Instructables Dizajnoni një EKG Funksionale me Komplotim të Automatizuar të Biosignalit
Dizajnoni një EKG funksionale me vizatim të automatizuar të biosignalit
Ky projekt kombinon gjithçka që është mësuar këtë semestër dhe e zbaton atë në një detyrë të vetme. Detyra jonë është të krijojmë një qark që mund të përdoret si elektrokardiogramë (EKG) duke përdorur instrumente. ampashensori, filtri i kalimit të ulët dhe filtri i nivelit. Një EKG përdor elektroda të vendosura në një individ për të matur dhe shfaqur aktivitetin e zemrës. Llogaritjet u bënë bazuar në zemrën mesatare të të rriturve dhe skemat origjinale të qarkut u krijuan në LTSpice për të verifikuar frekuencat e fitimit dhe ndërprerjes. Objektivat e këtij projekti projektues janë si më poshtë:
- Zbatoni aftësitë instrumentale të mësuara në laborator këtë semestër
- Dizajnoni, ndërtoni dhe verifikoni funksionalitetin e një pajisjeje për marrjen e sinjalit
- Vërtetoni pajisjen në një subjekt njerëzor
Furnizimet:
- Simulator LTSpice (ose softuer i ngjashëm) Breadboard
- Rezistenca të ndryshme
- Kondensatorë të ndryshëm
- Opamps
- Telat e elektrodës
- Vëllimi i hyrjestage burim
- Pajisja për matjen e vëllimit të prodhimittage (dmth. oshiloskop)
Hapi 1: Bëni llogaritjet për çdo komponent qarku
Imazhet e mësipërme tregojnë llogaritjet për çdo qark. Më poshtë, ai shpjegon më shumë për komponentët dhe llogaritjet e bëra.
Instrumentimi Ampmë i gjallë
Një instrumentacion amplifier, ose IA, ndihmon në sigurimin e një sasie të madhe fitimi për sinjalet e nivelit të ulët. Ndihmon në rritjen e madhësisë së sinjalit në mënyrë që të jetë më i dukshëm dhe forma e valës të mund të analizohet.
Për llogaritjet, ne zgjodhëm dy vlera të rastësishme të rezistencës për R1 dhe R2, të cilat janë përkatësisht 5 kΩ dhe 10 kΩ. Ne gjithashtu duam që fitimi të jetë 1000, kështu që sinjali do të jetë më i lehtë për t'u analizuar. Raporti për R3 dhe R4 më pas zgjidhet nga ekuacioni i mëposhtëm:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Më pas e përdorëm atë raport për të vendosur se cila do të jetë vlera e secilës rezistencë. Vlerat janë si më poshtë:
R3 = 1 kΩ
Filtri i Notch
Një filtër me nivele zbut sinjalet brenda një brezi të ngushtë frekuencash ose heq një frekuencë të vetme. Frekuenca që duam të heqim në këtë rast është 60 Hz sepse shumica e zhurmave të prodhuara nga pajisjet elektronike janë në atë frekuencë. Faktori AQ është raporti i frekuencës qendrore me gjerësinë e brezit, dhe gjithashtu ndihmon në përshkrimin e formës së grafikut të madhësisë. Një faktor më i madh Q rezulton në një brez ndalimi më të ngushtë. Për llogaritjet, ne do të përdorim një vlerë Q prej 8.
Ne vendosëm të zgjidhnim vlerat e kondensatorëve që kishim. Pra, C1 = C2 = 0.1 uF dhe C2 = 0.2 uF.
Ekuacionet që do të përdorim për të llogaritur R1, R2 dhe R3 janë si më poshtë:
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
Filtri i kalimit të ulët
Një filtër me kalim të ulët zbut frekuencat e larta ndërsa lejon që frekuencat më të ulëta të kalojnë. Frekuenca e ndërprerjes do të ketë vlerën 150 Hz sepse kjo është vlera e saktë e EKG-së për të rriturit. Gjithashtu, fitimi (vlera K) do të jetë 1, dhe konstantet a dhe b janë përkatësisht 1.414214 dhe 1.
Ne zgjodhëm C1 të barabartë me 68 nF sepse kishim atë kondensator. Për C2 kemi përdorur ekuacionin e mëposhtëm:
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
Prandaj, ne zgjodhëm C2 të barabartë me 0.15 uF
Për të llogaritur dy vlerat e rezistencës, ne duhej të përdornim ekuacionet e mëposhtme:
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
Hapi 2: Krijoni skema në LTSpice
Të tre komponentët u krijuan dhe u ekzekutuan individualisht në LTSpice me një analizë fshirjeje AC. Vlerat e përdorura janë ato që kemi llogaritur në hapin 1.
Hapi 3: Ndërtoni instrumentin Amplire
Ne ndërtuam instrumentet amplifier në tabelën e bukës duke ndjekur skematikën në LTSpice. Pasi u ndërtua, hyrja (e verdhë) dhe dalja (jeshile) voltagu shfaqën es. Vija e gjelbër ka vetëm një fitim prej 743.5X në krahasim me vijën e verdhë.
Hapi 4: Ndërtoni filtrin Notch
Më pas, ne ndërtuam filtrin e nivelit në tabelën e bukës bazuar në skemën e bërë në LTSpice. Është ndërtuar pranë qarkut IA. Më pas kemi regjistruar vëllimin e hyrjes dhe daljestage vlerave në frekuenca të ndryshme për të përcaktuar madhësinë. Pastaj, ne grafikuam madhësinë kundrejt frekuencës në komplot për ta krahasuar atë me simulimin LTSpice. E vetmja gjë që ndryshuam ishin vlerat e C3 dhe R2 të cilat janë përkatësisht 0.22 uF dhe 430 kΩ. Përsëri, frekuenca që po heq është 60 Hz.
Hapi 5: Ndërtoni filtrin Lowpass
Më pas ndërtuam filtrin e kalimit të ulët në tabelën e bukës bazuar në skemën në LTSpice pranë filtrit të nivelit. Më pas regjistruam vëllimin hyrës dhe dalëstages në frekuenca të ndryshme për të përcaktuar madhësinë. Pastaj, ne grafikuam madhësinë dhe frekuencën për ta krahasuar atë me simulimin LTSpice. E vetmja vlerë që ndryshuam për këtë filtër ishte C2 që është 0.15 uF. Frekuenca e ndërprerjes që po verifikonim është 150 Hz.
Hapi 6: Test mbi një subjekt njerëzor
Së pari, lidhni së bashku tre komponentët individualë të qarkut. Më pas, provojeni atë me një rrahje të simuluar të zemrës për t'u siguruar që gjithçka po funksionon. Më pas, vendosni elektrodat në individ në mënyrë që pozitive të jetë në kyçin e dorës së djathtë, negative të jetë në kyçin e majtë dhe toka të jetë në kyçin e këmbës së djathtë. Pasi individi të jetë gati, lidhni një bateri 9V për të fuqizuar opamps dhe shfaq sinjalin e daljes. Vini re se individi duhet të qëndrojë shumë i qetë për rreth 10 sekonda për të marrë një lexim të saktë.
Urime, ju keni krijuar me sukses një EKG të automatizuar!
Dokumentet / Burimet
 |
Instructables Dizajnoni një EKG Funksionale me Komplotim të Automatizuar të Biosignalit [pdfUdhëzime Dizenjoni një EKG funksionale me vizatim të automatizuar të biosignalit, dizenjoni një EKG funksionale, EKG funksionale, skicim të biosignalit |
