ఇన్‌స్ట్రక్టబుల్స్ బయోసిగ్నల్ యొక్క ఆటోమేటెడ్ ప్లాటింగ్‌తో ఫంక్షనల్ ECGని డిజైన్ చేస్తుంది
బయోసిగ్నల్ యొక్క ఆటోమేటెడ్ ప్లాటింగ్‌తో ఫంక్షనల్ ECGని రూపొందించండి
ఈ ప్రాజెక్ట్ ఈ సెమిస్టర్‌లో నేర్చుకున్న ప్రతిదాన్ని మిళితం చేస్తుంది మరియు ఒకే పనికి వర్తిస్తుంది. పరికరాలను ఉపయోగించడం ద్వారా ఎలక్ట్రో కార్డియోగ్రామ్ (ECG)గా ఉపయోగించగల సర్క్యూట్‌ను సృష్టించడం మా పని. ampలిఫైయర్, లోపాస్ ఫిల్టర్ మరియు నాచ్ ఫిల్టర్. ఒక ECG గుండె కార్యకలాపాలను కొలవడానికి మరియు ప్రదర్శించడానికి ఒక వ్యక్తిపై ఉంచిన ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. సగటు వయోజన హృదయం ఆధారంగా గణనలు చేయబడ్డాయి మరియు లాభం మరియు కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీలను ధృవీకరించడానికి LTSspiceలో అసలు సర్క్యూట్ స్కీమాటిక్స్ సృష్టించబడ్డాయి. ఈ డిజైన్ ప్రాజెక్ట్ యొక్క లక్ష్యాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:
- ఈ సెమిస్టర్‌లో ల్యాబ్‌లో నేర్చుకున్న ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్ నైపుణ్యాలను వర్తింపజేయండి
- సిగ్నల్ సేకరణ పరికరం యొక్క కార్యాచరణను రూపొందించండి, నిర్మించండి మరియు ధృవీకరించండి
- మానవ విషయంపై పరికరాన్ని ధృవీకరించండి
సరఫరా:
- LTSspice సిమ్యులేటర్ (లేదా ఇలాంటి సాఫ్ట్‌వేర్) బ్రెడ్‌బోర్డ్
- వివిధ రెసిస్టర్లు
- వివిధ కెపాసిటర్లు
- Opamps
- ఎలక్ట్రోడ్ వైర్లు
- ఇన్పుట్ వాల్యూమ్tagఇ మూలం
- అవుట్‌పుట్ వాల్యూమ్‌ను కొలవడానికి పరికరంtagఇ (అనగా ఓసిల్లోస్కోప్)
దశ 1: ప్రతి సర్క్యూట్ కాంపోనెంట్ కోసం గణనలను చేయండి
పై చిత్రాలు ప్రతి సర్క్యూట్ కోసం గణనలను చూపుతాయి. దిగువన, ఇది భాగాలు మరియు చేసిన గణనల గురించి మరింత వివరిస్తుంది.
వాయిద్యం Ampజీవితకాలం
ఒక వాయిద్యం ampలైఫైయర్, లేదా IA, తక్కువ-స్థాయి సంకేతాలకు పెద్ద మొత్తంలో లాభం అందించడంలో సహాయపడుతుంది. ఇది సిగ్నల్ యొక్క పరిమాణాన్ని పెంచడంలో సహాయపడుతుంది కాబట్టి ఇది ఎక్కువగా కనిపిస్తుంది మరియు తరంగ రూపాన్ని విశ్లేషించవచ్చు.
లెక్కల కోసం, మేము R1 మరియు R2 కోసం రెండు యాదృచ్ఛిక నిరోధక విలువలను ఎంచుకున్నాము, అవి వరుసగా 5 kΩ మరియు 10 kΩ. మేము లాభం 1000గా ఉండాలని కూడా కోరుకుంటున్నాము కాబట్టి సిగ్నల్ విశ్లేషించడం సులభం అవుతుంది. R3 మరియు R4 నిష్పత్తి క్రింది సమీకరణం ద్వారా పరిష్కరించబడుతుంది:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
ప్రతి రెసిస్టర్ విలువ ఏమిటో నిర్ణయించడానికి మేము ఆ నిష్పత్తిని ఉపయోగించాము. విలువలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:
R3 = 1 kΩ
నాచ్ ఫిల్టర్
నాచ్ ఫిల్టర్ ఇరుకైన పౌనఃపున్యాల బ్యాండ్‌లో సిగ్నల్‌లను అటెన్యూయేట్ చేస్తుంది లేదా ఒకే ఫ్రీక్వెన్సీని తొలగిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో మనం తీసివేయాలనుకుంటున్న ఫ్రీక్వెన్సీ 60 Hz ఎందుకంటే ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన చాలా శబ్దం ఆ ఫ్రీక్వెన్సీలో ఉంటుంది. AQ కారకం అనేది బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు మధ్య పౌనఃపున్యం యొక్క నిష్పత్తి, మరియు ఇది మాగ్నిట్యూడ్ ప్లాట్ ఆకారాన్ని వివరించడంలో కూడా సహాయపడుతుంది. పెద్ద Q కారకం ఇరుకైన స్టాప్ బ్యాండ్‌కు దారితీస్తుంది. లెక్కల కోసం, మేము Q విలువ 8ని ఉపయోగిస్తాము.
మేము కలిగి ఉన్న కెపాసిటర్ విలువలను ఎంచుకోవాలని నిర్ణయించుకున్నాము. కాబట్టి, C1 = C2 = 0.1 uF, మరియు C2 = 0.2 uF.
R1, R2 మరియు R3లను లెక్కించడానికి మనం ఉపయోగించే సమీకరణాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:
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
లోపాస్ ఫిల్టర్
తక్కువ పౌనఃపున్యాలను అనుమతించేటప్పుడు తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ అధిక పౌనఃపున్యాలను పెంచుతుంది. కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 150 Hz విలువను కలిగి ఉంటుంది ఎందుకంటే ఇది పెద్దలకు సరైన ECG విలువ. అలాగే, లాభం (K విలువ) 1, మరియు స్థిరాంకాలు a మరియు b వరుసగా 1.414214 మరియు 1.
మేము ఆ కెపాసిటర్‌ని కలిగి ఉన్నందున మేము C1ని 68 nFకి సమానంగా ఎంచుకున్నాము. nd C2కి మేము ఈ క్రింది సమీకరణాన్ని ఉపయోగించాము:
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
కాబట్టి, మేము C2ని 0.15 uFకి సమానంగా ఎంచుకున్నాము
రెండు రెసిస్టర్ విలువలను లెక్కించడానికి, మేము ఈ క్రింది సమీకరణాలను ఉపయోగించాలి:
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
దశ 2: LTSspiceలో స్కీమాటిక్స్ సృష్టించండి
మూడు భాగాలు సృష్టించబడ్డాయి మరియు AC స్వీప్ విశ్లేషణతో LTSpiceలో ఒక్కొక్కటిగా అమలు చేయబడ్డాయి. ఉపయోగించిన విలువలు మేము దశ 1లో లెక్కించినవి.
దశ 3: ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్‌ను నిర్మించండి Ampపొర
మేము సాధనాన్ని నిర్మించాము ampLTSpiceలో స్కీమాటిక్‌ని అనుసరించడం ద్వారా బ్రెడ్‌బోర్డ్‌పై లిఫైయర్. ఇది నిర్మించబడిన తర్వాత, ఇన్పుట్ (పసుపు) మరియు అవుట్‌పుట్ (ఆకుపచ్చ) వాల్యూమ్tages ప్రదర్శించబడ్డాయి. పసుపు రేఖతో పోలిస్తే గ్రీన్ లైన్ 743.5X లాభం మాత్రమే కలిగి ఉంది.
దశ 4: నాచ్ ఫిల్టర్‌ను రూపొందించండి
తర్వాత, మేము LTSpiceలో చేసిన స్కీమాటిక్ ఆధారంగా బ్రెడ్‌బోర్డ్‌లో నాచ్ ఫిల్టర్‌ని నిర్మించాము. ఇది IA సర్క్యూట్ పక్కన నిర్మించబడింది. మేము ఇన్పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ వాల్యూమ్‌ను రికార్డ్ చేసాముtagపరిమాణాన్ని నిర్ణయించడానికి వివిధ పౌనఃపున్యాల వద్ద ఇ విలువలు. అప్పుడు, మేము దానిని LTSpice అనుకరణతో పోల్చడానికి ప్లాట్‌పై మాగ్నిట్యూడ్ వర్సెస్ ఫ్రీక్వెన్సీని గ్రాఫ్ చేసాము. మేము మార్చిన ఏకైక విషయం C3 మరియు R2 విలువలు వరుసగా 0.22 uF మరియు 430 kΩ. మళ్ళీ, అది తొలగిస్తున్న ఫ్రీక్వెన్సీ 60 Hz.
దశ 5: లోపాస్ ఫిల్టర్‌ను నిర్మించండి
మేము నాచ్ ఫిల్టర్ ప్రక్కన ఉన్న LTSspiceపై స్కీమాటిక్ ఆధారంగా బ్రెడ్‌బోర్డ్‌లో తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌ని నిర్మించాము. మేము ఇన్పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ వాల్యూమ్‌ను రికార్డ్ చేసాముtagపరిమాణాన్ని నిర్ణయించడానికి వివిధ పౌనఃపున్యాల వద్ద es. అప్పుడు, మేము దానిని LTSspice అనుకరణతో పోల్చడానికి పరిమాణం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీని ప్లాట్ చేసాము. ఈ ఫిల్టర్ కోసం మేము మార్చిన ఏకైక విలువ C2, ఇది 0.15 uF. మేము వెరిఫై చేస్తున్న కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 150 Hz.
దశ 6: మానవ విషయంపై పరీక్ష
మొదట, సర్క్యూట్ యొక్క మూడు వ్యక్తిగత భాగాలను కలిసి కనెక్ట్ చేయండి. ఆపై, ప్రతిదీ పని చేస్తుందని నిర్ధారించుకోవడానికి అనుకరణ హృదయ స్పందనతో దాన్ని పరీక్షించండి. అప్పుడు, వ్యక్తిపై ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉంచండి, తద్వారా పాజిటివ్ కుడి మణికట్టుపై ఉంటుంది, ప్రతికూలం ఎడమ చీలమండపై ఉంటుంది మరియు భూమి కుడి చీలమండపై ఉంటుంది. వ్యక్తి సిద్ధమైన తర్వాత, ఆప్‌ని పవర్ చేయడానికి 9V బ్యాటరీని కనెక్ట్ చేయండిamps మరియు అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. ఖచ్చితమైన పఠనాన్ని పొందడానికి వ్యక్తి దాదాపు 10 సెకన్ల పాటు చాలా నిశ్చలంగా ఉండాలని గమనించండి.
అభినందనలు, మీరు ఆటోమేటెడ్ ECGని విజయవంతంగా సృష్టించారు!
పత్రాలు / వనరులు
 |
ఇన్‌స్ట్రక్టబుల్స్ బయోసిగ్నల్ యొక్క ఆటోమేటెడ్ ప్లాటింగ్‌తో ఫంక్షనల్ ECGని డిజైన్ చేస్తుంది [pdf] సూచనలు బయోసిగ్నల్ యొక్క ఆటోమేటెడ్ ప్లాటింగ్‌తో ఫంక్షనల్ ECGని డిజైన్ చేయండి, ఫంక్షనల్ ECGని డిజైన్ చేయండి, ఫంక్షనల్ ECG, బయోసిగ్నల్ ప్లాటింగ్ |
