EKG digitális monitor és áramkör tervezése: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ez nem orvosi eszköz. Ez csak oktatási célokat szolgál, szimulált jelek használatával. Ha ezt az áramkört valós EKG-mérésekhez használja, győződjön meg arról, hogy az áramkör és az áramkör-műszer kapcsolatok megfelelő szigetelési technikákat alkalmaznak

A projekt célja egy olyan áramkör létrehozása, amely képes erősíteni és szűrni egy EKG jelet, más néven elektrokardiogramot. Az EKG segítségével meghatározható a pulzusszám és a szívritmus, mivel képes észlelni a szív különböző részein áthaladó elektromos jeleket a szívciklus különböző szakaszaiban. Itt műszeres erősítőt, bevágásos szűrőt és aluláteresztő szűrőt használunk az EKG erősítésére és szűrésére. Ezután a LabView segítségével kiszámítják a percenkénti ütéseket, és megjelenik az EKG grafikus ábrázolása. A kész termék fent látható.

Lépés: Műszeres erősítő

A műszeres erősítő szükséges erősítése 1000 V/V. Ez lehetővé tenné a bejövő jel jóval kisebb erősítését. A műszeres erősítő két részre van bontva, az 1. és a 2. szakaszra. Az egyes fokozatok (K) erősítésének hasonlónak kell lennie, hogy együttesen megszorozva az erősítés 1000 körül legyen. A nyereség kiszámításához az alábbi egyenleteket használjuk.

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

K2 = -R4/R3

Ezekből az egyenletekből az R1, R2, R3 és R4 értékeket találtuk. A képeken látható áramkör felépítéséhez három uA741 működési erősítőt és ellenállást használtak. Az erősítők tápegysége 15V, egyenáramú tápegységről. A műszeres erősítő bemenete egy funkciógenerátorhoz, a kimenet pedig egy oszcilloszkóphoz volt csatlakoztatva. Ezután váltakozó áramú söprést hajtottak végre, és megtalálták a műszeres erősítő erősítését, amint az a fenti "Műszeres erősítő erősítés" ábrán is látható. Végül az áramkört újratelepítették a LabView -ban, ahol a nyereség szimulációját futtatták, amint az a fenti fekete ábrán látható. Az eredmények megerősítették, hogy az áramkör megfelelően működik.

2. lépés: Vágásszűrő

A bevágásos szűrőt a 60 Hz -en fellépő zaj eltávolítására használják. A komponensek értékeit az alábbi egyenletek segítségével lehet kiszámítani. 8 -as minőségi tényezőt (Q) használtunk. A C -t választották, tekintettel a rendelkezésre álló kondenzátorokra.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Az ellenállás és a kondenzátor értékeit megtaláltuk, és a fenti áramkört felépítettük, a számított értékek ott láthatók. A műveleti erősítőt egyenáramú tápegység táplálta, a bemenet egy funkciógenerátorhoz csatlakozott, a kimenet pedig egy oszcilloszkóphoz. Az AC Sweep futtatása a fenti "Notch Filter AC Sweep" diagramot eredményezte, amely azt mutatja, hogy a 60 Hz -es frekvenciát eltávolították. Ennek megerősítésére LabView szimulációt futtattunk, amely megerősítette az eredményeket.

3. lépés: Aluláteresztő szűrő

Másodrendű Butterworth aluláteresztő szűrőt használnak, 250 Hz -es levágási frekvenciával. Az ellenállás és a kondenzátor értékeinek megoldásához az alábbi egyenleteket használtuk. Ezeknél az egyenleteknél a Hz -es határfrekvenciát rad/sec értékre változtattuk, ami 1570,8 volt. K = 1 erősítést használtunk. Az a és b értékeket 1.414214, illetve 1 -et adtuk meg.

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)

Miután kiszámították az értékeket, az áramkört az értékekkel készítették fel, amelyek a fenti képek egyikén láthatók. Meg kell jegyezni, hogy mivel 1 erősítést használtak, az R3 -at egy nyitott áramkörre, az R4 -et pedig egy rövidzárlatra cserélték. Miután az áramkört összeszerelték, az op erősítőt 15V -ról táplálták egyenáramú tápegységről. A többi komponenshez hasonlóan a bemenet és a kimenet egy funkciógenerátorhoz és egy oszcilloszkóphoz volt csatlakoztatva. Létrehozták az AC sweep diagramját, amely a fenti "Low Pass Filter AC Sweep" -ben látható. Az áramkör LabView szimulációjában feketén ábrázolva, megerősítve eredményeinket.

4. lépés: LabVIEW

A képen látható LabVIEW program a percenkénti ütések kiszámítására és a bemeneti EKG vizuális megjelenítésére szolgál. A DAQ Assistant felveszi a bemeneti jelet és beállítja a mintavételi paramétereket. A hullámforma gráf ezután ábrázolja a DAQ által a felhasználói felületen kapott bemenetet, hogy megjelenítse a felhasználónak. A bemeneti adatokon több elemzést végeznek. A bemeneti adatok maximális értékeit a Max/Min Identifier segítségével találja meg, és a csúcsok észlelésére szolgáló paramétereket a Peak Detection segítségével állítja be. A csúcsok helyét, az Idő változása komponens által megadott maximális értékek közötti időt és a különböző számtani műveleteket tartalmazó indextömb segítségével a BPM kiszámításra kerül és megjelenik számszerű kimenetként.

5. lépés: Teljes kör

Miután az összes alkatrészt csatlakoztatta, a teljes rendszert szimulált EKG -jellel tesztelték. Ezt követően az áramkört emberi EKG szűrésére és erősítésére használtuk, a fent említett LabView programon keresztül megjelenített eredményekkel. Az elektródákat a jobb csuklóhoz, a bal csuklóhoz és a bal bokához rögzítették. A bal csukló és a jobb csukló a műszeres erősítő bemenetéhez, míg a bal boka a földhöz volt csatlakoztatva. Ezután az aluláteresztő szűrő kimenete csatlakozott a DAQ Assistant-hez. A programot ugyanazzal a LabView blokkdiagrammal használtuk, mint korábban. Az emberi EKG áthaladásakor a teljes rendszer kimenetéről tiszta és stabil jel látható, amely a fenti képen látható.