instructables 通过自动绘制生物信号来设计功能性心电图
通过自动绘制生物信号来设计功能性心电图
该项目结合了本学期所学的一切，并将其应用于一项任务。 我们的任务是通过使用仪器创建一个能够用作心电图 (ECG) 的电路 amp滤波器、低通滤波器和陷波滤波器。 心电图使用放置在个人身上的电极来测量和显示心脏活动。 计算是根据成人的平均心脏进行的，原始电路原理图是在 LTSpice 上创建的，以验证增益和截止频率。 本设计项目的目标如下：
- 应用本学期在实验室学到的仪器技能
- 设计、构建和验证信号采集设备的功能
- 在人体上验证设备
补给品：
- LTSpice 模拟器（或类似软件）
- 各种电阻
- 各种电容器
- Opamps
- 电极丝
- 输入音量tag电子资源
- 测量输出音量的装置tage（即示波器）
步骤 1： 对每个电路元件进行计算
上图显示了每个电路的计算。 下面，它详细解释了组件和所做的计算。
仪器仪表 Amp扩音器
仪器仪表 amplifier，或 IA，有助于为低电平信号提供大量增益。 它有助于增加信号的大小，使其更加可见并且可以分析波形。
为了进行计算，我们为 R1 和 R2 选择了两个随机电阻值，分别为 5 kΩ 和 10 kΩ。 我们还希望增益为 1000，以便更容易分析信号。 然后通过以下等式求解 R3 和 R4 的比率：
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
然后，我们使用该比率来确定每个电阻器的值。 这些值如下：
R3 = 1kΩ
陷波滤波器
陷波滤波器衰减窄频带内的信号或去除单个频率。 在这种情况下，我们要去除的频率是 60 Hz，因为电子设备产生的大部分噪声都在该频率。 Q 因子是中心频率与带宽的比率，它也有助于描述幅度图的形状。 Q 因子越大，阻带越窄。 对于计算，我们将使用 8 的 Q 值。
我们决定选择现有的电容器值。 因此，C1 = C2 = 0.1 uF，C2 = 0.2 uF。
我们将用于计算 R1、R2 和 R3 的公式如下：
R1 = 1 / (4*pi*Q*f*C1) = 1 / (4*pi*8*60*0.1E-6) = 1.6kΩ
R2 = (2*Q) / (2*pi*f*C1) = (2*8) / (2*pi*60*0.1E-6) = 424kΩ
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6kΩ
低通滤波器
低通滤波器衰减高频，同时允许较低的频率通过。 截止频率的值为 150 Hz，因为这是成人的正确 ECG 值。 此外，增益（K 值）将为 1，常数 a 和 b 分别为 1.414214 和 1。
我们选择 C1 等于 68 nF，因为我们有那个电容器。 为了找到 C2，我们使用了以下等式：
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
因此，我们选择 C2 等于 0.15 uF
要计算这两个电阻值，我们必须使用以下等式：
r1 = 2 /（2*pi*f*[a*c2 + sqrt（[a^2 + 4*b（k-1）]*c2^2 - 4*b*c1*c2）= 7.7kΩ
R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*(2*pi*f)^2) = 14.4kΩ
步骤 2： 在 LTSpice 上创建原理图
所有三个组件都是在 LTSpice 上单独创建和运行的，并带有 AC 扫描分析。 使用的值是我们在步骤 1 中计算的值。
步骤 3： 构建仪器 Amp生命线
我们建立了仪器 amp按照 LTSpice 上的原理图在面包板上安装 lifier。 构建完成后，输入（黄色）和输出（绿色）voltages被显示。 与黄线相比，绿线的增益仅为 743.5X。
步骤 4： 构建陷波滤波器
接下来，我们根据 LTSpice 上制作的原理图在面包板上构建了陷波滤波器。 它建在 IA 电路旁边。 然后我们记录输入和输出音量tag各种频率下的 e 值来确定幅度。 然后，我们在图上绘制幅度与频率的关系图，以将其与 LTSpice 仿真进行比较。 我们唯一改变的是 C3 和 R2 的值，分别为 0.22 uF 和 430 kΩ。 同样，它要去除的频率是 60 Hz。
步骤 5： 构建低通滤波器
然后，我们根据陷波滤波器旁边 LTSpice 上的原理图在面包板上构建了低通滤波器。 然后我们记录输入和输出音量tages 在各种频率下确定大小。 然后，我们绘制幅度和频率图，以将其与 LTSpice 仿真进行比较。 我们为此滤波器更改的唯一值是 C2，即 0.15 uF。 我们验证的截止频率是 150 Hz。
步骤 6： 对人类受试者进行测试
首先，将电路的三个独立组件连接在一起。 然后，用模拟心跳测试它以确保一切正常。 然后，将电极放在个人身上，使正极在右手腕上，负极在左脚踝上，地面在右脚踝上。 一旦个人准备就绪，连接 9V 电池为 op 供电amps 并显示输出信号。 请注意，个人应保持静止约 10 秒钟以获得准确的读数。
恭喜，您已成功创建自动心电图！
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