Ultrazvučni pregled tijela s Arduinom: 3 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Zdravo!

Moj hobi i strast je realizirati fizičke projekte. Jedan od mojih posljednjih radova je ultrazvučna sonografija. Kao i uvijek nastojao sam pojednostaviti dijelove koje možete nabaviti na ebayu ili aliexpressu. Pa pogledajmo dokle mogu stići sa svojim jednostavnim stavkama …

Nadahnuo me ovaj malo složeniji i skuplji projekt:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Evo dijelova koji će vam trebati za moj projekt:

glavni dijelovi:

• mjerač za mjerenje debljine boje za 40 USD: eBay mjerač debljine boje GM100
• ili samo pretvarač od 5 MHz za 33 USD: eBay pretvarač od 5 MHz
• arduino zbog 12 USD: ebay arduino zbog
• zaslon od 320x480 piksela za 11 USD: 320x480 arduino zaslon
• dva napajanja 9V/1A za simetrično napajanje +9/GND/-9V
• ultrazvučni gel za sonografiju: 10 USD ultrazvučni gel

za odašiljač:

• step-up pretvarač za potrebnih 100V za 5 USD: 100V pojačivački pretvarač
• uobičajeni pojačavač pretvarača koji napaja 12-15V za pretvarač pojačanja 100V za 2 USD: XL6009 pretvarač pojačanja
• regulator napona LM7805
• monoflop-IC 74121
• MOSFET upravljački program ICL7667
• IRL620 MOSFET: IRL620
• kondenzatori s 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x elektrolitički), 47µF (1x elektrolitički), 20 µF (1 x elektrolitički za 200V), 100 nF (2x MKP za 200V: 100nF20µF
• otpornici s 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) i 50Ohm (1W)
• Potenciometar od 10 kOhm
• 2 kom. C5 utičnice: 7 USD C5 utičnica

za prijemnik:

• 3 kom. Operativno pojačalo AD811: eBay AD811
• 1 kom. LM7171 operativno pojačalo: eBay LM7171
• 5 x 1 nF kondenzator, 8 x 100nF kondenzator
• 4 x 10 kOhm potenciometar
• 1 x 100 kOhm potenciometar
• Otpornici 0,25 W sa 68 Ohm, 330 Ohm (2 kom.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diode (2 kom.)
• Zener dioda 3,3 V (1 kom.)

Korak 1: Moji krugovi odašiljača i prijamnika

Sonografija je vrlo važan način u medicini da se pogleda unutar tijela. Princip je jednostavan: odašiljač šalje ultrazvučne impulse. Oni se šire u tijelu, reflektiraju ih unutarnji organi ili kosti i vraćaju se u prijemnik.

U mom slučaju koristim mjerač GM100 za mjerenje debljine slojeva boje. Iako nisam namijenjen za gledanje u tijelo, mogu vidjeti svoje kosti.

Odašiljač GM100 radi s frekvencijom od 5 MHz. Stoga morate stvoriti vrlo kratke impulse duljine 100-200 nanosekundi. 7412-monoflop može stvoriti tako kratke impulse. Ovi kratki impulsi idu do ICL7667-MOSFET-upravljačkog programa, koji pokreće vrata IRL620 (pažnja: MOSFET mora biti u stanju podnijeti napone do 200 V!).

Ako su vrata uključena, kondenzator 100V-100nF se prazni i negativni impuls od -100V primjenjuje se na odašiljač-piezo.

Ultrazvučni odjeci, primljeni s glave GM100, idu na trostupanjsko pojačalo s brzim OPA AD820. Nakon trećeg koraka trebat će vam precizni ispravljač. U tu svrhu koristim operacijsko pojačalo LM7171.

Obratite pažnju: Najbolje rezultate postigao sam kada skratim ulaz preciznog ispravljača dupont-žičanom petljom (? U krugu). Ne razumijem zašto, ali morate to provjeriti ako pokušate rekonstruirati moj ultrazvučni skener.

Korak 2: Arduino-softver

Odraženi impulsi moraju biti pohranjeni i prikazani mikrokontrolerom. Mikrokontroler mora biti brz. Stoga odabirem arduino zbog. Pokušao sam dvije različite vrste kodova za brzo analogno čitanje (pogledajte privitke). Jedan je brži (oko 0,4 µs po konverziji), ali sam dobio 2-3 puta istu vrijednost pri čitanju na analognom ulazu. Drugi je nešto sporiji (1 µs po konverziji), ali nema nedostatak ponovljenih vrijednosti. Ja sam izabrao prvu …

Na ploči prijemnika nalaze se dva prekidača. S tim sjedalima možete zaustaviti mjerenje i odabrati dvije različite vremenske baze. Jedan za vrijeme mjerenja između 0 i 120 µs, a drugi između 0 i 240 µs. To sam shvatio čitajući 300 vrijednosti ili 600 vrijednosti. Za 600 vrijednosti potrebno je dvostruko više vremena, ali tada uzimam samo svaku drugu analognu vrijednost.

Dolazni odjeci se čitaju s jednog od analogno-ulaznih portova arduina. Zener-dioda bi trebala zaštititi priključak od previsokih napona jer arduino može očitati samo napone do 3,3 V.

Svaka analogno-ulazna vrijednost tada se pretvara u vrijednost između 0 i 255. S tom vrijednošću na zaslonu će se nacrtati daljnji pravokutnik u sivoj boji. Bijela znači visoki signal/eho, tamno siva ili crna znači nizak signal/eho.

Evo linija u kodu za crtanje pravokutnika širine 24 piksela i visine 1 piksela

za (i = 0; i <300; i ++) {

vrijednosti = karta (vrijednosti , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (vrijednosti , vrijednosti , vrijednosti );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

Nakon jedne sekunde izvući će se sljedeći stupac …

Korak 3: Rezultati

Ispitao sam različite predmete od aluminijskih cilindara preko balona napunjenih vodom do mog tijela. Da bi se vidjeli odjeci tijela, pojačanje signala mora biti vrlo visoko. Za aluminijske cilindre potrebno je manje pojačanje. Kad pogledate slike, jasno možete vidjeti odjeke s kože i moje kosti.

Dakle, što mogu reći o uspjehu ili neuspjehu ovog projekta. Moguće je pogledati unutar tijela tako jednostavnim metodama i pomoću dijelova, koji obično nisu namijenjeni za tu svrhu. Ali ti čimbenici također ograničavaju rezultate. Ne dobivate tako jasne i dobro strukturirane slike u usporedbi s komercijalnim rješenjima.

Ali ovo je najvažnije, pokušao sam i dao sve od sebe. Nadam se da vam se svidjelo ovo uputstvo i da vam je barem bilo zanimljivo.

Ako želite pogledati i moje druge projekte iz fizike:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

više projekata iz fizike: