Maelekezo Tengeneza ECG Inayofanyakazi Kwa Upangaji Kiotomatiki wa Alama ya Bayo
Tengeneza ECG Inayofanya kazi Kwa Upangaji wa Kiotomatiki wa Biosignal
Mradi huu unachanganya kila kitu kilichojifunza muhula huu na kukitumia kwa kazi moja. Kazi yetu ni kuunda mzunguko ambao unaweza kutumika kama electrocardiogram (ECG) kwa kutumia ala. amplifier, kichujio cha njia ya chini, na kichungi cha notch. ECG hutumia elektroni zilizowekwa kwa mtu binafsi kupima na kuonyesha shughuli za moyo. Mahesabu yalifanywa kulingana na wastani wa moyo wa watu wazima, na taratibu asili za mzunguko ziliundwa kwenye LTSpice ili kuthibitisha marudio ya faida na kukatika. Malengo ya mradi huu wa kubuni ni kama ifuatavyo:
- Tumia ujuzi wa ala uliyojifunza katika maabara muhula huu
- Sanifu, jenga na uthibitishe utendakazi wa kifaa cha kupata mawimbi
- Thibitisha kifaa kwenye somo la mwanadamu
Vifaa:
- LTSpice simulator (au programu sawa) Breadboard
- resistors mbalimbali
- capacitors mbalimbali
- Opamps
- Waya za electrode
- Ingizo voltagchanzo
- Kifaa cha kupima kiasi cha patotage (yaani oscilloscope)
Hatua ya 1: Fanya Mahesabu kwa Kila Sehemu ya Mzunguko
Picha hapo juu zinaonyesha mahesabu kwa kila mzunguko. Chini, inaelezea zaidi kuhusu vipengele na mahesabu yaliyofanywa.
Ala Ampmaisha zaidi
Ala amplifier, au IA, husaidia kutoa kiasi kikubwa cha faida kwa mawimbi ya kiwango cha chini. Husaidia kuongeza saizi ya mawimbi ili ionekane zaidi na muundo wa wimbi unaweza kuchanganuliwa.
Kwa mahesabu, tulichagua maadili mawili ya kupinga random kwa R1 na R2, ambayo ni 5 kΩ na 10 kΩ, kwa mtiririko huo. Pia tunataka faida iwe 1000 ili ishara iwe rahisi kuchanganua. Uwiano wa R3 na R4 basi hutatuliwa kwa mlinganyo ufuatao:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Kisha tulitumia uwiano huo kuamua kila thamani ya kupinga itakuwa nini. Maadili ni kama ifuatavyo:
R3 = 1 kΩ
Kichujio cha Notch
Kichujio cha notch hupunguza mawimbi ndani ya bendi finyu ya masafa au kuondoa masafa moja. Masafa tunayotaka kuondoa katika kesi hii ni 60 Hz kwa sababu kelele nyingi zinazozalishwa na vifaa vya elektroniki ni kwa masafa hayo. Sababu ya AQ ni uwiano wa mzunguko wa kituo kwa bandwidth, na pia husaidia kuelezea sura ya njama ya ukubwa. Kipengele kikubwa cha Q husababisha mkanda mwembamba wa kusimama. Kwa hesabu, tutakuwa tukitumia thamani ya Q ya 8.
Tuliamua kuchagua maadili ya capacitor tuliyokuwa nayo. Kwa hiyo, C1 = C2 = 0.1 uF, na C2 = 0.2 uF.
Milinganyo tutakayotumia kukokotoa R1, R2, na R3 ni kama ifuatavyo:
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
Kichujio cha Lowpass
Kichujio cha pasi ya chini hupunguza masafa ya juu huku kikiruhusu masafa ya chini kupita. Masafa ya kukatwa yatakuwa na thamani ya 150 Hz kwa sababu hiyo ndiyo thamani sahihi ya ECG kwa watu wazima. Pia, faida (Thamani ya K) itakuwa 1, na viunga a na b ni 1.414214 na 1, mtawalia.
Tulichagua C1 kuwa sawa na 68 nF kwa sababu tulikuwa na capacitor hiyo. Kwa nd C2 tulitumia equation ifuatayo:
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
Kwa hivyo, tulichagua C2 kuwa sawa na 0.15 uF
Ili kuhesabu maadili mawili ya kupinga, tulilazimika kutumia hesabu zifuatazo:
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
Hatua ya 2: Unda Schematics kwenye LTSpice
Vipengele vyote vitatu viliundwa na kuendeshwa kibinafsi kwenye LTSpice kwa uchanganuzi wa kufagia kwa AC. Thamani zilizotumika ni zile tulizohesabu katika hatua ya 1.
Hatua ya 3: Tengeneza Ala Ampkweli
Tulijenga chombo amplifier kwenye ubao wa mkate kwa kufuata mpangilio kwenye LTSpice. Mara tu ilipojengwa, pembejeo (njano) na pato (kijani) juzuutages zilionyeshwa. Mstari wa kijani kibichi una faida ya 743.5X ikilinganishwa na laini ya manjano.
Hatua ya 4: Unda Kichujio cha Notch
Ifuatayo, tuliunda kichungi cha notch kwenye ubao wa mkate kulingana na mchoro uliotengenezwa kwenye LTSpice. Ilijengwa karibu na mzunguko wa IA. Kisha tulirekodi sauti ya pembejeo na patotage huthamini katika masafa mbalimbali ili kubainisha ukubwa. Kisha, tuliweka ukubwa wa grafu dhidi ya mzunguko kwenye njama ili kuilinganisha na uigaji wa LTSpice. Kitu pekee tulichobadilisha ni thamani za C3 na R2 ambazo ni 0.22 uF na 430 kΩ, mtawalia. Tena, masafa ambayo inaondoa ni 60 Hz.
Hatua ya 5: Unda Kichujio cha Lowpass
Kisha tukaunda kichujio cha pasi ya chini kwenye ubao wa mkate kulingana na mpangilio kwenye LTSpice karibu na kichujio cha notch. Kisha tulirekodi sauti ya pembejeo na patotages katika masafa mbalimbali ili kubainisha ukubwa. Kisha, tulipanga ukubwa na mzunguko ili kulinganisha na simulation ya LTSpice. Thamani pekee tuliyobadilisha kwa kichungi hiki ilikuwa C2 ambayo ni 0.15 uF. Masafa ya kukatika tuliyokuwa tunathibitisha ni 150 Hz.
Hatua ya 6: Mtihani juu ya Somo la Binadamu
Kwanza, unganisha vipengele vitatu vya mtu binafsi vya mzunguko pamoja. Kisha, ijaribu kwa mpigo wa moyo ulioiga ili kuhakikisha kila kitu kinafanya kazi. Kisha, weka elektroni kwa mtu binafsi ili chanya iko kwenye mkono wa kulia, hasi iko kwenye kifundo cha mguu wa kushoto, na ardhi iko kwenye kifundo cha mguu wa kulia. Mara mtu akiwa tayari, unganisha betri ya 9V ili kuwasha opamps na kuonyesha ishara ya pato. Kumbuka kwamba mtu huyo anapaswa kubaki tuli kwa takriban sekunde 10 ili kupata usomaji sahihi.
Hongera, umefanikiwa kuunda ECG ya kiotomatiki!
Nyaraka / Rasilimali
 |
Maelekezo Tengeneza ECG Inayofanyakazi Kwa Upangaji Kiotomatiki wa Alama ya Bayo [pdf] Maagizo Tengeneza ECG inayofanya kazi na Upangaji wa Kiotomatiki wa Biosignal, Tengeneza ECG inayofanya kazi, ECG inayofanya kazi, Upangaji wa Biosignal. |
