EKG grandinė („PSpice“, „LabVIEW“, „Breadboard“): 3 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Pastaba: tai NĖRA medicinos prietaisas. Tai tik švietimo tikslais, naudojant imituotus signalus. Jei naudojate šią grandinę tikriems EKG matavimams, įsitikinkite, kad grandinėje ir grandinės ir prietaiso jungtyse naudojami tinkami izoliacijos būdai

Ši instrukcija yra vadovaujamas būdas imituoti, sukurti ir išbandyti grandinę, kuri priima, filtruoja ir stiprina EKG signalus. Norint įgyvendinti visą šią instrukciją, jums reikės pagrindinių žinių apie grandines ir kelių instrumentų.

Elektrokardiografija (EKG arba EKG) yra neskausmingas, neinvazinis tyrimas, kuris fiksuoja širdies elektrinį aktyvumą ir yra naudojamas norint sužinoti paciento širdies būklę. Norint sėkmingai imituoti EKG rodmenis, įvestinius širdies signalus reikia sustiprinti (prietaisų stiprintuvas) ir filtruoti (įpjovos ir žemo dažnio filtrai). Šie komponentai buvo sukurti fiziškai ir grandinės simuliatoriuje. Siekiant užtikrinti, kad kiekvienas komponentas tinkamai stiprintų arba filtruotų signalą, naudojant „PSpice“ir eksperimentiškai galima atlikti kintamosios srovės valymą. Sėkmingai išbandžius kiekvieną komponentą atskirai, širdies signalas gali būti įvestas per užbaigtą grandinę, kurią sudaro prietaisų stiprintuvas, išpjovos filtras ir žemo dažnio filtras. Po to žmogaus EKG signalas gali būti įvestas per EKG ir „LabVIEW“. Tiek imituojama bangos forma, tiek žmogaus širdies signalas gali būti perduodami per LabVIEW, kad būtų galima suskaičiuoti įvesties signalo dūžius per minutę (BPM). Apskritai, įvesties širdies signalą ir žmogaus signalą turėtų būti galima sėkmingai sustiprinti ir filtruoti, imituojant EKG, naudojant grandinės įgūdžius, kuriant, modifikuojant ir išbandant prietaisų stiprintuvą, įpjovos filtrą ir žemo dažnio filtro grandinę.

1 žingsnis: imituokite grandinę kompiuteryje

Norėdami modeliuoti grandinę, kurią kursime, galite naudoti bet kokią turimą programinę įrangą. Aš naudoju „PSpice“, todėl paaiškinsiu išsamią informaciją, tačiau komponentų vertės (rezistoriai, kondensatoriai ir kt.) Ir pagrindiniai dalykai yra vienodi, todėl nedvejodami naudokite ką nors kitą (pvz..

Apskaičiuokite komponentų vertes:

1. Pirmiausia reikia nustatyti prietaisų stiprintuvo vertes (žr. Paveikslėlį). Paveikslėlyje pateiktos vertės buvo nustatytos nustatant pageidaujamą stiprinimą 1000. Tai reiškia, kad nepriklausomai nuo įėjimo įtampos, kurią tiekiate šiai grandinės daliai, ji „sustiprės“stiprinimo verte. Pavyzdžiui, jei pateikiate 1 V, kaip ir aš, išėjimas turėtų būti 1000 V. Šį instrumentinį stiprintuvą sudaro dvi dalys, todėl padidėjimas yra padalintas tarp jų, pažymėtų kaip K1 ir K2. Žiūrėkite pridėtą paveikslėlį, norime, kad pelnas būtų artimas (todėl 2 lygtis paveikslėlyje), 2 ir 3 lygtys paveikslėlyje randamos atliekant mazgų analizę, o tada galima apskaičiuoti rezistoriaus vertes (žr. Paveikslėlį).
2. Įpjovos filtro rezistorių vertės buvo nustatytos nustatant kokybės koeficientą Q iki 8 ir dėl to, kad žinojome, jog turime daug 0,022uF kondensatorių, tada skaičiavimai buvo atlikti pirmyn, naudojant šias dvi sąlygas. Norėdami apskaičiuoti vertes, žiūrėkite paveikslėlį su 5–10 lygtimis. Arba naudokite R1 = 753,575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750,663Ω, ką mes padarėme!
3. Žemo pralaidumo filtras skirtas pašalinti triukšmą, viršijantį tam tikrą dažnį, kurį radome internete, kad EKG yra tinkamas 250 Hz ribinis dažnis. Iš šio dažnio ir 11-15 lygčių (patikrinkite paveikslėlį) apskaičiuokite žemo dažnio filtro rezistorių vertes. Laikykite R3 kaip atvirą grandinę ir R4 kaip trumpąjį jungimą, kad gautumėte K = 1. Mes apskaičiavome R1 = 15, 300 omų, R2 = 25, 600 omų, C1 = 0,022 uF, C2 = 0,047 uF.

Atidarykite ir kurkite PSpice:

Turėdami visas šias vertes, paleiskite „PSpice“- atidarykite „OrCAD Capture CIS“, jei atsidarys „Cadence Project Choices“iššokantis langas, pasirinkite „Allegro PCB Design CIS L“, atidarykite failą -> naujas projektas, įveskite jam protingą pavadinimą, pasirinkite sukurti projektą naudodami analoginį arba mišrų A/D, pasirinkite „sukurti tuščią projektą“, žiūrėkite savo projekto failų organizavimo paveikslėlį, kiekviename puslapyje jūs surinksite komponentus (rezistorius, kondensatorius ir tt), kad sukurtumėte savo dalį norima grandinė. Kiekviename puslapyje spustelėsite dalį įrankių juostoje viršuje ir spustelėkite dalį, kad atidarytumėte dalių sąrašą, kuriame ieškote rezistorių, kondensatorių, operacinių stiprintuvų ir maitinimo šaltinių. Taip pat išskleidžiamajame meniu Vieta rasite įžeminimą ir laidą, kuriuos turėsite naudoti. Dabar suprojektuokite kiekvieną savo puslapį, kaip matyti pridėtose nuotraukose, naudodami apskaičiuotas vertes.

Paleiskite AC Sweeps, kad įsitikintumėte, jog filtravimas ir stiprinimas iš tikrųjų vyksta taip, kaip tikitės

Šiems modeliavimui pridėjau du skaičius. Atkreipkite dėmesį į įpjovimą 60 Hz dažniu ir aukštų dažnių filtravimą. Atkreipkite dėmesį į linijų spalvas ir pažymėtas pėdsakų išraiškas, aš taip pat sukūriau visą grandinę, kad suprastumėte, ko turėtumėte tikėtis!

Norėdami atlikti šlavimus, pasirinkite PSpice, spustelėkite PSpice, Naujas modeliavimo profilis, pakeiskite į AC Sweep ir nustatykite norimus pradžios, sustabdymo ir didinimo dažnius. „PSpice“meniu aš taip pat pasirinkau žymenis, išplėstinę ir pasirinkau įtampą dB ir uždėjau žymeklį ten, kur norėjau išmatuoti išvestį. Tai padeda vėliau, kad nereikėtų rankiniu būdu pridėti pėdsakų keitimo. Tada vėl eikite į „PSpice“meniu mygtuką ir pasirinkite „Vykdyti“arba tiesiog paspauskite F11. Atsidarius simuliatoriui, jei reikia: spustelėkite pėdsaką, pridėkite pėdsaką ir pasirinkite tinkamą pėdsakų išraišką, pvz., V (U6: OUT), jei norite išmatuoti įtampą, esantį opamp U6 kaištyje OUT.

Prietaisų stiprintuvas: naudokite uA741 visiems trims stiprintuvams ir atkreipkite dėmesį, kad paveikslėliuose esantys stiprintuvai yra nurodyti pagal atitinkamą etiketę (U4, U5, U6). Vykdykite savo kintamosios srovės valymą „PSpice“, kad apskaičiuotumėte grandinės dažnio atsaką su viena įtampos įvestimi, kad išėjimo įtampa šiuo atveju turėtų būti lygi stiprinimui (1000).

Įpjovos filtras: naudokite vienos įtampos kintamosios srovės maitinimo šaltinį, kaip parodyta paveikslėlyje, ir operacinį stiprintuvą uA741 ir būtinai įjunkite maitinimą į kiekvieną naudojamą operacinį stiprintuvą (maitinamas 15 V DC). Vykdykite kintamosios srovės šlifavimą, rekomenduoju nuo 30 iki 100 Hz 10 Hz žingsniais, kad užtikrintumėte 60 Hz išpjovą, kuri filtruotų elektros signalus.

Žemo dažnio filtras: naudokite operacinį stiprintuvą uA741 (žr. Paveikslėlį, kaip mūsų pažymėtas U1) ir tiekite grandinei vieno volto kintamosios srovės maitinimą. Įjunkite stiprintuvus 15 voltų nuolatine srove ir išmatuokite kintamosios srovės išėjimo išvestį U1 6 kaištyje, kuris jungiasi su paveikslėlyje matomu laidu. Kintamosios srovės šlifavimas naudojamas grandinės dažnio atsakui apskaičiuoti, o naudojant vieną nustatytą įtampos įvestį, išėjimo įtampa turėtų būti lygi stiprinimui 1.

2 žingsnis: Sukurkite fizinę grandinę ant duonos lentos

Tai gali būti sudėtinga, bet aš visiškai tikiu jumis! Naudokite savo sukurtas ir išbandytas vertes ir schemas (tikitės, kad žinote, kad jos veikia grandinės simuliatoriaus dėka), kad sukurtumėte tai ant lentos. Įsitikinkite, kad maitinimą (1 Vp-p funkcijų generatorius) pradžiai naudojate ne kiekviename etape, jei bandote visą grandinę, kad išbandytumėte visą grandinę, prijunkite kiekvieną dalį (prietaisų stiprintuvas, kad įpjautumėte filtrą iki žemo pralaidumo), įsitikinkite, kad tiekti V+ ir V- (15V) į kiekvieną operacinį stiprintuvą, o jūs galite išbandyti atskirus etapus, išmatuodami išėjimą skirtingais dažniais, naudodami osciloskopą, kad įsitikintumėte, jog tokie dalykai kaip filtravimas veikia. Funkcijų generatoriuje galite naudoti įmontuotą širdies bangos formą, kai kartu išbandote visą grandinę ir tada matysite QRS bangos formą, kaip tikėtasi. Turėdami šiek tiek nusivylimo ir atkaklumo, turėtumėte sugebėti tai fiziškai sukurti!

Mes taip pat pridėjome 0,1uF juostos kondensatorių lygiagrečiai prie „OP amp“galios, kurios nėra pavaizduotos „PSpice“.

Štai keletas patarimų, kaip kurti atskirus komponentus:

Jei matavimo prietaisų stiprintuve sunku rasti klaidos šaltinį, patikrinkite kiekvieną atskirą trijų stiprintuvų išvestį. Be to, įsitikinkite, kad tinkamai tiekiate maitinimo šaltinį ir įvestį. Maitinimo šaltinis turi būti prijungtas prie 4 ir 7 kaiščių, o įtampos įėjimas ir išėjimas-prie pirmojo etapo stiprintuvų 3 kaiščių.

Įpjovos filtrui reikėjo šiek tiek pakoreguoti rezistorių vertes, kad filtras išfiltruotų 60 Hz dažniu. Jei filtravimas vyksta aukščiau nei 60 Hz, padidinus vieną iš rezistorių (mes sureguliavome 2), filtro dažnis sumažės (priešingai, kad padidėtų).

Žemo dažnio filtro atveju, užtikrinant paprastas rezistorių vertes (jau turimus rezistorius), klaidos žymiai sumažės!

3 žingsnis: „LabVIEW“EKG bangos formai nubrėžti ir širdies ritmui (dūžių per minutę) apskaičiuoti

„LabVIEW“sukursite blokinę schemą ir vartotojo sąsają, kuri yra dalis, kuri grafike parodys EKG bangos formą kaip laiko funkciją ir parodys skaitmeninį širdies ritmo skaičių. Pridedu paveikslėlį, ką kurti remiantis „LabVIEW“, galite naudoti paieškos juostą norimiems komponentams rasti. Būkite kantrūs ir taip pat galite pasinaudoti pagalba skaitydami apie kiekvieną kūrinį.

Norėdami prijungti grandinę prie kompiuterio, būtinai naudokite fizinį DAQ. DAQ asistente pakeiskite mėginių ėmimą į nuolatinį ir 4 k.

Štai keletas patarimų, kaip sudaryti diagramą:

• „DAQ Assistant“ryšys išeina iš „duomenų“ir „sustabdyti“.
• „DAQ“padėjėjas „įjungia bangą“esant min. Maks.
• Dešiniuoju pelės mygtuku spustelėkite, sukurkite ir pasirinkite pastovų skaičių, matomą paveikslėlyje.
• Dešiniuoju pelės mygtuku spustelėkite, pasirinkite elementą, dt, tai yra pakeisti t0 į dt
• Piko aptikimas turi ryšius esant „signalui“, „slenksčiui“ir „pločiui“
• Prisijunkite prie „masyvo“, o konstantos - prie „indekso“
• Įsitikinkite, kad DAQ padėjėjo pasirinktas kaištis yra fizinis DAQ plokštės kaištis (t. Y. 8 analoginis) (žr. Paveikslėlį)

Įtrauktas vaizdo įrašas „IMG_9875.mov“yra kompiuteris, rodantis „LabVIEW“VI vartotojo sąsają, kurioje rodoma kintanti EKG bangos forma ir dūžiai per minutę, atsižvelgiant į įvestį (klausykite, kai pranešama, koks dažnis keičiamas).

Išbandykite savo dizainą siųsdami 1 Hz dažnio įvestį ir ji turi švarią bangos formą (palyginkite su paveikslėliu), tačiau turėtumėte sugebėti nuskaityti 60 dūžių per minutę!

Tai, ką padarėte, taip pat gali būti naudojama žmogaus EKG signalui skaityti tik linksmybėms, nes tai NĖRA medicinos prietaisas. Jūs vis tiek turite būti atsargūs su srove, tiekiama į dizainą. Pritvirtinti paviršiaus elektrodai: teigiamas kairės kulkšnies, neigiamas dešiniojo riešo atžvilgiu ir pritvirtinamas prie dešinės kulkšnies. Paleiskite savo „LabVIEW“ir turėtumėte matyti bangos formą grafike, o dūžiai per minutę taip pat pasirodys skaitmeninio ekrano laukelyje.