EKG un sirdsdarbības digitālais monitors: 7 soļi (ar attēliem)

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

Elektrokardiogramma jeb EKG ir ļoti sena sirds veselības mērīšanas un analīzes metode. Signāls, kas tiek nolasīts no EKG, var norādīt uz veselīgu sirdi vai virkni problēmu. Uzticams un precīzs dizains ir svarīgs, jo, ja EKG signāls parāda deformētu viļņu formu vai nepareizu sirdsdarbību, persona var tikt nepareizi diagnosticēta. Mērķis ir izveidot EKG ķēdi, kas spēj iegūt, pastiprināt un filtrēt EKG signālu. Pēc tam pārveidojiet šo signālu caur A/D pārveidotāju Labview, lai izveidotu reāllaika grafiku un sirdsdarbību EKG signāla BPM. Izejas viļņu formai vajadzētu izskatīties kā šim attēlam.

Šī nav medicīniska 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

1. solis: shēmas projektēšana

Ķēdei jābūt iespējai iegūt un pastiprināt EKG signālu. Lai to izdarītu, mēs apvienosim trīs aktīvos filtrus; instrumentu pastiprinātājs, otrās kārtas Butterworth zemas caurlaidības filtrs un iecirtuma filtrs. Šo shēmu dizains ir redzams attēlos. Mēs iesim tos pa vienam un pēc tam saliksim kopā, lai pabeigtu pilnu ķēdi.

2. solis: Instrumentu pastiprinātājs

Lai iegūtu labu signālu, mērinstrumentu pastiprinātāja pastiprinājumam jābūt 1000 V/V. Pastiprināšana caur instrumentu pastiprinātāju notiek divos posmos. Pirmais posms sastāv no diviem op pastiprinātājiem kreisajā pusē un rezistora R1 un R2, un otrais pastiprināšanas posms sastāv no op pastiprinātāja labajā pusē un rezistoriem R3 un R4. Pastiprinājums (pastiprinājums) 1. un 2. posmam ir norādīts vienādojumā (1) un (2).

1. posma pieaugums: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

2. posma pieaugums: K2 = R4/R3 (2)

Svarīga piezīme par pieaugumu ķēdēs ir tā, ka tā ir reizinoša; piem. kopējās ķēdes ieguvums 2. attēlā ir K1*K2. Šie vienādojumi rada shematiski parādītās vērtības. Šim filtram nepieciešamie materiāli ir trīs LM741 op pastiprinātāji, trīs 1k omu rezistori, divi 24,7 kohm rezistori un divi 20 kohm rezistori.

3. darbība: iecirtuma filtrs

Nākamais posms ir iecirtuma filtrs, lai izslēgtu troksni pie 60 Hz. Šī frekvence ir jāizslēdz, jo 60 Hz frekvencē ir daudz papildu trokšņa elektrolīnijas traucējumu dēļ, taču tas neizņems neko nozīmīgu no EKG signāla. Ķēdē izmantoto komponentu vērtības ir balstītas uz frekvenci, kuru vēlaties filtrēt, šajā gadījumā 60 Hz (377 rad/s). Komponentu vienādojumi ir šādi

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Tam vajadzīgie materiāli bija viens LM741 op pastiprinātājs, trīs rezistori ar vērtībām 1658 omi, 424,4 kohmi un 1651 omi un 3 kondensatori, divi pie 100 nF un viens pie 200 nF.

4. solis: zemas caurlaides filtrs

Pēdējais posms ir otrās kārtas Butterworth zemas caurlaidības filtrs ar ierobežojuma frekvenci 250 Hz. Šī ir izslēgšanas frekvence, jo EKG signāls ir tikai līdz 250 Hz. Filtra sastāvdaļu vērtību vienādojumi ir definēti šādos vienādojumos:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + kārtot (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Šim filtram vajadzīgie materiāli bija viens LM741 op pastiprinātājs, divi 15,3 un 25,6 kohm rezistori un divi 47 nF un 22 nF kondensatori.

Kad visi trīs posmi ir izstrādāti un uzbūvēti, gala ķēdei vajadzētu izskatīties kā fotoattēlā.

5. darbība: ķēdes pārbaude

Pēc ķēdes izveidošanas tā ir jāpārbauda, lai pārliecinātos, ka tā darbojas pareizi. Katram filtram ir jāizmanto maiņstrāvas slaucīšana, izmantojot 1 Hz frekvences sirds ievades signālu no sprieguma ģeneratora. Lieluma reakcijai dB vajadzētu izskatīties kā attēliem. Ja maiņstrāvas slaucīšanas rezultāti ir pareizi, ķēde ir pabeigta un gatava lietošanai. Ja atbildes nav pareizas, ķēde ir jākļūdo. Sāciet, pārbaudot visus savienojumus un barošanas ieejas, lai pārliecinātos, ka visam ir labs savienojums. Ja tas neatrisina problēmu, izmantojiet filtru sastāvdaļu vienādojumus, lai pēc vajadzības noregulētu pretestību un kondensatoru vērtības, līdz izvade ir tur, kur tai vajadzētu būt.

6. darbība. VUI izveide pakalpojumā Labview

Labview ir digitāla datu iegūšanas programmatūra, kas ļauj lietotājam izveidot VUI vai virtuālu lietotāja interfeisu. DAQ tāfele ir A/D pārveidotājs, kas var pārveidot un pārraidīt EKG signālu Labview. Izmantojot šo programmatūru, EKG signālu var uzzīmēt amplitūdas un laika grafikā, lai skaidri nolasītu signālu un pēc tam pārvērstu signālu par sirdsdarbību BPM. Pirmā lieta, kas nepieciešama šim nolūkam, ir DAQ plate, kas iegūst datus un pārvērš tos ciparu signālā, lai tos nosūtītu datorā uz Labview. Pirmā lieta, kas bija jāpievieno Labview dizainam, bija DAQ Assistant, kas iegūst signālu no DAQ plates un nosaka paraugu ņemšanas parametrus. Nākamais solis ir viļņu formas diagrammas savienošana ar DAU asistenta izvadi VUI dizainā, kas attēlo EKG signālu, kas parāda EKG viļņu formu. Tagad, kad viļņu formas diagramma ir pabeigta, dati arī jāpārvērš, lai iegūtu sirdsdarbības skaitlisko izvadi. Pirmais solis šajā aprēķinā bija EKG datu maksimuma atrašana, savienojot max/min elementu ar DAU datu izvadi VUI, un pēc tam to izvadot citam elementam, ko sauc par pīķa noteikšanu, un elementam, kas atrastu laika izmaiņas, ko sauc par dt. Pīķa noteikšanas elementam bija vajadzīgs arī slieksnis no max/min, kas tika aprēķināts, ņemot maksimumu no max min elementa un reizinot to ar 0,8, lai atrastu 80% no maksimālās vērtības un pēc tam ievadītu maksimuma noteikšanas elementā. Šis slieksnis ļāva maksimuma noteikšanas elementam atrast R viļņa maksimumu un atrašanās vietu, kurā notika maksimums, ignorējot pārējās signāla virsotnes. Pīķu atrašanās vietas tika nosūtītas uz indeksa masīva elementu, kas pievienots blakus VUI. Indeksa masīva elements tika iestatīts, lai tas tiktu saglabāts masīvā ar un indekss sākas ar 0, bet pēc tam cits sākas ar indeksu 1. Pēc tam tie tika atņemti viens no otra, lai atrastu atšķirību starp divām maksimālajām vietām, kas atbilst skaitlim punktu starp katru virsotni. Punktu skaits, kas reizināts ar laika starpību starp katru punktu, nodrošina laiku, kas nepieciešams katra sitiena veikšanai. Tas tika paveikts, reizinot dt elementa izvadi un izvadi no abu masīvu atņemšanas. Pēc tam šis skaitlis tika dalīts ar 60, lai atrastu sitienus minūtē, un pēc tam tika izvadīts, izmantojot VUI ciparu indikatora elementu. VUI dizaina iestatīšana Labview ir parādīta attēlā.

7. solis: salieciet visu kopā

Kad VUI ir pabeigts Labview, pēdējais solis ir ķēdes savienošana ar DAQ plati, tāpēc signāls caur ķēdi nonāk panelī, pēc tam Labview. Ja viss darbojas pareizi, 1 Hz signālam vajadzētu radīt attēlā redzamo viļņu formu un sirdspukstus 60 sitienu minūtē. Tagad jums ir funkcionējošs EKG un sirdsdarbības digitālais monitors.