Elektrokardiogram áramkör: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Helló! Ezt két diák írja, akik jelenleg biomedikai mérnöki tanulmányokat folytatnak, és áramkörök osztályát veszik. Létrehoztunk egy EKG -t, és nagyon izgatottak vagyunk, hogy megoszthatjuk veletek.

Kellékek

A projekthez szükséges alapvető kellékek a következők:

- kenyeretábla

- ellenállások

- kondenzátorok

- operációs erősítők (LM741)

- elektródák

Szüksége lesz a felsorolt elektronikus berendezésekre is:

- DC tápegység

- Funkciógenerátor

- Oszcilloszkóp

Lépés: Differenciálerősítő

Miért szükséges?

A differenciálerősítőt a jel erősítésére és az elektródák között fellépő zaj csökkentésére használják. A zaj csökken, ha a két elektróda feszültségkülönbségét vesszük. Annak érdekében, hogy meghatározzuk a szükséges ellenállásértékeket, úgy döntöttünk, hogy szeretnénk, ha az erősítő 1000 -es erősítést hozna létre.

Hogyan épül fel?

Ennek eléréséhez a differenciális erősítő erősítési egyenletét használták, a matematika megtalálható a mellékelt képen. A számítás során azt találtuk, hogy az ellenállás értékei 100Ω és 50kΩ legyenek. Mivel azonban nem rendelkeztünk 50 kΩ -os ellenállással, 47 kΩ -ot használtunk. A differenciális erősítő beállítása mind az LTSpice, mind a kenyérsütő táblához a mellékelt képen látható. A differenciálerősítő csatlakoztatásához kenyértábla szükséges, 1 x 100Ω ellenállás, 6 x 47kΩ ellenállás, 3 LM741 operációs erősítő és sok jumper vezeték.

Hogyan kell tesztelni?

Az LTSpice -ben és a fizikai eszközön végzett tesztelés során meg kell győződnie arról, hogy az 1000 -es nyereséget produkál. Ezt az erősítés = Vout/ Vin erősítési egyenletével kell elvégezni. A Vout a csúcstól csúcsig terjedő kimenet, a Vin pedig a csúcstól csúcsig terjedő bemenet. Például a funkciógenerátor teszteléséhez 10 mV csúcs-csúcs értéket vinnék be az áramkörbe, tehát 10 V-os kimenetet kell kapnom.

2. lépés: Vágásszűrő

Miért szükséges?

A zaj megszüntetése érdekében hornyos szűrőt hoznak létre. Mivel a legtöbb épületben 60 Hz váltakozó áram van, ami zajt kelt az áramkörben, úgy döntöttünk, hogy egy bevágásos szűrőt készítünk, amely 60 Hz -en csökkenti a jelet.

Hogyan kell felépíteni?

A bevágásos szűrő kialakítása a fenti képen alapul. Az ellenállások és a kondenzátorok értékeinek kiszámítására szolgáló egyenletek szintén fent szerepelnek. Úgy döntöttünk, hogy 60 Hz -es frekvenciát és 0,1 uF kondenzátort használunk, mivel ez a kondenzátor értéke volt. Az egyenletek kiszámításakor azt találtuk, hogy az R1 és R2 értéke 37, 549 kΩ, az R3 értéke pedig 9021,19 Ω. Annak érdekében, hogy ezeket az értékeket létre tudjuk hozni az áramköri lapunkon, R1 és R2 esetén 39 kΩ -ot, R3 esetén 9,1 kΩ -ot használtunk. Összességében a bemetszéses szűrő 1 x 9,1 kΩ ellenállást, 2 x 39 kΩ ellenállást, 3 x 0,1 uF kondenzátort, 1 LM741 operációs erősítőt és sok áthidaló vezetéket igényel. A bevágási szűrő beállításának sematikusa mind az LTSpice, mind a kenyérsütő fenti képen.

Hogyan kell tesztelni?

A bemetszéses szűrő működőképességét váltakozó áramú söpréssel lehet tesztelni. A 60 Hz kivételével minden frekvenciának át kell haladnia a szűrőn. Ez mind az LTSpice, mind a fizikai áramkörön tesztelhető

3. lépés: Aluláteresztő szűrő

Miért szükséges?

Aluláteresztő szűrőre van szükség a testből és a minket körülvevő helyiségből származó zaj csökkentésére. Az aluláteresztő szűrő határfrekvenciájának meghatározásakor fontos volt figyelembe venni, hogy a szívverés 1 Hz-3 Hz között fordul elő, és az EKG-t alkotó hullámformák 1-50 Hz közelében vannak.

Hogyan kell felépíteni?

Úgy döntöttünk, hogy a határfrekvenciát 60 Hz -re állítjuk be, így továbbra is megkaphatjuk az összes hasznos jelet, de a szükségtelen jelet is kivághatjuk. Amikor a határfrekvenciát 70 Hz -nek határoztuk meg, úgy döntöttünk, hogy a kondenzátor 0,15uF értékét választjuk, mivel ez volt a készletünkben. A kondenzátor értékének számítása a képen látható. A számítás eredménye 17,638 kΩ ellenállásérték volt. 18 kΩ -os ellenállást választottunk. Az aluláteresztő szűrő 2 x 18 kΩ ellenállást, 2x0,15 uF kondenzátort, 1 LM741 operációs erősítőt és sok jumper vezetéket igényel. Az aluláteresztő szűrő sematikája mind az LTSpice, mind a fizikai áramkör számára megtalálható a képen.

Hogyan kell tesztelni?

Az aluláteresztő szűrő váltakozó áramú sepréssel tesztelhető mind az LTSpice, mind a fizikai áramkörön. Az AC sweep futtatásakor látnia kell, hogy az alsó és a határértékek változatlanok, de a határérték feletti frekvenciák elkezdenek kiszűrődni.

4. lépés: Fejezze be a projektet

Amikor az áramkör befejeződött, úgy kell kinéznie, mint a fenti képen! Most már készen áll arra, hogy az elektródákat a testéhez rögzítse, és megtekinthesse az EKG -ját! Az oszcilloszkóp mellett az EKG is megjeleníthető az Arduino -n.