EKG skaitmeninio monitoriaus ir grandinės projektavimas: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

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

Šio projekto tikslas yra sukurti grandinę, galinčią sustiprinti ir filtruoti EKG signalą, dar vadinamą elektrokardiograma. Širdies ritmui ir širdies ritmui nustatyti galima naudoti EKG, nes jis gali aptikti elektrinius signalus, kurie praeina per įvairias širdies dalis įvairiais širdies ciklo etapais. Čia EKG stiprinimui ir filtravimui naudojame prietaisų stiprintuvą, išpjovos filtrą ir žemo dažnio filtrą. Tada, naudojant „LabView“, apskaičiuojamas smūgis per minutę ir rodomas grafinis EKG vaizdas. Gatavą produktą galima pamatyti aukščiau.

1 žingsnis: prietaisų stiprintuvas

Būtinas prietaisų stiprintuvo stiprinimas yra 1000 V/V. Tai leistų pakankamai sustiprinti gaunamą signalą, kuris yra daug mažesnis. Prietaisų stiprintuvas yra padalintas į dvi dalis - 1 ir 2 pakopas. Kiekvienos pakopos (K) padidėjimas turėtų būti panašus, kad, padauginus kartu, padidėjimas būtų apie 1000. Toliau pateiktos lygtys naudojamos apskaičiuoti padidėjimą.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

Iš šių lygčių buvo rastos R1, R2, R3 ir R4 reikšmės. Norėdami sukurti grandinę, matomą paveikslėliuose, buvo naudojami trys veikimo stiprintuvai uA741 ir rezistoriai. Stiprintuvai maitinami 15 V įtampa iš nuolatinės srovės šaltinio. Prietaisų stiprintuvo įėjimas buvo prijungtas prie funkcijų generatoriaus, o išėjimas - prie osciloskopo. Tada buvo atliktas kintamosios srovės šlifavimas ir rastas prietaisų stiprintuvo stiprinimas, kaip matyti aukščiau esančiame grafike „Instrumentation Amplifier Gain“. Galiausiai grandinė buvo atkurta „LabView“, kur buvo atliktas pelno modeliavimas, kaip matyti aukščiau esančiame juodame sklype. Rezultatai patvirtino, kad grandinė veikė teisingai.

2 žingsnis: įpjovos filtras

Įpjovos filtras naudojamas 60 Hz dažnio triukšmui pašalinti. Komponentų reikšmes galima apskaičiuoti naudojant toliau pateiktas lygtis. Buvo naudojamas kokybės koeficientas (Q) 8. C buvo pasirinktas atsižvelgiant į turimus kondensatorius.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

R3 = (R1*R2)/(R1+R2)

Buvo rastos rezistoriaus ir kondensatoriaus vertės ir sukonstruota aukščiau esanti grandinė, ten galima pamatyti apskaičiuotas vertes. Operacinis stiprintuvas buvo maitinamas nuolatinės srovės maitinimo šaltiniu, įėjimas prijungtas prie funkcijų generatoriaus, o išėjimas - prie osciloskopo. Vykdant kintamosios srovės valymą, aukščiau pateiktas „Notch Filter AC Sweep“brėžinys, rodantis, kad 60 Hz dažnis buvo pašalintas. Norėdami tai patvirtinti, buvo atliktas „LabView“modeliavimas, kuris patvirtino rezultatus.

3 žingsnis: žemo dažnio filtras

Naudojamas antros eilės „Butterworth“žemo dažnio filtras, kurio išjungimo dažnis yra 250 Hz. Norint išspręsti rezistoriaus ir kondensatoriaus vertes, buvo naudojamos žemiau pateiktos lygtys. Šių lygčių atveju ribinis dažnis Hz buvo pakeistas į rad/sek, kuris buvo 1570,8. Buvo naudojamas padidėjimas K = 1. A ir b reikšmės buvo atitinkamai 1,414214 ir 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + kv. (A^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (a^2 + 4 b (K-1)) / (4 b)

C2 = (10 / fc)

Kai vertės buvo apskaičiuotos, grandinė buvo sudaryta naudojant vertes, kurias galima pamatyti viename iš aukščiau pateiktų vaizdų. Reikėtų pažymėti, kad kadangi buvo naudojamas stiprinimas 1, R3 buvo pakeistas atvira grandine, o R4 - trumpuoju jungimu. Kai grandinė buvo surinkta, tada op stiprintuvas buvo maitinamas 15 V iš nuolatinės srovės maitinimo šaltinio. Kaip ir kiti komponentai, įėjimas ir išėjimas buvo prijungti atitinkamai prie funkcijų generatoriaus ir osciloskopo. Sukurtas kintamosios srovės šlifavimo brėžinys, matomas aukščiau esančiame „Žemo pralaidumo filtro kintamosios srovės valyme“. Juodos schemos schema „LabView“modeliavime, patvirtinanti mūsų rezultatus.

4 žingsnis: „LabVIEW“

Paveikslėlyje parodyta „LabVIEW“programa naudojama apskaičiuoti dūžius per minutę ir rodyti vaizdinį įvesties EKG vaizdą. „DAQ Assistant“gauna įvesties signalą ir nustato mėginių ėmimo parametrus. Tada bangos formos grafikas nubraižo įvestį, kurią DAQ gauna vartotojo sąsajoje ir parodo vartotojui. Įvesties duomenims atliekamos kelios analizės. Maksimalios įvesties duomenų vertės nustatomos naudojant „Max/Min“identifikatorių, o parametrai, skirti aptikti smailėms, nustatomi naudojant „Peak Detection“. Naudojant smailių vietų indeksų masyvą, laiką tarp maksimalių reikšmių, nurodytų komponento „Laiko pokytis“, ir įvairias aritmetines operacijas, BPM apskaičiuojamas ir rodomas kaip skaitinė išvestis.

5 žingsnis: baigta grandinė

Kai visi komponentai buvo prijungti, visa sistema buvo išbandyta imituojant EKG signalą. Tada grandinė buvo naudojama žmogaus EKG filtravimui ir stiprinimui, o rezultatai buvo rodomi per pirmiau minėtą „LabView“programą. Elektrodai buvo pritvirtinti prie dešiniojo riešo, kairiojo riešo ir kairės kulkšnies. Kairysis riešas ir dešinysis riešas buvo prijungti prie prietaisų stiprintuvo įėjimų, o kairioji kulkšnis buvo prijungta prie žemės. Žemo dažnio filtro išvestis buvo prijungta prie „DAQ Assistant“. Programa buvo paleista naudojant tą pačią „LabView“blokinę schemą. Kai žmogaus EKG praeina, iš visos sistemos išvesties matomas aiškus ir stabilus signalas, kurį galima pamatyti aukščiau esančiame paveikslėlyje.