instructables 通過自動繪製生物信號指令來設計功能性心電圖

透過自動繪製生物訊號來設計功能性心電圖

該計畫結合了本學期學到的所有知識，並將其應用於一項任務。我們的任務是透過使用儀器來創建一個能夠用作心電圖 (ECG) 的電路 amp濾波器、低通濾波器和陷波濾波器。心電圖使用放置在個體身上的電極來測量和顯示心臟活動。根據成人平均心臟進行計算，並在 LTSpice 上建立原始電路原理圖以驗證增益和截止頻率。本設計專案的目標如下：

應用本學期在實驗室學到的儀器技能
設計、建構和驗證訊號採集設備的功能
在人體上驗證該設備

補給品：

LTSpice 模擬器（或類似軟體）
各種電阻器
各種電容器
Opamps
電極絲
輸入音量tag電子資源
測量輸出電壓的裝置tage（即示波器）

步驟一： 對每個電路元件進行計算
上圖顯示了每個電路的計算。下面詳細解釋了組件和完成的計算。
儀器儀表 Amp改良劑
儀器儀表 amplifier（IA）有助於為低電平訊號提供大量增益。它有助於增加訊號的大小，使其更加可見並且可以分析波形。
為了進行計算，我們為 R1 和 R2 選擇了兩個隨機電阻值，分別為 5 kΩ 和 10 kΩ。我們還希望增益為 1000，以便訊號更容易分析。然後透過以下等式求解 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
然後，我們使用該比率來決定每個電阻器的值。數值如下：
R3 = 1kΩ

陷波濾波器
陷波濾波器衰減窄頻帶內的訊號或消除單一頻率。在這種情況下，我們要消除的頻率是 60 Hz，因為電子設備產生的大多數雜訊都處於該頻率。 AQ 因子是中心頻率與頻寬的比率，它也有助於描述振幅圖的形狀。 Q 因子越大，阻帶越窄。為了進行計算，我們將使用 Q 值 8。
我們決定選擇我們擁有的電容器值。因此，C1 = C2 = 0.1 uF，C2 = 0.2 uF。
我們用來計算 R1、R2 和 R3 的方程式如下：
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

低通濾波器
低通濾波器衰減高頻，同時允許低頻通過。截止頻率值為 150 Hz，因為這是成人的正確心電圖值。另外，增益（K 值）將為 1，常數 a 和 b 分別為 1.414214 和 1。
我們選擇 C1 等於 68 nF，因為我們有該電容器。對於 C2，我們使用以下等式：
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，我們選擇 C2 等於 0.15 uF
為了計算兩個電阻值，我們必須使用以下方程式：
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

步驟一： 在 LTSpice 上建立原理圖
所有三個組件均在 LTSpice 上建立並單獨運行，並進行交流掃描分析。使用的值是我們在步驟 1 中計算的值。

步驟一： 建構儀器 Amp生命線
我們建造了儀器 amp依照 LTSpice 上的原理圖在麵包板上安裝 lifier。建置完成後，輸入（黃色）和輸出（綠色）量tag顯示了 es。與黃線相比，綠線僅增益 743.5 倍。

步驟一： 建構陷波濾波器
接下來，我們根據 LTSpice 上製作的原理圖在麵包板上建構了陷波濾波器。它建在 IA 電路旁邊。然後我們記錄輸入和輸出量tag不同頻率的 e 值以確定幅度。然後，我們在圖中繪製了幅度與頻率的關係圖，以將其與 LTSpice 模擬進行比較。我們唯一改變的是 C3 和 R2 的值，分別為 0.22 uF 和 430 kΩ。同樣，它去除的頻率是 60 Hz。

步驟一： 建構低通濾波器
然後，我們根據陷波濾波器旁邊的 LTSpice 原理圖在麵包板上建立了低通濾波器。然後我們記錄輸入和輸出量tages 在不同的頻率來決定幅度。然後，我們繪製了幅度和頻率，將其與 LTSpice 模擬進行比較。我們為此濾波器更改的唯一值是 C2，即 0.15 uF。我們驗證的截止頻率是 150 Hz。

步驟一： 對人體進行測試
首先，將電路的三個獨立組件連接在一起。然後，用模擬心跳對其進行測試，以確保一切正常。然後，將電極放在個人身上，正極位於右手腕，負極位於左腳踝，地面位於右腳踝。一旦個人準備就緒，連接 9V 電池為操作提供電源amps並顯示輸出訊號。請注意，個人應保持靜止約 10 秒才能獲得準確的讀數。
恭喜，您已成功建立自動心電圖！