa tudi opisati obliko grafa magnitude. Večji faktor Q ima za posledico ožji zaustavni pas. Za izračune bomo uporabili vrednost Q 8.
Odločili smo se, da izberemo vrednosti kondenzatorjev, ki jih imamo. Torej, C1 = C2 = 0.1 uF in C2 = 0.2 uF.
Enačbe, ki jih bomo uporabili za izračun R1, R2 in R3, so naslednje:
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
Nizkopasovni filter
Nizkoprepustni filter duši visoke frekvence, hkrati pa omogoča prehod nižjih frekvenc. Mejna frekvenca bo imela vrednost 150 Hz, ker je to pravilna vrednost EKG za odrasle. Poleg tega bo dobiček (vrednost K) 1, konstanti a in b pa 1.414214 oziroma 1.
Izbrali smo C1, ki je enak 68 nF, ker smo imeli ta kondenzator. Za iskanje C2 smo uporabili naslednjo enačbo:
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
Zato smo izbrali C2 enak 0.15 uF
Za izračun vrednosti dveh uporov smo morali uporabiti naslednje enačbe:
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
2. korak: Ustvarite sheme na LTSpice
Vse tri komponente so bile ustvarjene in so se izvajale posamezno na LTSpice z analizo AC sweep. Uporabljene vrednosti so tiste, ki smo jih izračunali v 1. koraku.
3. korak: Zgradite instrumentacijo Amppodlaga
Izdelali smo instrumentacijo amplifier na testni plošči, tako da sledite shemi na LTSpice. Ko je bil zgrajen, sta vhodna (rumena) in izhodna (zelena) voltages so bili prikazani. Zelena črta ima samo dobiček 743.5X v primerjavi z rumeno črto.
4. korak: Zgradite zarezni filter
Nato smo izdelali zarezni filter na mizi na podlagi sheme, narejene na LTSpice. Zgrajena je bila ob vezju IA. Nato smo posneli vhodni in izhodni voltage vrednosti pri različnih frekvencah za določitev velikosti. Nato smo na grafu prikazali graf magnitude glede na frekvenco, da bi ga primerjali s simulacijo LTSpice. Edino, kar smo spremenili, sta bili vrednosti C3 in R2, ki sta 0.22 uF oziroma 430 kΩ. Ponovno je frekvenca, ki jo odstranjuje, 60 Hz.
5. korak: Zgradite nizkoprepustni filter
Nato smo zgradili nizkopasovni filter na mizi na podlagi sheme na LTSpice poleg zareznega filtra. Nato smo posneli vhodni in izhodni voltages na različnih frekvencah za določitev velikosti. Nato smo narisali velikost in frekvenco za primerjavo s simulacijo LTSpice. Edina vrednost, ki smo jo spremenili za ta filter, je bila C2, ki je 0.15 uF. Mejna frekvenca, ki smo jo preverjali, je 150 Hz.
6. korak: Test na človeku
Najprej povežite tri posamezne komponente vezja skupaj. Nato ga preizkusite s simuliranim srčnim utripom, da zagotovite, da vse deluje. Nato postavite elektrode na posameznika tako, da je pozitivna na desnem zapestju, negativna na levem gležnju in ozemljitev na desnem gležnju. Ko je posameznik pripravljen, priključite 9 V baterijo za napajanje opamps in prikaže izhodni signal. Upoštevajte, da mora posameznik ostati zelo miren približno 10 sekund, da dobi natančno branje.
Čestitke, uspešno ste ustvarili avtomatiziran EKG!
Dokumenti / Viri
 |
instructables Oblikujte funkcionalni EKG z avtomatiziranim izrisom biosignala [pdfNavodila Oblikovanje funkcionalnega EKG z avtomatiziranim izrisom biosignala, načrtovanje funkcionalnega EKG, funkcionalni EKG, izris biosignala |
