instructables Розробка функціональної ЕКГ з автоматизованим побудовою біосигналу
Розробка функціональної ЕКГ з автоматизованим побудовою біосигналу
Цей проект поєднує в собі все, вивчене за цей семестр, і застосовує це до одного завдання. Наше завдання — створити схему, яку можна використовувати як електрокардіограму (ЕКГ) за допомогою приладів. ampліфікатор, фільтр низьких частот і режекторний фільтр. ЕКГ використовує електроди, накладені на людину, для вимірювання та відображення серцевої діяльності. Розрахунки були зроблені на основі середнього дорослого серця, а оригінальні схеми схеми були створені на LTSpice для перевірки посилення та граничних частот. Цілі цього дизайн-проекту такі:
- Застосуйте навички приладобудування, отримані в лабораторії цього семестру
- Проектування, створення та перевірка функціональності пристрою збору сигналів
- Перевірте пристрій на людині
Постачання:
- Симулятор LTSpice (або подібне програмне забезпечення) Макет
- Різні резистори
- Різні конденсатори
- Opamps
- Електродні дроти
- Вхідний обtagджерело
- Пристрій для вимірювання виходу обtage (тобто осцилограф)
Крок 1: Зробіть розрахунки для кожного компонента схеми
На зображеннях вище показано розрахунки для кожного контуру. Нижче наведено докладніші відомості про компоненти та виконані розрахунки.
Прилади Ampлібератор
Інструмент amplifier, або IA, допомагає забезпечити велике посилення для сигналів низького рівня. Це допомагає збільшити розмір сигналу, тому він стає більш видимим і форму хвилі можна аналізувати.
Для розрахунків ми вибрали два випадкових значення резистора для R1 і R2, які становлять 5 кОм і 10 кОм відповідно. Ми також хочемо, щоб коефіцієнт посилення становив 1000, щоб сигнал було легше аналізувати. Співвідношення для R3 і R4 потім розв’язується за таким рівнянням:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Потім ми використали це співвідношення, щоб визначити значення кожного резистора. Значення такі:
R3 = 1 кОм
Насічний фільтр
Режекторний фільтр послаблює сигнали у вузькому діапазоні частот або видаляє одну частоту. Частота, яку ми хочемо видалити в цьому випадку, становить 60 Гц, оскільки більшість шумів, створюваних електронними пристроями, є на цій частоті. Коефіцієнт AQ – це відношення центральної частоти до ширини смуги, і він також допомагає описати форму графіка величини. Більший коефіцієнт добротності призводить до вужчої смуги зупинки. Для розрахунків ми будемо використовувати значення Q, рівне 8.
Ми вирішили вибрати номінали конденсаторів, які у нас були. Отже, C1 = C2 = 0.1 мкФ, а C2 = 0.2 мкФ.
Рівняння, які ми будемо використовувати для розрахунку R1, R2 і R3, такі:
R1 = 1 / (4*пі*Q*f*C1) = 1 / (4*пі*8*60*0.1E-6) = 1.6 кОм
R2 = (2*Q) / (2*pi*f*C1) = (2*8) / (2*pi*60*0.1E-6) = 424 кОм
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 кОм
Фільтр низьких частот
Фільтр низьких частот послаблює високі частоти, одночасно пропускаючи нижчі частоти. Частота зрізу матиме значення 150 Гц, оскільки це правильне значення ЕКГ для дорослих. Крім того, підсилення (значення K) буде 1, а константи a і b дорівнюють 1.414214 і 1 відповідно.
Ми вибрали C1 рівним 68 нФ, тому що у нас був цей конденсатор. Щоб знайти C2, ми використали таке рівняння:
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
Тому ми вибрали C2 рівним 0.15 мкФ
Щоб обчислити значення двох резисторів, ми повинні були використати такі рівняння:
R1 = 2 / (2*pi*f*[a*C2 + sqrt([a^2 + 4*b(K-1)]*C2^2 – 4*b*C1*C2)] = 7.7 кОм
R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*(2*pi*f)^2) = 14.4 кОм
Крок 2: Створення схем на LTSpice
Усі три компоненти були створені та запущені окремо на LTSpice з аналізом змінного струму. Використовуються значення, які ми розрахували на кроці 1.
Крок 3: Створіть прилади Ampліфтер
Ми створили прилади amplifier на макетній платі, дотримуючись схеми на LTSpice. Після того, як він був побудований, вхідний (жовтий) і вихідний (зелений) voltages були відображені. Зелена лінія має приріст лише 743.5 X порівняно з жовтою лінією.
Крок 4: Створіть режекторний фільтр
Далі ми побудували режекторний фільтр на макетній платі на основі схеми, зробленої на LTSpice. Він був побудований поруч з схемою IA. Потім ми записали вхідний і вихідний обсягиtagзначення e на різних частотах для визначення величини. Потім ми побудували графік залежності величини від частоти на графіку, щоб порівняти його з симуляцією LTSpice. Єдине, що ми змінили, це значення C3 і R2, які становлять 0.22 мкФ і 430 кОм відповідно. Знову ж таки, частота, яку він видаляє, становить 60 Гц.
Крок 5: Створіть фільтр низьких частот
Потім ми створили фільтр низьких частот на макетній платі на основі схеми LTSpice поруч із режекторним фільтром. Потім ми записали вхідний і вихідний обсягtages на різних частотах для визначення величини. Потім ми побудували графік величини та частоти, щоб порівняти його з моделюванням LTSpice. Єдиним значенням, яке ми змінили для цього фільтра, було C2, яке становить 0.15 мкФ. Частота зрізу, яку ми перевіряли, становить 150 Гц.
Крок 6: Тест на людину
Спочатку з’єднайте разом три окремі компоненти схеми. Потім перевірте його за допомогою імітації серцебиття, щоб переконатися, що все працює. Потім помістіть електроди на людину так, щоб позитивний був на правому зап’ясті, негативний – на лівій щиколотці, а земля – на правій щиколотці. Коли людина буде готова, підключіть батарею 9 В для живлення операційної системиamps і відобразити вихідний сигнал. Зауважте, що людина повинна залишатися дуже нерухомою протягом приблизно 10 секунд, щоб отримати точні показники.
Вітаємо, ви успішно створили автоматизовану ЕКГ!
Документи / Ресурси
 |
instructables Розробка функціональної ЕКГ з автоматизованим побудовою біосигналу [pdfІнструкції Розробка функціональної ЕКГ з автоматизованим побудовою біосигналу, розробка функціональної ЕКГ, функціональна ЕКГ, побудова біосигналу |
