Dizajniranje EKG digitalnog monitora i kruga: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako ovaj krug koristite za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li krug i veze krug-instrument ispravne tehnike izolacije

Cilj ovog projekta je izgraditi krug koji može pojačati i filtrirati EKG signal, također poznat kao elektrokardiogram. EKG se može koristiti za određivanje brzine otkucaja srca i srčanog ritma, jer može otkriti električne signale koji prolaze kroz različite dijelove srca tijekom različitih faza srčanog ciklusa. Ovdje za pojačavanje i filtriranje EKG -a koristimo instrumentalno pojačalo, urezani filter i niskopropusni filter. Zatim se pomoću LabView -a izračunavaju otkucaji u minuti i prikazuje se grafički prikaz EKG -a. Gotov proizvod možete vidjeti gore.

Korak 1: Instrumentalno pojačalo

Potreban dobitak za instrumentalno pojačalo je 1000 V/V. To bi omogućilo dovoljno pojačanje ulaznog signala koje je mnogo manje. Instrumentacijsko pojačalo podijeljeno je na dva dijela, stupanj 1 i stupanj 2. Dobitak svake faze (K) trebao bi biti sličan, tako da kad se pomnoži, dobitak je oko 1000. Donje jednadžbe se koriste za izračun pojačanja.

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

K2 = -R4/R3

Iz ovih jednadžbi pronađene su vrijednosti R1, R2, R3 i R4. Za izradu sklopa koji se vidi na slikama korištena su tri uA741 operativna pojačala i otpornici. Op pojačala se napajaju s 15V iz istosmjernog napajanja. Ulaz instrumentacijskog pojačala spojen je na generator funkcija, a izlaz na osciloskop. Zatim je snimljeno izmjenjivanje naizmjenične struje i pronađeno je pojačanje pojačala instrumentacije, što se može vidjeti na gornjoj ploči "Pojačanje pojačala instrumentacije". Konačno, krug je ponovno kreiran u LabViewu, gdje je pokrenuta simulacija pojačanja, kao što se može vidjeti na gornjoj crnoj plohi. Rezultati su potvrdili da je krug ispravno radio.

Korak 2: Notch filter

Urezani filter služi za uklanjanje buke koja se javlja pri 60 Hz. Vrijednosti komponenti mogu se izračunati pomoću donjih jednadžbi. Korišten je faktor kvalitete (Q) od 8. C je odabran s obzirom na dostupne kondenzatore.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Vrijednosti otpornika i kondenzatora su pronađene i gornji krug je konstruiran, tamo se mogu vidjeti izračunate vrijednosti. Operativno pojačalo napajalo se istosmjernim napajanjem, s ulazom spojenim na generator funkcija, a izlaz na osciloskopu. Pokretanje AC Sweep -a rezultiralo je gornjom shemom "Notch Filter AC Sweep", koja pokazuje da je uklonjena frekvencija od 60 Hz. Kako bi se to potvrdilo, pokrenuta je simulacija LabView koja je potvrdila rezultate.

Korak 3: Niskopropusni filtar

Koristi se Butterworth -ov niskopropusni filter drugog reda s graničnom frekvencijom od 250Hz. Za rješavanje vrijednosti otpornika i kondenzatora korištene su donje jednadžbe. Za ove je jednadžbe granična frekvencija u Hz promijenjena u rad/sek, za koju je utvrđeno da je 1570,8. Korišten je dobitak od K = 1. Dostavljene su vrijednosti za a i b 1,414214 odnosno 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)

Nakon što su vrijednosti izračunate, sklop je konstruiran s vrijednostima, koje se mogu vidjeti na jednoj od gornjih slika. Valja napomenuti da je, budući da je korišten dobitak 1, R3 zamijenjen otvorenim krugom, a R4 kratkim spojem. Nakon što je sklop sklopljen, tada se pojačalo napajalo sa 15V iz istosmjernog napajanja. Slično kao i ostale komponente, ulaz i izlaz spojeni su na generator funkcija i osciloskop. Napravljen je prikaz izmjene izmjeničnog napona, koji se vidi u gore navedenom "Low Pass filter AC Sweep". Crtež crnom bojom u LabView simulaciji kruga, potvrđujući naše rezultate.

Korak 4: LabVIEW

Program LabVIEW prikazan na slici koristi se za izračunavanje otkucaja u minuti i za prikaz vizualnog prikaza ulaznog EKG -a. Pomoćnik DAQ prima ulazni signal i postavlja parametre uzorkovanja. Graf valnog oblika tada iscrtava ulaz koji DAQ prima na korisničkom sučelju za prikaz korisniku. Na ulaznim podacima radi se više analiza. Maksimalne vrijednosti ulaznih podataka nalaze se pomoću Max/Min Identifier -a, a parametri za otkrivanje vrhova postavljaju se pomoću Pete Detection. Koristeći indeksni niz lokacija vrhova, vrijeme između maksimalnih vrijednosti zadanih komponentom Promjena vremena i različitih aritmetičkih operacija, BPM se izračunava i prikazuje kao numerički izlaz.

Korak 5: Završen krug

Nakon što su sve komponente spojene, cijeli sustav je testiran simuliranim EKG signalom. Zatim je krug korišten za filtriranje i pojačavanje ljudskog EKG -a s rezultatima prikazanim kroz gore spomenuti program LabView. Elektrode su pričvršćene na desni zglob, lijevi zglob i lijevi gležanj. Lijevi zglob i desni zglob spojeni su na ulaze instrumentacijskog pojačala, dok je lijevi gležanj spojen na masu. Izlaz niskopropusnog filtra zatim je spojen na DAQ pomoćnika. Koristeći isti blok dijagram LabView od prije, program je pokrenut. Kad je ljudski EKG prošao, jasan i stabilan signal viđen je s izlaza cijelog sustava, što se može vidjeti na gornjoj slici.