EKG digitālā monitora un shēmas projektēšana: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šī nav medicīnas ierīce. Tas ir paredzēts tikai izglītojošiem mērķiem, izmantojot simulētus signālus. Ja izmantojat šo shēmu reāliem EKG mērījumiem, lūdzu, pārliecinieties, ka ķēde un ķēdes un instrumenta savienojumi izmanto pareizas izolācijas metodes

Šī projekta mērķis ir izveidot ķēdi, kas var pastiprināt un filtrēt EKG signālu, kas pazīstams arī kā elektrokardiogramma. EKG var izmantot, lai noteiktu sirdsdarbības ātrumu un sirds ritmu, jo tas spēj noteikt elektriskos signālus, kas dažādos sirds cikla posmos iziet cauri dažādām sirds daļām. Šeit mēs izmantojam instrumentu pastiprinātāju, iecirtuma filtru un zemas caurlaidības filtru, lai pastiprinātu un filtrētu EKG. Pēc tam, izmantojot LabView, tiek aprēķināti sitieni minūtē un tiek parādīts EKG grafiskais attēlojums. Gatavo produktu var redzēt iepriekš.

1. darbība: Instrumentu pastiprinātājs

Nepieciešamais pastiprinājums instrumentu pastiprinātājam ir 1000 V/V. Tas ļautu pietiekami pastiprināt ienākošo signālu, kas ir daudz mazāks. Instrumentu pastiprinātājs ir sadalīts divās daļās - 1. posms un 2. posms. Katra posma (K) pastiprinājumam jābūt līdzīgam, lai, reizinot kopā, pieaugums būtu aptuveni 1000. Turpmāk aprakstītie vienādojumi tiek izmantoti, lai aprēķinātu pieaugumu.

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

K2 = -R4/R3

No šiem vienādojumiem tika atrastas R1, R2, R3 un R4 vērtības. Lai izveidotu shēmu, kas redzama attēlos, tika izmantoti trīs uA741 darbības pastiprinātāji un rezistori. Op pastiprinātāji tiek darbināti ar 15V no līdzstrāvas barošanas avota. Instrumentu pastiprinātāja ieeja tika pievienota funkciju ģeneratoram, un izeja tika savienota ar osciloskopu. Pēc tam tika veikts maiņstrāvas slaucīšana, un tika atrasts instrumentu pastiprinātāja pastiprinājums, kā redzams iepriekš redzamajā grafikā "Instrumentation Amplifier Gain". Visbeidzot, ķēde tika atjaunota LabView, kur tika veikta peļņas simulācija, kā redzams iepriekš redzamajā melnajā attēlā. Rezultāti apstiprināja, ka ķēde darbojās pareizi.

2. darbība: iecirtuma filtrs

Izgriezuma filtru izmanto, lai novērstu troksni, kas rodas 60 Hz frekvencē. Komponentu vērtības var aprēķināt, izmantojot zemāk redzamos vienādojumus. Tika izmantots kvalitātes koeficients (Q) 8. C tika izvēlēts, ņemot vērā pieejamos kondensatorus.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Tika atrastas rezistora un kondensatora vērtības un izveidota iepriekšējā ķēde, aprēķinātās vērtības var redzēt tur. Operatīvo pastiprinātāju darbināja līdzstrāvas barošanas avots, kura ieeja bija pievienota funkciju ģeneratoram, bet izeja - osciloskopam. Veicot maiņstrāvas slaucīšanu, tika parādīts iepriekš redzamais grafiks "Notch Filter AC Sweep", kas parāda, ka 60 Hz frekvence ir noņemta. Lai to apstiprinātu, tika veikta LabView simulācija, kas apstiprināja rezultātus.

3. darbība: zemas caurlaides filtrs

Tiek izmantots otrās kārtas Butterworth zemas caurlaides filtrs ar izslēgšanas frekvenci 250 Hz. Lai atrisinātu rezistora un kondensatora vērtības, tika izmantoti tālāk minētie vienādojumi. Šiem vienādojumiem robežvērtība Hz tika mainīta uz rad/sek, kas tika konstatēta kā 1570,8. Tika izmantots pastiprinājums K = 1. A un b vērtības tika piegādātas attiecīgi 1,414214 un 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (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)

Kad vērtības tika aprēķinātas, ķēde tika izveidota ar vērtībām, kuras var redzēt vienā no attēliem iepriekš. Jāatzīmē, ka, tā kā tika izmantots pastiprinājums 1, R3 tika aizstāts ar atvērtu ķēdi un R4 tika aizstāts ar īssavienojumu. Kad ķēde bija salikta, op pastiprinātājs tika darbināts ar 15 V spriegumu no līdzstrāvas barošanas avota. Līdzīgi kā pārējās sastāvdaļas, ieeja un izeja tika savienotas attiecīgi ar funkciju ģeneratoru un osciloskopu. Tika izveidots maiņstrāvas slaucīšanas sižets, kas redzams iepriekš redzamajā zemas caurlaidības filtra maiņstrāvas tīrīšanā. Zīmējums melnā krāsā ķēdes LabView simulācijā, apstiprinot mūsu rezultātus.

4. solis: LabVIEW

Attēlā redzamā programma LabVIEW tiek izmantota, lai aprēķinātu sitienus minūtē un parādītu ievadītās EKG vizuālu attēlojumu. DAQ palīgs iegūst ievades signālu un nosaka paraugu ņemšanas parametrus. Pēc tam viļņu diagramma attēlo ievadi, ko DAQ saņem UI, lai parādītu lietotājam. Ievades datiem tiek veiktas vairākas analīzes. Ievades datu maksimālās vērtības tiek atrastas, izmantojot Max/Min Identifier, un maksimumu noteikšanas parametri tiek iestatīti, izmantojot Peak Detection. Izmantojot pīķu atrašanās vietu indeksa masīvu, laiku starp maksimālajām vērtībām, ko sniedz laika izmaiņas, un dažādas aritmētiskās darbības, BPM tiek aprēķināts un parādīts kā skaitliskais rezultāts.

5. solis: pabeigta ķēde

Kad visi komponenti bija pievienoti, visa sistēma tika pārbaudīta ar simulētu EKG signālu. Pēc tam ķēde tika izmantota, lai filtrētu un pastiprinātu cilvēka EKG ar rezultātiem, kas parādīti, izmantojot iepriekš minēto LabView programmu. Elektrodi tika piestiprināti pie labās plaukstas locītavas, kreisās plaukstas locītavas un kreisās potītes. Kreisā plauksta un labā plaukstas locītava bija savienotas ar instrumentu pastiprinātāja ieejām, bet kreisā potīte bija savienota ar zemi. Pēc tam zemās caurlaides filtra izeja tika savienota ar DAQ palīgu. Izmantojot to pašu LabView blokshēmu no iepriekšējās, programma tika palaista. Kad cilvēka EKG iet cauri, no visas sistēmas izejas bija redzams skaidrs un stabils signāls, ko var redzēt attēlā iepriekš.