инструцтаблес Дизајнирајте функционални ЕКГ са аутоматским цртањем биосигнала
Дизајнирајте функционални ЕКГ са аутоматским цртањем биосигнала
Овај пројекат комбинује све научено у овом семестру и примењује на један задатак. Наш задатак је да направимо коло које може да се користи као електрокардиограм (ЕКГ) коришћењем инструмената ampЛифиер, ловпасс филтер и нотцх филтер. ЕКГ користи електроде постављене на особу за мерење и приказ срчане активности. Прорачуни су направљени на основу просечног срца одрасле особе, а оригиналне шеме кола су направљене на ЛТСпице-у да би се верификовале фреквенције појачања и прекида. Циљеви овог дизајнерског пројекта су следећи:
- Примените вештине инструментације научене у лабораторији овог семестра
- Дизајнирајте, направите и проверите функционалност уређаја за аквизицију сигнала
- Потврдите уређај на људском субјекту
Залихе:
- ЛТСпице симулатор (или сличан софтвер) Бреадбоард
- Разни отпорници
- Разни кондензатори
- Opamps
- Жице електрода
- Инпут волtage izvor
- Уређај за мерење излазне запреминеtagе (тј. осцилоскоп)
1. корак: Направите прорачуне за сваку компоненту кола
Слике изнад показују прорачуне за свако коло. У наставку се објашњава више о компонентама и урађеним прорачунима.
Инструментатион Ampлифиер
Инструментација ampлифиер, или ИА, помаже да се обезбеди велика количина појачања за сигнале ниског нивоа. Помаже у повећању величине сигнала тако да буде видљивији и да се таласни облик може анализирати.
За прорачуне смо одабрали две насумичне вредности отпорника за Р1 и Р2, које су 5 кΩ и 10 кΩ, респективно. Такође желимо да појачање буде 1000 тако да ће сигнал бити лакши за анализу. Однос за Р3 и Р4 се затим решава следећом једначином:
Воут / (Вин1 – Вин2) = [1 + (2*Р2/Р1)] * (Р4/Р3) –> Р4/Р3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> Р4/ Р3 = 200
Затим смо користили тај однос да одлучимо која ће бити вредност сваког отпорника. Вредности су следеће:
Р3 = 1 кΩ
Зарезани филтер
Зарезни филтер пригушује сигнале унутар уског опсега фреквенција или уклања једну фреквенцију. Фреквенција коју желимо да уклонимо у овом случају је 60 Хз јер је већина буке коју производе електронски уређаји на тој фреквенцији. АК фактор је однос централне фреквенције и пропусног опсега, а такође помаже да се опише облик графикона магнитуде. Већи К фактор резултира ужим опсегом заустављања. За прорачуне ћемо користити К вредност од 8.
Одлучили смо да изаберемо вредности кондензатора које смо имали. Дакле, Ц1 = Ц2 = 0.1 уФ, и Ц2 = 0.2 уФ.
Једначине које ћемо користити за израчунавање Р1, Р2 и Р3 су следеће:
Р1 = 1 / (4*пи*К*ф*Ц1) = 1 / (4*пи*8*60*0.1Е-6) = 1.6 кΩ
Р2 = (2*К) / (2*пи*ф*Ц1) = (2*8) / (2*пи*60*0.1Е-6) = 424 кΩ
Р3 = (Р1*Р2) / (Р1 + Р2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 кΩ
Ловпасс филтер
Нископропусни филтер пригушује високе фреквенције док дозвољава нижим фреквенцијама да прођу. Гранична фреквенција ће имати вредност од 150 Хз јер је то тачна ЕКГ вредност за одрасле. Такође, добитак (вредност К) ће бити 1, а константе а и б су 1.414214 и 1, респективно.
Изабрали смо Ц1 да буде једнак 68 нФ јер смо имали тај кондензатор. Да бисмо пронашли Ц2 користили смо следећу једначину:
Ц2 >= (Ц2*4*б) / [а^2 + 4*б(К-1)] = (68Е-9*4*1) / [1.414214^2 + 4*1(1-1)] –> Ц2 >= 1.36Е-7
Стога смо изабрали Ц2 да буде једнак 0.15 уФ
Да бисмо израчунали две вредности отпорника, морали смо да користимо следеће једначине:
Р1 = 2 / (2*пи*ф*[а*Ц2 + скрт([а^2 + 4*б(К-1)]*Ц2^2 – 4*б*Ц1*Ц2)] = 7.7 кΩ
Р2 = 1 / (б*Ц1*Ц2*Р1*(2*пи*ф)^2) = 14.4 кΩ
2. корак: Креирајте шеме на ЛТСпице
Све три компоненте су креиране и покренуте појединачно на ЛТСпице-у уз анализу АЦ свееп. Коришћене вредности су оне које смо израчунали у кораку 1.
3. корак: Направите инструментацију Ampлифер
Направили смо инструментацију ampЛифиер на матичној плочи пратећи шему на ЛТСпице. Када је направљен, улаз (жути) и излаз (зелени) волtagес су приказани. Зелена линија има само повећање од 743.5Кс у поређењу са жутом линијом.
4. корак: Направите Нотцх филтер
Затим смо направили филтер за урезивање на матичној плочи на основу шеме направљене на ЛТСпице-у. Изграђен је поред ИА кола. Затим смо снимили улазну и излазну волtagе вредности на различитим фреквенцијама да би се одредила величина. Затим смо на графикону приказали магнитуду у односу на фреквенцију да бисмо је упоредили са ЛТСпице симулацијом. Једино што смо променили су вредности Ц3 и Р2 које су 0.22 уФ и 430 кΩ, респективно. Опет, фреквенција коју уклања је 60 Хз.
5. корак: Направите филтер ниске фреквенције
Затим смо направили нископропусни филтер на матичној плочи на основу шеме на ЛТСпице-у поред филтера са зарезима. Затим смо снимили улазну и излазну волtagес на различитим фреквенцијама да би се одредила величина. Затим смо нацртали магнитуду и фреквенцију да бисмо је упоредили са ЛТСпице симулацијом. Једина вредност коју смо променили за овај филтер била је Ц2 која је 0.15 уФ. Гранична фреквенција коју смо верификовали је 150 Хз.
6. корак: Тест на људском субјекту
Прво повежите три појединачне компоненте кола заједно. Затим га тестирајте симулираним откуцајима срца да бисте били сигурни да све ради. Затим поставите електроде на особу тако да је позитивна на десном зглобу, негативна на левом зглобу, а земља на десном зглобу. Када је појединац спреман, повежите батерију од 9В да напаја операцијуampс и прикажите излазни сигнал. Имајте на уму да појединац треба да остане веома миран око 10 секунди да би добио тачно очитавање.
Честитамо, успешно сте направили аутоматизовани ЕКГ!
Документи / Ресурси
 |
инструцтаблес Дизајнирајте функционални ЕКГ са аутоматским цртањем биосигнала [пдфУпутства Дизајнирајте функционални ЕКГ са аутоматским цртањем биосигнала, дизајнирајте функционални ЕКГ, функционални ЕКГ, исцртајте биосигнал |
